前言

本指引適用鍛造成形以及相關(guān)行業(yè)；面向制定鍛造工藝、模具設(shè)計(jì)優(yōu)化、鍛造設(shè)備選擇、鍛件缺陷分析、工藝問(wèn)題分析和鍛造工藝優(yōu)化等技術(shù)需要，可供具有一定理論基礎(chǔ)或技能特長(zhǎng)并愿意進(jìn)行工藝模擬學(xué)習(xí)和工作的技術(shù)人員參考。

本指引適用于金屬材料各種鍛造成形工藝，包括但不限于熱鍛、冷鍛和溫鍛。適用于常規(guī)鍛造工藝，及其他特種鍛造工藝，如模鍛、擠壓、輾環(huán)和徑向鍛造等。

本指引適用于各種鍛造設(shè)備下的鍛造工藝模擬，包括但不限于機(jī)械壓力機(jī)、螺旋壓力機(jī)、鍛錘和液壓機(jī)等。

本指引同時(shí)涉及鍛造工藝，鍛前下料和鍛后熱處理工藝，并關(guān)注與鍛件機(jī)械性能相關(guān)的微觀組織模擬，以及鍛造模具的宏觀受力狀態(tài)模擬。

本指引在引導(dǎo)完善鍛造工藝模擬體系的同時(shí)，鼓勵(lì)應(yīng)用本指引的單位和個(gè)人同時(shí)重視鍛造過(guò)程的物理模擬技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用。

本指引系統(tǒng)地介紹鍛造工藝模擬工程建設(shè)的一般步驟、分層分級(jí)的建設(shè)規(guī)范、以及新技術(shù)在本領(lǐng)域的可能應(yīng)用趨勢(shì)。

第一篇 鍛造、鍛造工藝及工藝模擬概述

一、工藝模擬的意義與作用

金屬塑性加工是金屬加工的一種重要工藝方法，它不僅生產(chǎn)效率高，原材料消耗少，而且可以有效改善金屬材料的組織和力學(xué)性能。

鍛造是金屬塑性加工的一種主要工藝方法，在加壓設(shè)備及工（模）具的作用下，使坯料或鑄錠(塊或厚板金屬)產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得一定幾何尺寸、形狀的零件（或毛坯）并改善其性能的加工方法。

可以這樣理解，鍛造就是將金屬棒材、線材、板材、鑄錠或塊金屬加熱或不加熱，在力（能）的作用下成形的一種加工方法。俗稱：打鐵。鍛造屬于金屬塑性成形，大都是體積成形，是指利用鍛造設(shè)備上的錘頭、砧塊或模具，對(duì)金屬坯料施力產(chǎn)生塑性變形。根據(jù)鍛件的尺寸和形狀、采用的工模具工裝結(jié)構(gòu)和鍛造設(shè)備的不同，鍛造分為自由鍛和模鍛，鍛造出來(lái)的產(chǎn)品稱之為自由鍛件和模鍛件。

自由鍛是用簡(jiǎn)單、通用性工具，或者在鍛造設(shè)備上、下砧之間直接對(duì)坯料施加外力，使坯料變形，而獲得所需的鍛件幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛造方法。模鍛則是利用模具使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法。

一般是將粉狀、粒狀或纖維狀的金屬或非金屬材料放入成形溫度下的模具型腔中，然后加壓合模而使其成形并固化的制造方法稱為模壓成形，又稱壓制成形或壓縮成形，模壓成形也可以歸類于模鍛范疇。

大鍛件是相對(duì)概念，分大型模鍛件、大型自由鍛件、大型環(huán)形件和大口徑厚壁無(wú)縫管件。使用8MN以上自由鍛液壓機(jī)或30kN以上自由鍛錘生產(chǎn)的自由鍛件稱為大型自由鍛件。使用60MN以上模鍛造力機(jī)、80MN以上模鍛液壓機(jī)或100kN以上模鍛錘生產(chǎn)的模鍛件為大型模鍛件。大型鍛件主要用于電力、冶金、石化、船舶、機(jī)車車輛、模具、航空航天、兵器、重型機(jī)械和汽車、礦山機(jī)械、通用機(jī)械等領(lǐng)域。

金屬的擠壓、鐓鍛和回轉(zhuǎn)加工成形等屬于特種塑性成形，在國(guó)內(nèi)外也列為鍛造生產(chǎn)工藝類，生產(chǎn)的產(chǎn)品也被稱為鍛件。

金屬回轉(zhuǎn)加工成形包括僅金屬坯回轉(zhuǎn)、僅工具回轉(zhuǎn)、或兩者都回轉(zhuǎn)，從而使金屬坯料變形的塑性加工方法，包括縱軋、斜軋、擺輾、輾環(huán)、楔橫軋、輥彎（或彎卷）、輥鍛、旋壓和徑向鍛造等。成形環(huán)件內(nèi)徑Φ500mm以上的為大型環(huán)件；擠壓管件內(nèi)徑Φ300mm以上壁厚30mm以上的為大口徑厚壁管件。

現(xiàn)代鍛造技術(shù)對(duì)毛坯與模具設(shè)計(jì)以及材料塑性流動(dòng)控制等方面要求越來(lái)越高，所以采用基于經(jīng)驗(yàn)的試錯(cuò)設(shè)計(jì)+高成本的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方法已不能滿足實(shí)際需要，引入以計(jì)算機(jī)為工具的現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計(jì)分析手段已成為行業(yè)共識(shí)。

隨著信息技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，鍛造行業(yè)的數(shù)字化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。數(shù)字化技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)，對(duì)描述的對(duì)象進(jìn)行數(shù)字定義、建模、儲(chǔ)存、處理、傳遞、分析、綜合優(yōu)化，從而達(dá)到精確描述和科學(xué)決策的過(guò)程和方法。數(shù)字化方法在鍛造行業(yè)中最重要的應(yīng)用就是工藝模擬。

鍛造成形時(shí)，材料特性、變形速度、溫度、摩擦條件、坯料形狀尺寸、模具幾何外形等因素對(duì)成形有著非常重要的影響。金屬鍛造成形過(guò)程是復(fù)雜的非線性問(wèn)題，包含材料非線性，邊界非線性、幾何非線性，采用傳統(tǒng)理論計(jì)算方法很難計(jì)算成形過(guò)程中材料流動(dòng)、應(yīng)力應(yīng)變。對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品，變形過(guò)程中材料流動(dòng)通過(guò)理論計(jì)算難以完成。通過(guò)工藝模擬可以回答經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)無(wú)法回答的問(wèn)題，了解鍛造成形的全過(guò)程，包括鍛造過(guò)程中各階段材料填充模具的情況、材料變形趨勢(shì)、材料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率、成形載荷及速度矢量場(chǎng)等，以此指導(dǎo)鍛造成形的工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、毛坯的設(shè)計(jì)、壓力機(jī)的選擇以及成形質(zhì)量的控制等，已經(jīng)成為眾多鍛造企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)鏈中不可缺少的一環(huán)。同時(shí)，工藝模擬對(duì)于優(yōu)化已有產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝同樣具有重要意義，通過(guò)工藝模擬能夠直觀地重現(xiàn)生產(chǎn)中出現(xiàn)的缺陷和問(wèn)題，深入分析出現(xiàn)問(wèn)題的原因并且針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行大量?jī)?yōu)化計(jì)算得到最優(yōu)的工藝。目前，工藝模擬在鍛造工業(yè)中取得成功的領(lǐng)域有：制定鍛造工藝、分析模具應(yīng)力、分析鍛造工藝缺陷、預(yù)測(cè)鍛件組織性能等。另外，通過(guò)工藝模擬可以減少昂貴的車間試驗(yàn)，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，減少鍛造生產(chǎn)成本。

概括地講，工藝模擬協(xié)助制訂鍛造工藝，確定需要的成形工步，目標(biāo)就是合理地設(shè)計(jì)出成形工步及操作流程，其中任一工步的分析都基本上涉及以下幾個(gè)方面：

（1）建立金屬材料內(nèi)部變形區(qū)與未變形區(qū)間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系（如外形、速度、應(yīng)變、應(yīng)變率），即金屬塑性流動(dòng)的預(yù)測(cè)。

（2）確定材料與工藝的成形極限，即確定工件成形后是否會(huì)出現(xiàn)表面或內(nèi)部缺陷。

（3）預(yù)測(cè)成形工藝所需的變形力，應(yīng)力，以便模具及設(shè)備設(shè)計(jì)、制造或選用。

（4）確定或預(yù)測(cè)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、影響變形和零件機(jī)械性能的因素；

（5）預(yù)測(cè)分析模具的受力情況，對(duì)模具應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行二次優(yōu)化設(shè)計(jì)。

二、工藝模擬的定義

工藝模擬（processing simulation）一詞1993年經(jīng)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布，最初作為電子學(xué)名詞使用，其定義是利用軟件對(duì)化學(xué)、物理、生物和其它技術(shù)過(guò)程進(jìn)行基于模型的表達(dá)和操作。在鍛造行業(yè)中，工藝模擬主要包括鍛造工藝及模具模擬，以及相關(guān)前序和后序工藝模擬，鍛造前序可以延伸到鑄造、軋制成形，后序可以延伸到熱處理工藝、消除殘余應(yīng)力的冷壓工藝等全流程工藝模擬等。

鍛造工藝數(shù)值模擬指科技工作者或工藝技術(shù)人員使用專業(yè)的計(jì)算機(jī)模擬軟件模擬整個(gè)成形過(guò)程各種物理量的變化，預(yù)測(cè)成形過(guò)程中溫度場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和成形力等重要信息，并將各種物理量以云圖或動(dòng)畫的形式在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。從中可以獲取工件的詳細(xì)變形過(guò)程、各種物理量隨空間和時(shí)間的變化以及產(chǎn)生的各種主要成形缺陷，如開裂、折疊與回彈等等。

第二篇 工藝模擬所需資源

一、工藝模擬需要的硬件、軟件

首先需要強(qiáng)調(diào)，為了能有效地開展模擬工作，工藝模擬必須建立獨(dú)立的運(yùn)算系統(tǒng)或使用獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，將進(jìn)行模擬的系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)獨(dú)立，不可兼用。這是提升模擬效率，保證模擬精度的重要保證。特別需要指出的是日常工作使用的電腦不可作為模擬電腦使用。

硬件需要

計(jì)算機(jī)/工作站：根據(jù)模擬需求以及專業(yè)軟件的不同選擇相應(yīng)的硬件，可咨詢軟件公司獲得具體配置，目前模擬軟件普遍需要臺(tái)式計(jì)算機(jī)、工作站甚至服務(wù)器，便攜式筆記本大多不能夠勝任。如果有多個(gè)使用者需要提交模擬任務(wù)一般推薦工作站，若這些任務(wù)超過(guò)現(xiàn)有工作站所用的內(nèi)核數(shù)的CPU，則建議適用服務(wù)器（或集群），并需要配置作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)。

CPU（處理器）：高時(shí)鐘速率芯片，按對(duì)模擬時(shí)間的要求選擇。

內(nèi)存：快速內(nèi)存有利于提高計(jì)算速度，建議2400Mhz，4GB以上

硬盤：硬盤越快，模擬速度越快

顯卡：參考CAD軟件的要求選擇

顯示器：需要有一定的分辨率，以便于結(jié)果分析，主要參考CAD軟件的要求選擇.

例如可依據(jù)以下配置進(jìn)行選擇：

特別說(shuō)明，以上給出的建議是基于2021年12月之前計(jì)算機(jī)發(fā)展的水平，以及該日期之前應(yīng)用軟件所存在版本確定，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和應(yīng)用軟件的不斷升級(jí)和變化，在采購(gòu)各軟件時(shí)，需要依據(jù)各軟件公司當(dāng)時(shí)的具體建議執(zhí)行。

本處的所有陳述對(duì)模擬工程建設(shè)提出了必須要考慮的硬件因素，這些因素必須予以遵守，應(yīng)該說(shuō)是需求的最低標(biāo)準(zhǔn)。

軟件需要

系統(tǒng)平臺(tái)：目前工藝模擬用專業(yè)軟件普遍能夠在Windows系統(tǒng)上運(yùn)行，在選用Windows系統(tǒng)時(shí)，需要與銷售軟件公司確認(rèn)。由于應(yīng)用軟件開發(fā)速度等原因，可能會(huì)不建議使用Windows的最新版本。依據(jù)目前情況（2021年12月前）部分軟件可以在Linux, Unix 等平臺(tái)上運(yùn)行，購(gòu)買軟件時(shí)需要與銷售軟件公司確認(rèn)。

CAD軟件：工藝模擬需要的幾何輸入由CAD軟件得到，常用的有AUTOCAD、UG、CATIA、Pro-E、Solidworks等。

模擬軟件：工藝模擬專用軟件，常用的鍛造成形模擬軟件有QFORM、DEFORM、Forge NxT、SIMFACT、AFDEX和 EESY-to-FORM等，目前沒(méi)有完全國(guó)產(chǎn)的用于鍛造的模擬軟件系統(tǒng)，有一款中國(guó)企業(yè)與日本大學(xué)合作開發(fā)的精密鍛造模具輔助設(shè)計(jì)軟件，是RIPLS/鍛王軟件，這款軟件也有金屬塑性成形工藝模擬功能。

需要特別指出的是在進(jìn)行模擬工程建設(shè)中必須充分考慮硬件和軟件的配置，需要將配置建議和自己確定的配置放置在雙方簽訂的技術(shù)或商務(wù)合同中，并隨時(shí)咨詢軟件銷售方升級(jí)建議，更新配置，防止配置不合適而影響后續(xù)操作使用。

工作環(huán)境

計(jì)算機(jī)、工作站以及服務(wù)器通常對(duì)于工作溫度有一定的要求，應(yīng)保證一定的散熱空間，對(duì)于工作站和服務(wù)器需要保證工作環(huán)境的溫度在適當(dāng)范圍內(nèi)。

機(jī)房設(shè)備基本上都是電子設(shè)備，電子設(shè)備是由大量的電子元件、精密機(jī)械構(gòu)件和機(jī)電部件組成的，這些電子元件、機(jī)械構(gòu)件及材料易受環(huán)境條件的影響，如果使用環(huán)境不能滿足使用要求，就會(huì)直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，加速元器件及材料的老化，縮短設(shè)備的使用壽命，因此要合理設(shè)計(jì)機(jī)房。

場(chǎng)地的選擇。計(jì)算機(jī)機(jī)房應(yīng)避開有害氣體來(lái)源及存放腐蝕、易燃、易爆物品的地方，應(yīng)避開低洼、潮濕、落雷區(qū)和地震活動(dòng)頻繁的地方，應(yīng)避開強(qiáng)振動(dòng)源和強(qiáng)噪音源，應(yīng)避開電磁干擾、電磁輻射，應(yīng)避免設(shè)在建筑物的高層或地下室及用水設(shè)備的下層或隔壁。

機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境應(yīng)本著安全、防火、防塵、防靜電的原則來(lái)設(shè)計(jì)，并應(yīng)符合下列要求

安全。計(jì)算機(jī)機(jī)房最小使用面積不得小于20m²，一般一套機(jī)器的占用面積按1.5-2m²；計(jì)算機(jī)機(jī)房的建筑地面要高于室外地面，以防止室外水倒灌；機(jī)房頂棚與吊頂燈具、電扇等設(shè)備務(wù)必安裝牢固，用電線路設(shè)計(jì)必須考慮安全用電；門窗應(yīng)安裝防盜網(wǎng)和防盜門，機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)安裝自動(dòng)報(bào)警器。

防火。機(jī)房裝修應(yīng)采用鋁合金、鋁塑板等阻燃防火材料；應(yīng)配備滅火器，計(jì)算機(jī)數(shù)量較多的機(jī)房應(yīng)采用煙霧報(bào)警器，機(jī)房?jī)?nèi)嚴(yán)禁明火與吸煙；消防系統(tǒng)的信號(hào)線、電源線和控制線均應(yīng)穿過(guò)鍍鋅鋼管在吊頂、墻內(nèi)暗敷或在電纜橋架內(nèi)敷設(shè)；應(yīng)保證防火通道的暢通，以便發(fā)生緊急情況時(shí)疏散人員之用。

防塵。墻壁和頂棚表面要平整光滑，不要明走各種管線和電纜線，減少積塵面，選擇不易產(chǎn)生塵埃、也不易吸附塵埃的材料（ 如鋼板墻、鋁塑板或環(huán)保漆）；裝飾墻面和地面、門、窗、管線穿墻等的接縫處，均應(yīng)采取密封措施，防止灰塵侵入，并配置吸塵設(shè)備。最理想的是安裝新風(fēng)系統(tǒng)

防靜電。機(jī)房應(yīng)嚴(yán)禁使用地毯，特別是化纖、羊毛地毯，避免物體移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的靜電(有時(shí)摩擦產(chǎn)生的靜電可達(dá)幾萬(wàn)伏，會(huì)擊穿設(shè)備中的集成電路元器件和芯片(集成電路元器件和芯片的抗靜電電壓僅200~2000V))，最好安裝防靜電地板。

溫度和濕度。由于機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備大部分均由半導(dǎo)體元器件組成，它們作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如果沒(méi)有有效的措施及時(shí)散熱，循環(huán)積累的溫度就會(huì)加速設(shè)備老化，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，過(guò)低的室溫又會(huì)使印刷線路板等老化發(fā)脆、斷裂；相對(duì)濕度過(guò)低容易產(chǎn)生靜電干擾，過(guò)高又會(huì)使設(shè)備內(nèi)部焊點(diǎn)及接插件等電阻值增大，造成接觸不良；為此，機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)配備高效、低噪音、低振動(dòng)、有足夠容量的空調(diào)設(shè)備，使溫濕度盡可能符合《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)要求，一般空調(diào)參數(shù)為；溫度，夏季：23 ± 2℃，冬季：20 ± 2℃；濕度45%~65%；同時(shí)應(yīng)安裝通風(fēng)換氣設(shè)備，使機(jī)房有一個(gè)清新的操作環(huán)境。

防災(zāi)設(shè)計(jì)和防災(zāi)備份。

如果使用PC機(jī)進(jìn)行模擬，也需要考慮PC機(jī)使用環(huán)境建設(shè)，建議建立獨(dú)立的模擬工作室，保證機(jī)器鍛造24小時(shí)工作和人員長(zhǎng)時(shí)間逗留。

二、工藝模擬可以解決的問(wèn)題，模擬軟件的主要功能

工藝模擬軟件一般由前處理模塊、求解模塊和后處理模塊三個(gè)部分組成，他們的主要功能分別為：前處理模塊：模具和坯料的幾何信息、材料信息、成形條件（設(shè)備參數(shù)、成形工藝等）的輸入，并建立邊界條件，形成能夠表征實(shí)際工況的模型。求解模塊：調(diào)用各種算法對(duì)前處理模塊中生成的模型進(jìn)行計(jì)算求解。后處理模塊：將模擬結(jié)果可視化，輸出使用者所需要的結(jié)果數(shù)據(jù)。通過(guò)這三個(gè)模塊，模擬軟件能夠?qū)﹀懺爝^(guò)程進(jìn)行全流程、全工藝的連續(xù)分析，得到包括切削、加熱、成形、熱處理等工藝環(huán)節(jié)的材料流動(dòng)、模具填充、應(yīng)力應(yīng)變、晶粒流動(dòng)、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況等極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)。解決的主要問(wèn)題和主要功能具體列舉如下：

l 新型鍛件產(chǎn)品開發(fā)：鍛造工藝制定以及優(yōu)化、鍛造模具設(shè)計(jì)、鍛造設(shè)備選擇、工件組織預(yù)測(cè)、成形缺陷預(yù)測(cè)、鍛造模具壽命預(yù)測(cè)、鍛件成本預(yù)測(cè)。

l 原有鍛件產(chǎn)品優(yōu)化：鍛件缺陷分析、工件/模具形狀優(yōu)化、鍛件材料利用率優(yōu)化、鍛造工藝優(yōu)化、模具優(yōu)化設(shè)計(jì)。

l 冷、溫、熱鍛成形和熱-力耦合分析；

l 提供材料流動(dòng)、模具填充、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成等信息；

l 剛性、彈性和熱粘塑性材料模型，適用于大變形分析；

l 彈塑性材料模型適用于分析殘余應(yīng)力和回彈問(wèn)題；

l 能夠劃分多面體網(wǎng)格，能夠劃分同一部件不同材料的網(wǎng)格；

l 可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)折疊，充型不足、裂紋、飛邊等缺陷，材料變形流線與實(shí)際保持一致；

l 流線和質(zhì)點(diǎn)跟蹤可以分析材料內(nèi)部的流動(dòng)信息和各種場(chǎng)量分布；

l 溫度、應(yīng)變、應(yīng)力和損傷及其它場(chǎng)變量等值線的繪制使后處理信息更加豐富；

l 自動(dòng)接觸條件及完美的網(wǎng)格再劃分使得成形過(guò)程中即便形成了缺陷，模擬也可繼續(xù)；

l 磨損分析模型用于評(píng)估成形過(guò)程中模具磨損情況；

l 基于損傷因子的裂紋萌生及擴(kuò)展模型可以分析剪切、沖裁和機(jī)加工過(guò)程；

l 模具應(yīng)力分析功能用于分析組合模具及多襯套擠壓模具再成形過(guò)程中的變形和損傷；

l 可以分析成形過(guò)程中材料和環(huán)境的熱交換；

l 提供依據(jù)模具運(yùn)動(dòng)時(shí)間、載荷力、成形溫度、閉模間隙等精確成形行程控制準(zhǔn)則；

l 可計(jì)算熱鍛過(guò)程中由于空氣和潤(rùn)滑劑高溫蒸發(fā)所造成的材料充填不滿缺陷；

l 可將計(jì)算結(jié)果傳遞到ANSYS、ABAQUS等軟件，實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力、單元、成形形狀、應(yīng)變，進(jìn)行成形-結(jié)構(gòu)-疲勞的連續(xù)性分析

l 成形過(guò)程中再結(jié)晶現(xiàn)象及微觀組織結(jié)構(gòu)的變化；

一般情況下，模擬軟件基本包括一個(gè)材料數(shù)據(jù)庫(kù)，有各種鋼、鋁合金、鈦合金和高溫合金材料模擬需要的數(shù)據(jù)。但多數(shù)情況下，為了保證模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確和接近實(shí)際，需要使用者自定義材料數(shù)據(jù)庫(kù)，軟件允許使用者自行輸入材料數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有的材料數(shù)據(jù)；同時(shí)也需要使用者自行定義鍛造設(shè)備。

一般情況下，模擬軟件也會(huì)包含一個(gè)鍛造設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，主要數(shù)據(jù)有液壓機(jī)、鍛錘、螺旋壓力機(jī)和機(jī)械壓力機(jī)，依據(jù)特殊需要，也會(huì)提供其它特種鍛造設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，但有的時(shí)候，這也需要使用者依據(jù)實(shí)際自己得到的數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修正，建立自己的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)。

需要特別說(shuō)明，以上提及的功能和能解決的問(wèn)題，是最為基本的內(nèi)容。但對(duì)于不同的軟件，也具有不同的情況，需要使用者在選擇軟件時(shí)必須就以上技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行咨詢。隨著軟件開發(fā)的不斷發(fā)展，軟件具有的功能和解決的問(wèn)題也在不斷地變化中，一些軟件可以提供特種鍛造工藝的模擬，一些軟件沒(méi)有。多數(shù)情況下，模擬軟件都是在基本功能的情況下提供獨(dú)特的模擬模塊，基本功能不同的軟件，內(nèi)容不同，需要使用者依據(jù)需要具體了解和調(diào)研。

三、工藝模擬需要的人員

工藝模擬應(yīng)由企業(yè)技術(shù)研發(fā)人員或?qū)�業(yè)的研究分析人員進(jìn)行，應(yīng)具備一些模擬需要的基本知識(shí)。工藝模擬人員應(yīng)具備優(yōu)秀的數(shù)據(jù)收集能力、問(wèn)題提出分析解決能力、邏輯思維能力、數(shù)據(jù)分析能力以及認(rèn)真踏實(shí)、勤學(xué)好問(wèn)、責(zé)任心強(qiáng)等個(gè)人素質(zhì)。具體要求：

（1）掌握金屬塑性成形理論基礎(chǔ)知識(shí)：

①了解常用材料（鋼、鋁合金及鈦合金）晶體機(jī)構(gòu)及性能曲線；

②了解常用材料在特定溫度下屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、斷面縮減率等相關(guān)數(shù)據(jù)；

③掌握金屬塑性成形中材料應(yīng)力應(yīng)變分析方法、屈服準(zhǔn)則、金屬滑移理論、金屬應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（本構(gòu)方程）、金屬塑性成形過(guò)程中的摩擦和潤(rùn)滑及塑性成形的幾種理論解法。

（2）實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，掌握鍛造成形工藝基本知識(shí)：

①具有鍛造技術(shù)和工藝的基本概念和知識(shí)；

②了解典型產(chǎn)品的鍛造成形工藝；熟知將要進(jìn)行模擬的工藝關(guān)鍵參數(shù)，為后續(xù)工藝調(diào)整或優(yōu)化奠定基礎(chǔ)；

③了解通用鍛造成形設(shè)備（電動(dòng)螺旋壓力機(jī)、熱模鍛壓力機(jī)、液壓機(jī)等）以及特種成形設(shè)備（楔橫軋機(jī)、輥鍛機(jī)、旋壓機(jī)和楔橫軋機(jī)等）；

④了解模具材料性能（鍛造過(guò)程中模具受力狀態(tài)，摩擦系數(shù)、溫度、噴霧潤(rùn)滑等對(duì)模具磨損的影響）；

⑤應(yīng)具有生產(chǎn)一線的經(jīng)驗(yàn)或體驗(yàn)。

（3）掌握有限元基礎(chǔ)理論：

①有限元解決工程實(shí)際問(wèn)題的理論基礎(chǔ)；各種有限元單元類型的使用范圍；有限元求解方法以及誤差分析；

②劃分質(zhì)量網(wǎng)格；成形材料的幾何非線性和接觸非線性；

③鍛造成形工藝仿真軟件的前處理、求解器及后處理；有限元仿真實(shí)現(xiàn)步驟：劃分網(wǎng)格、賦予材料模型及邊界條件的設(shè)置；后處理中材料的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)、速度場(chǎng)、收斂依據(jù)、摩擦條件等基本理論問(wèn)題。

（4）計(jì)算機(jī)與軟件知識(shí)與技能

①具有一定的計(jì)算機(jī)軟硬件知識(shí)，并具有簡(jiǎn)單故障的處理能力；

②需要的配套軟件知識(shí)、使用能力和技巧。

③實(shí)際的計(jì)算機(jī)操縱技能，具有CAD制圖建�；�礎(chǔ)。

特別說(shuō)明：人員要求，不一定由一個(gè)人全部擁有上述要求，可以是團(tuán)隊(duì)合作。

第三篇 工藝模擬技術(shù)應(yīng)用

一、工藝模擬分析的操作流程

模擬規(guī)劃，收集所需數(shù)據(jù)

①規(guī)劃要通過(guò)模擬得到哪些方面的信息；

②確定使用二維模擬或者三維模擬，需要進(jìn)行模擬的數(shù)量；

③收集模擬需要的數(shù)據(jù)，包括工件和模具的幾何信息、材料參數(shù)、初始狀態(tài)和邊界條件。

幾何描述，建立幾何模型

①利用CAD軟件對(duì)工件和模具進(jìn)行幾何描述，建立模具3D造型，得到模擬的幾何模型。有限元模擬仿真軟件一般都具有CAD系統(tǒng)的文件接口，通過(guò)接口可將CAD設(shè)計(jì)的模具幾何導(dǎo)入到有限元模擬軟件。

前處理，建立模擬模型

①選擇合適的模擬模塊，根據(jù)工藝選擇熱處理、熱成形等模塊；

②輸入實(shí)體描述，包括幾何模型以及其網(wǎng)格、溫度、材料等；

一些軟件需要進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將幾何模型轉(zhuǎn)化成離散化的有限元網(wǎng)格。一些軟件不需要人工選擇網(wǎng)格劃分。所有軟件在變形模擬過(guò)程中，軟件能夠?qū)ψ冃螐?fù)雜的區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)重劃分。如果需要人工選擇網(wǎng)格劃分，初始化時(shí)網(wǎng)格劃分的原則是在滿足質(zhì)量、精度的條件下適當(dāng)考慮電腦的硬件條件，避免由于網(wǎng)格尺寸太小造成計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

③選擇/輸入材料性能，從材料庫(kù)中選擇或者輸入材料在變形條件下的性能，若數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有相關(guān)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到；

根據(jù)產(chǎn)品的特性，選擇合適的材料模型。材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線對(duì)材料塑性流動(dòng)影響較大。如果軟件的材料庫(kù)中有合適的材料可以選擇，直接選取相應(yīng)的材料數(shù)據(jù)輸入即可。如果材料庫(kù)缺少相應(yīng)的材料數(shù)據(jù)，需要通過(guò)插值擬合（插值和擬合都是根據(jù)某個(gè)未知函數(shù)（或已知但難于求解的函數(shù)）的幾個(gè)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)求出變化規(guī)律和特征相似的近似曲線的過(guò)程。但是插值法要求的是近似的曲線需要完全經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)，而擬合則是得到最接近的結(jié)果，強(qiáng)調(diào)最小方差的概念。插值和擬合的區(qū)別如下圖所示）或者通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得材料應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線，導(dǎo)入有限元軟件中進(jìn)行工藝模擬運(yùn)算。

④選擇求解算法。對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)成形過(guò)程，應(yīng)盡可能選用隱式算法求解，避免采用動(dòng)力算法時(shí)人為引入慣性效應(yīng)，同時(shí)隱式算法采用迭代法，求得的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)更為準(zhǔn)確；對(duì)于高速成形過(guò)程，考慮材料的慣性效應(yīng)，優(yōu)先考慮顯式算法；對(duì)于采用隱式算法無(wú)法收斂的準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題，也可采用顯式算法進(jìn)行求解，此時(shí)應(yīng)注意合理選擇時(shí)間步長(zhǎng)。

需要特別說(shuō)明，不同的軟件對(duì)于這一問(wèn)題的解決方式不同，需要依據(jù)不同軟件的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行規(guī)劃和確定。

⑤定義實(shí)體之間相互作用，包括接觸、摩擦和熱傳遞等；

設(shè)定模擬成形過(guò)程中各種邊界條件，包括環(huán)境溫度、模具初始溫度、坯料與模具熱傳導(dǎo)系數(shù)、坯料與環(huán)境熱傳導(dǎo)系數(shù)、坯料與模具之間的摩擦系數(shù)；模具運(yùn)動(dòng)過(guò)程定義及終止位置；也就是定義模擬控制，定義工藝過(guò)程的環(huán)境、計(jì)算步長(zhǎng)、計(jì)算時(shí)間等。

不同軟件，具有不同的輸入方式和操作，一般依據(jù)軟件引導(dǎo)可以完成選擇和輸入。

⑥其他特殊條件，包括材料的組織、需要追蹤的位置等特殊模擬需求需要的輸入。

運(yùn)行模擬

①設(shè)定模擬所用的計(jì)算機(jī)以及CPU核數(shù)，模擬的儲(chǔ)存位置、多個(gè)模擬的計(jì)算順序等，運(yùn)行模擬。

求解階段一般不需要用戶干預(yù)。成形過(guò)程由于具有高度非線性性質(zhì)，計(jì)算量很大。計(jì)算過(guò)程有關(guān)的文字信息、運(yùn)算狀態(tài)可以從輸出窗口獲得，可以通過(guò)圖形窗口獲得已經(jīng)計(jì)算完成的時(shí)間步的中間結(jié)果。在計(jì)算過(guò)程中，可能出現(xiàn)某些錯(cuò)誤諸如網(wǎng)格發(fā)生嚴(yán)重畸變導(dǎo)致運(yùn)算停止，在這種情況下需要人工干涉，繼續(xù)模擬，無(wú)法解決的情況下，需要與軟件公司服務(wù)人員溝通，尋求協(xié)助。

后處理，分析結(jié)果數(shù)據(jù)

① 觀察模擬結(jié)束后的數(shù)據(jù)信息，包括幾何體信息、場(chǎng)信息如應(yīng)變、溫度、應(yīng)力和其他模擬數(shù)據(jù)信息，如模具載荷等。

②輸出圖形或數(shù)值信息以在其他應(yīng)用中使用。

后處理通過(guò)讀入分析結(jié)果數(shù)據(jù)文件，能夠提供工件在變形過(guò)程中任何時(shí)間步的各種物理數(shù)據(jù)，包含材料應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)、任意部位的速度場(chǎng)；追蹤工件內(nèi)任意點(diǎn)的物理量與時(shí)間的變化曲線，壓力機(jī)力能曲線等。用戶能直觀方便地觀察模擬結(jié)果，預(yù)測(cè)材料流動(dòng)趨勢(shì)及成形缺陷，為工藝優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)。

需要特別注意，不同的軟件輸出的格式，保存的結(jié)果格式不同，在軟件應(yīng)用中需要執(zhí)行確定自己習(xí)慣和需要的格式和內(nèi)容。

③ 加強(qiáng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝的模擬結(jié)果解讀與細(xì)致分析

一般的工藝模擬流程圖

二、輸入工藝模擬需要的數(shù)據(jù)（邊界條件）及注意事項(xiàng)

工藝模擬需要的輸入條件以及注意事項(xiàng)如下：

有的軟件依據(jù)模擬的需要，需要確定：

注意數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性，了解誤差來(lái)源，這對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的正確解讀具有重要意義。

三、工藝模擬需要的數(shù)據(jù)收集和獲得方式

工藝模擬需要的數(shù)據(jù)類型依據(jù)軟件不同而需要有所不同，下表列出的是必需的一些數(shù)據(jù)，以及獲取方式。在采購(gòu)軟件時(shí)，需要依據(jù)軟件需要與軟件銷售商確定需要的數(shù)據(jù)表，依據(jù)數(shù)據(jù)表建立“工藝模擬卡”，而后開展模擬工作。

必需的數(shù)據(jù)如下：

邊界條件是工藝模擬需要數(shù)據(jù)的通用稱呼，上表已經(jīng)列出了最為重要的邊界條件。依據(jù)軟件的不同，邊界條件需要不同，但所有的邊界條件都必須從實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)量或者通過(guò)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。

就開展的模擬控制條件，需要依據(jù)計(jì)算機(jī)條件與模擬時(shí)間來(lái)確定，這也與使用的模擬軟件相關(guān)，需要與軟件銷售商進(jìn)行技術(shù)確定。

為了引導(dǎo)企業(yè)正確開展模擬，這里提出了建立“工藝模擬卡”的應(yīng)用，下表為比較典型的一個(gè)“工藝模擬卡”（格式），企業(yè)可以依據(jù)本卡建立某零件的“工藝模擬卡”。

工藝模擬卡（格式）

“工藝模擬卡”是指導(dǎo)開展模擬工作的重要文件，也是重要的技術(shù)文件，應(yīng)該與模擬結(jié)果和模擬判斷，以及鍛件圖、工藝卡等一起存檔。

建議：如果時(shí)間允許，宜開展鍛造工藝過(guò)程的全流程模擬，充分再現(xiàn)工藝過(guò)程；如時(shí)間不允許，可僅收集出問(wèn)題工序，開展針對(duì)性的模擬工作。

四、工藝模擬的主要輸出內(nèi)容及結(jié)果分析與判斷準(zhǔn)則

工藝模擬的主要輸出內(nèi)容

工藝模擬可以預(yù)測(cè)出工件變形的詳細(xì)過(guò)程，并定量地給出工程師們所關(guān)心的與變形有關(guān)的各種物理量在工件或模具上的空間分布以及隨時(shí)間的變化。通常包括：工件與模具的幾何外形、位移、速度、（彈性和塑性）應(yīng)變、應(yīng)變率、應(yīng)力、載荷和工件變形流線等。對(duì)于熱鍛，還包括溫度以及微觀組織（如再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)和晶粒度）。如果工件為多孔材料，還另外包括材料密度。即鍛造工藝模擬可以在不做任何成形試驗(yàn)的情況下就能使技術(shù)人員知道他所設(shè)計(jì)的工藝、模具和鍛件坯料是否合理，如果不合理，可以修改設(shè)計(jì)重新輸人數(shù)據(jù)再模擬一次直到設(shè)計(jì)滿意為止。應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)可以最大限度地減少試驗(yàn)次數(shù)﹐使工藝優(yōu)化和新產(chǎn)品試制降低成本，縮短周期。

一般情況下，工藝模擬輸出的內(nèi)容包含下表內(nèi)容，主要分為：模具（一般為剛形體）和工件（變形體）。但依據(jù)模擬軟件的不同，輸出內(nèi)容和格式有所不同，為此在訂購(gòu)軟件時(shí)，必須考慮是否包含了企業(yè)需要的輸出結(jié)果和格式，以合同的形式予以明確和確認(rèn)。

另外，依據(jù)使用模擬軟件的模塊不同，比如特殊工藝模擬，或者鍛前工藝模擬和鍛后工藝模擬，以及機(jī)械和物理性能模擬，輸出的結(jié)果有所不同，因此需要企業(yè)依據(jù)需要和要求咨詢軟件銷售商或開發(fā)商。

結(jié)果分析與判斷準(zhǔn)則

幾何外形結(jié)果：通過(guò)分析模擬結(jié)果中工件/模具的幾何外形和精確尺寸可以判斷產(chǎn)品是否符合實(shí)際產(chǎn)品情況，以及對(duì)模具壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。

載荷結(jié)果：通過(guò)模擬的載荷結(jié)果可以指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)備選擇。

位移、速度結(jié)果：通過(guò)模擬的位移、速度結(jié)果可以分析鍛造工藝中的材料流動(dòng)，以指導(dǎo)工藝和模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果：通過(guò)模擬的應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果可以分析材料的變形程度以及模具的受力狀況，以控制鍛件質(zhì)量、優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化鍛造工藝。

溫度場(chǎng)結(jié)果：通過(guò)模擬的溫度場(chǎng)結(jié)果可以了解工件/模具在成形過(guò)程中的溫度演變情況，結(jié)合應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果，可以分析其組織演變、缺陷產(chǎn)生趨勢(shì)等，以指導(dǎo)工藝和模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

其他結(jié)果：根據(jù)模擬得到的其他特定結(jié)果，如微觀組織、材料密度變化等都對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有著直觀的指導(dǎo)意義。

依據(jù)國(guó)外使用模擬技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，工藝模擬必須有鍛造工程師參與，工藝模擬軟件是工程師工作的一種工具，模擬軟件本身不能判斷其模擬結(jié)果的正確性和適應(yīng)性。因此工藝模擬軟件在使用中必須堅(jiān)持三個(gè)原則：

一個(gè)是模擬次數(shù)必須足夠的多，對(duì)于一個(gè)從來(lái)沒(méi)有鍛造過(guò)的零件，在使用工藝模擬技術(shù)協(xié)助工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和設(shè)備選型時(shí)，必須要進(jìn)行多次模擬，一般應(yīng)該在修正各種參數(shù)的情況下，進(jìn)行不少于27-33次的模擬。對(duì)于一個(gè)類似與以前生產(chǎn)過(guò)的零件的鍛件進(jìn)行模擬，模擬次數(shù)也不應(yīng)少于10次。第二是使用工藝模擬技術(shù)必須對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)模擬，并進(jìn)行驗(yàn)證，積累經(jīng)驗(yàn)，建立企業(yè)需要的數(shù)據(jù)庫(kù)。這不但有利于原來(lái)鍛件工藝的改進(jìn)，也是模擬技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的積累，推進(jìn)新產(chǎn)品開發(fā)成功的重要途徑。 第三是工藝模擬是一門技術(shù)，需要的知識(shí)面比較廣。工藝模擬選擇參數(shù)必須盡可能地靠近實(shí)際生產(chǎn)情況，取值必須科學(xué)合理，不可過(guò)分理想化和人為化，必須聽取和參考老技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，否則可能會(huì)嚴(yán)重影響工藝模擬的效果。

五、工藝模擬軟件常見故障或顯著錯(cuò)誤判斷原則

模擬中發(fā)生模擬故障，猶如使用機(jī)器鍛造發(fā)生故障一樣，非常正常，也需要及時(shí)修正，盡力避免非法和非理性操作。

既然工藝模擬是一門獨(dú)特的工程技術(shù)，因此從事模擬的人員必須要進(jìn)行必要的培訓(xùn)和訓(xùn)練，特別是要反復(fù)用已有的成功鍛件事例進(jìn)行訓(xùn)練，否則工藝模擬無(wú)法正常使用，也很難起到應(yīng)有的效果。

需要特別指出的是，不同的模擬軟件所發(fā)生的故障千差萬(wàn)別，難以琢磨，因此發(fā)生故障并不可怕，可怕的是總發(fā)生故障，如果相同故障重復(fù)發(fā)生，而非使用者問(wèn)題，必須要協(xié)商軟件銷售商或開發(fā)者進(jìn)行解決。

在大多數(shù)情況下，會(huì)發(fā)生模擬硬件、工作平臺(tái)和使用的配套軟件與模擬軟件不兼容，這就需要嚴(yán)格按照模擬軟件的需要做好硬件、工作平臺(tái)和軟件的準(zhǔn)備。

六、工藝模擬軟件的驗(yàn)證方法

工藝模擬軟件的結(jié)果一般采用實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

1．通過(guò)工藝試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證：按照最優(yōu)化的工藝模具造型和軟件模擬中選用壓力機(jī)類型，加工工藝模具和選擇合適的壓力機(jī)。工藝試驗(yàn)的邊界條件嚴(yán)格遵照模擬中設(shè)定的邊界條件，進(jìn)行工藝試驗(yàn)。將實(shí)際成形力、成形能量、成形力變化曲線、工件最終成形形狀與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證專業(yè)金屬成形模擬軟件的準(zhǔn)確性。

2．企業(yè)不應(yīng)該僅有一種模擬軟件，為了能讓工藝模擬起到應(yīng)有的作用，企業(yè)至少應(yīng)該擁有兩套不同種的工藝模擬軟件，通過(guò)多種有限元模擬軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)比分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)際應(yīng)用中，也可以采用通用的有限元模擬仿真軟件進(jìn)行更為詳細(xì)的前處理設(shè)定，結(jié)果與專業(yè)金屬成形軟件模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，進(jìn)一步對(duì)比分析專業(yè)金屬模擬軟件的準(zhǔn)確度。

3．采用理論計(jì)算和模擬仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)照。金屬成形過(guò)程中材料流動(dòng)、成形力可以通過(guò)理論方法或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果和模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)照分析，驗(yàn)證專業(yè)金屬成形模擬軟件的準(zhǔn)確性。

4．模擬計(jì)算結(jié)果一般分為定性分析、定量分析、定性+定量綜合分析。

5．善于利用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)對(duì)模擬結(jié)果加以分析。

6．合理利用正交實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)則，選取不同維度輸入工藝參數(shù)類型，研究同類鍛件模擬的輸出結(jié)果，可以有效的校驗(yàn)?zāi)�擬軟件的工藝適用范圍、計(jì)算偏差等。

第四篇 模擬工程建設(shè)注意事項(xiàng)

一、模擬工程建設(shè)特點(diǎn)和行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

從第二篇工藝模擬所需資源以及第三篇工藝模擬技術(shù)應(yīng)用的步驟與流程來(lái)看，鍛造工藝模擬工程建設(shè)具備以下特點(diǎn)：

1．基礎(chǔ)投資費(fèi)用高

模擬分為前處理、模擬、后處理等過(guò)程。三個(gè)步驟均依賴于配置不低的計(jì)算機(jī)硬件、價(jià)格不菲的大型專業(yè)軟件、以及要求較高的運(yùn)維保障環(huán)境。

2．人員的技術(shù)要求門檻高

應(yīng)用模擬技術(shù)需要較高的人員技術(shù)素養(yǎng)。一個(gè)工程技術(shù)人員，要想達(dá)到熟練地、有價(jià)值地使用模擬軟件，不僅要懂得鍛造工藝的基礎(chǔ)理論，還要懂得模擬所需的理論知識(shí)，如塑性成形原理、有限元分析基礎(chǔ)理論知識(shí)等，而且還要具有一定年限的工藝、模具設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、工藝質(zhì)量處理、鍛件缺陷分析的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)。具備這樣水平人員的培訓(xùn)，在企業(yè)內(nèi)部，一是需要較長(zhǎng)的培養(yǎng)時(shí)間（平均5-8年），二是培訓(xùn)的代價(jià)也很高。

3、模擬結(jié)果的應(yīng)用容易受到制約

一個(gè)企業(yè)所生產(chǎn)的鍛件產(chǎn)品在整個(gè)鍛造行業(yè)產(chǎn)品分類中占據(jù)一個(gè)較窄的幅度，所以企業(yè)花大力氣投資、進(jìn)行人員培養(yǎng)，也僅僅用在一個(gè)較窄的產(chǎn)品類別、工藝種類上，經(jīng)濟(jì)性值得思考。另外，模擬的結(jié)果可分為定性的、定量的、或者定性定量相結(jié)合的，在企業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，很容易導(dǎo)致：工藝簡(jiǎn)易的零件，不需要模擬，憑借技術(shù)人員的豐富經(jīng)驗(yàn)即可掌握；工藝復(fù)雜的零件，模擬的結(jié)果采用度有限，感覺結(jié)果不可用。這是因?yàn)榧夹g(shù)人員在復(fù)雜零件和復(fù)雜工藝之間，沒(méi)有建立起有效的定向分析的聯(lián)系模式，模擬技術(shù)受到應(yīng)用制約的另一個(gè)因素。

4、工程系統(tǒng)閑置率高

如果把一個(gè)模擬工程系統(tǒng)的使用效率用一個(gè)時(shí)間指標(biāo)來(lái)衡量，即時(shí)間利用率，就是將模擬準(zhǔn)備時(shí)間、模擬計(jì)算運(yùn)行時(shí)間、包括后臺(tái)計(jì)算等時(shí)間總和加以統(tǒng)計(jì)，除以系統(tǒng)可開動(dòng)的總時(shí)間，即得到利用的效率。從行業(yè)總體來(lái)看，這個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間效率平均值是一個(gè)較低的水平，閑置明顯。

正是由于模擬技術(shù)的應(yīng)用具備以上的特點(diǎn)，所以制約了行業(yè)工藝模擬工程建設(shè)的發(fā)展�，F(xiàn)階段，行業(yè)的模擬工程建設(shè)大致有以下兩種模式：

第一種模式，單項(xiàng)、局部應(yīng)用模式。

這種模式是在中大型企業(yè)中加以應(yīng)用。首先，中大型企業(yè)有能力進(jìn)行投資；第二，企業(yè)有一定的生產(chǎn)規(guī)模、零件和工藝品類較多，技術(shù)人員和技術(shù)儲(chǔ)備較廣，有一定應(yīng)用基礎(chǔ)；第三，企業(yè)具備模擬分析的內(nèi)在需求。

這種模式下，一般按用戶終端計(jì)算的節(jié)點(diǎn)數(shù)在個(gè)位數(shù)，模擬軟件單一，人員技術(shù)面較窄，模擬應(yīng)用局限于本企業(yè)內(nèi)特定的一些工藝類別。

第二種模式，工藝模擬聯(lián)合模式。

這種模式主要應(yīng)用于：一種是大型、特大型企業(yè)的技術(shù)中心，還有一種是數(shù)個(gè)企業(yè)、高校等聯(lián)合起來(lái)的模擬應(yīng)用陣地。

這種模式下，按用戶終端計(jì)算的節(jié)點(diǎn)數(shù)有的多達(dá)數(shù)十個(gè)，模擬軟件品種較多，工藝和產(chǎn)品類別涵蓋較廣，技術(shù)支持較為全面。例如，一些大型聯(lián)合平臺(tái)，將技術(shù)人員分為前端造型人員、前端數(shù)據(jù)處理人員、模擬技術(shù)人員、后端數(shù)據(jù)處理人員、系統(tǒng)基礎(chǔ)研究人員、系統(tǒng)維保人員等。分工細(xì)化，一方面能有效地降低模擬人員的技術(shù)門檻，同時(shí)也提高了聯(lián)合平臺(tái)系統(tǒng)的使用效率。

二、模擬工程未來(lái)建設(shè)模式

基于以上的原因，鍛造行業(yè)應(yīng)用模擬技術(shù)的企業(yè)數(shù)量并不是很廣。因此，前節(jié)所述第一、第二類應(yīng)用模式，也僅局限在較小比例的鍛造企業(yè)中應(yīng)用。更多的企業(yè)，依然還沒(méi)有開展模擬技術(shù)的應(yīng)用。原因：用不起（企業(yè)規(guī)模小）；沒(méi)啥用（幾十年就生產(chǎn)三五個(gè)零件，沒(méi)啥問(wèn)題不清楚）；用了也白用（好不容易有了復(fù)雜零件需要用到模擬，但是由于經(jīng)驗(yàn)欠缺，得不到所需的結(jié)果）。

但是現(xiàn)在，由于新的技術(shù)出現(xiàn)，鍛造行業(yè)的模擬技術(shù)發(fā)展，又迎來(lái)了新的契機(jī)。分析如下：

主要的新技術(shù)是通訊方面5G技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)。計(jì)算機(jī)技術(shù)主要體現(xiàn)在：新一代物聯(lián)網(wǎng)（將取代現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)或者說(shuō)是現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)，其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已布局完成并開始應(yīng)用）；云存儲(chǔ)和云計(jì)算（含大數(shù)據(jù)應(yīng)用、新型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等）。5G通訊技術(shù)的主要特點(diǎn)：高帶寬、低時(shí)延、多點(diǎn)接入性等。人工智能技術(shù)，雖然仍處于高速發(fā)展的起步階段，但其應(yīng)用面的擴(kuò)張速度、對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)的沖擊已經(jīng)有所體現(xiàn)。為了能適應(yīng)這種新技術(shù)的發(fā)展，也有人提出一種模擬軟件新的應(yīng)用理念，也就是第三種應(yīng)用模式，被稱為“云端智能模擬模式”。其核心含義如下：

一是將模擬的主計(jì)算放置在云端�，F(xiàn)有的云技術(shù)發(fā)展已很成熟了。鍛造工藝所需的云計(jì)算算力已經(jīng)不是問(wèn)題�，F(xiàn)有云計(jì)算成本性價(jià)比較高。而且我國(guó)現(xiàn)階段冗余算力對(duì)于鍛造行業(yè)僅用于模擬的算力覆蓋也是綽綽有余。主計(jì)算放置在云端，極大節(jié)省終端用戶投資。

二是終端用戶只需要解決簡(jiǎn)單的I/O問(wèn)題。終端用戶不需要投資昂貴的硬件；不需要投資大型的專用軟件。即使是輕量級(jí)的I/O軟件，將來(lái)隨著行業(yè)應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大，也可以做到免費(fèi)。終端用戶只需要描述問(wèn)題即可。特別需要指出的是未來(lái)終端用戶不再需要復(fù)雜高端技術(shù)人才。（這個(gè)不僅取決于系統(tǒng)，還需要體系的建設(shè)做出改變）

三是，5G的高帶寬、低時(shí)延特點(diǎn)正好解決了模擬所需的海量數(shù)據(jù)傳輸。就現(xiàn)有的模擬數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸，可能縮短到秒級(jí)、分鐘級(jí)。

四是，智能技術(shù)+新型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，可以做模擬條件、模擬過(guò)程、模擬結(jié)果、模擬環(huán)境等優(yōu)化工作。

綜上所述，如果用一句通俗的話來(lái)概括這種未來(lái)的應(yīng)用模式，就是：全國(guó)的鍛造行業(yè)，都在共用一個(gè)模擬軟件（鍛造云端智能模擬），不需要懂很復(fù)雜的理論，只需要描述需求，輸入并上傳需求，很快就得到想要的結(jié)果。

有理由相信，第三種工藝模擬建設(shè)模式，可以實(shí)現(xiàn)多方共贏：

1．首先終端用戶實(shí)現(xiàn)模擬的“白菜價(jià)”和低技術(shù)門檻；

2．現(xiàn)有軟件提供商由銷售成套軟件贏利轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┰朴?jì)算工時(shí)服務(wù)贏利。

由于現(xiàn)有鍛造企業(yè)數(shù)、已實(shí)施（購(gòu)買）模擬軟件企業(yè)數(shù)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，軟件提供商的利益獲取已到瓶頸或發(fā)展空間有限；而由于模擬成本降低帶來(lái)用戶群體擴(kuò)大、導(dǎo)致行業(yè)模擬產(chǎn)業(yè)規(guī)模的增長(zhǎng)，軟件提供商也將是長(zhǎng)期獲利。

3．行業(yè)協(xié)會(huì)提供中間諸多資源整合、衍生服務(wù)，起到任何上、下游替代不了的作用，也必將創(chuàng)造應(yīng)有價(jià)值。另外，本發(fā)展趨勢(shì)與行業(yè)協(xié)會(huì)宗旨高度吻合。

假如按第三種模式來(lái)建設(shè)和應(yīng)用模擬系統(tǒng)，需要做的事情：

1. 現(xiàn)有模擬系統(tǒng)上云�？赡芤延邢到y(tǒng)具備此功能；沒(méi)有此功能的略加改造、開發(fā)、升級(jí)。

2. 創(chuàng)新商業(yè)運(yùn)作模式、統(tǒng)合多方資源。傳統(tǒng)模擬軟件廠商，將不再以銷售成套軟件作為盈利點(diǎn)，將用云端計(jì)算工時(shí)獲取利益；

線下終端用戶，不再需要大量固定資產(chǎn)投資，只需按需求、按流量、按算力支付費(fèi)用；

技術(shù)上，還需要整合、開發(fā)前處理輸入標(biāo)準(zhǔn)、后處理輸出標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果運(yùn)用及解讀等技術(shù)。

行業(yè)組織將推動(dòng)整合各利益體、商業(yè)化組織及運(yùn)作、中間過(guò)程服務(wù)等。

三、協(xié)會(huì)在新的工程建設(shè)模式中所起的作用

依據(jù)第三種工程建設(shè)模式的設(shè)想，作為行業(yè)牽頭單位和聚合平臺(tái)的中國(guó)鍛壓協(xié)會(huì)，將推動(dòng)做以下事情：

1．整合各方資源。模擬軟件選型、升級(jí)改造、上云；組織國(guó)內(nèi)力量聯(lián)合開發(fā)國(guó)產(chǎn)模擬軟件；組織開發(fā)前、后端接口軟件。

2．推進(jìn)商業(yè)平臺(tái)的建設(shè)。運(yùn)作；協(xié)調(diào)投資主體；規(guī)劃運(yùn)行模式；協(xié)商利益劃分。

3．推動(dòng)衍生服務(wù)發(fā)展。建立模擬資源庫(kù)（材料庫(kù)、性能參數(shù)庫(kù)、模擬作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)等）；聚合模擬技術(shù)人才（系統(tǒng)開發(fā)人才、鍛造模擬理論研究、技術(shù)應(yīng)用人才等）；提供造型數(shù)據(jù)輸入代理服務(wù)、輸出數(shù)據(jù)解讀服務(wù)（各種類型應(yīng)用）、云端模擬計(jì)算過(guò)程服務(wù)；相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)業(yè)務(wù)。

4．指引模擬平臺(tái)創(chuàng)新發(fā)展。分步實(shí)施、滾動(dòng)發(fā)展；協(xié)調(diào)解決平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題（包括技術(shù)、管理、商業(yè)問(wèn)題）；不斷融合新技術(shù)，研究平臺(tái)未來(lái)發(fā)展。

附注

參與本指引起草和審校的單位和人員有：

（1） 重慶大學(xué) 周杰教授；

（2） Forge模擬軟件中國(guó)代理 雷訊先生；

（3） Qform模擬軟件中國(guó)代表 北京富京技術(shù)公司 董卓先生；

（4） 上海交通大學(xué) 趙震教授、胡成亮教授；

（5） 東風(fēng)鍛造有限公司 朱家剛高級(jí)工程師；

（6） 江蘇森威精鍛有限公司 楊益工程師；

（7） 江蘇龍城精鍛集團(tuán)有限公司 孫偉工程師。