環(huán)境法規(guī)的細(xì)化加強(qiáng)以及政府對(duì)于綠色產(chǎn)品與系統(tǒng)的鼓勵(lì)措施給很多行業(yè)的工程團(tuán)隊(duì)帶來了巨大的變革。例如，在發(fā)電行業(yè)，越來越多利用風(fēng)能、水能和太陽能的發(fā)電廠建成，這就形成了快速發(fā)展的市場(chǎng)和一系列全新的客戶需求。專注于發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)組件的產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)需要面對(duì)更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和支持具有更高燃油效率的重量限制。

    Gilbert Gilkes&Gordon有限公司（通常稱為Gilkes）是一家致力于同時(shí)為發(fā)電和發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)提供服務(wù)的業(yè)界領(lǐng)先制造商。Gilkes Hydro是水電系統(tǒng)（用水產(chǎn)生電）的全球領(lǐng)導(dǎo)者，已在80多個(gè)國(guó)家安裝了超過6,700臺(tái)渦輪機(jī)。Gilkes Pumping Systems制造了一系列用于冷卻大馬力柴油機(jī)的高級(jí)泵產(chǎn)品，能為眾多世界頂尖的柴油機(jī)制造商供貨。Gilkes在1853年成立于英國(guó)的LakeDistrict，擁有悠久的歷史傳統(tǒng)。自1856年以來，公司的主要工廠即位于同一位置，并且基本所有權(quán)自1881年開始就從未變更過。憑借忠實(shí)的客戶群體和業(yè)界驗(yàn)證的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，Gilkes多年在小型水力發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻泵領(lǐng)域始終傲視群雄，穩(wěn)踞全球市場(chǎng)領(lǐng)先地位。

    Gilkes的冷卻泵機(jī)械設(shè)計(jì)工程師Lindsey Entwistle指出：“Gilkes的傳統(tǒng)方法是通過測(cè)試開發(fā)高性能設(shè)計(jì)，再在工廠中對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化，然后若干年一直使用該設(shè)計(jì)的變更方案。客戶對(duì)產(chǎn)品的性能非常滿意，并且這種方法經(jīng)過了多年實(shí)踐。”

Gilkes生產(chǎn)車間的Pelton轉(zhuǎn)輪

Pelton水輪機(jī)的ANSYS CFD仿真

    然而，在過去十年里，Gilkes所服務(wù)的兩個(gè)行業(yè)都發(fā)生了變化。政府對(duì)可再生能源的補(bǔ)貼在一定程度上使世界很多地區(qū)的水輪機(jī)市場(chǎng)開始快速增長(zhǎng)，新的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不斷涌現(xiàn)，因此，Gilkes必須確保更高的渦輪機(jī)性能才能保持市場(chǎng)份額。此外，不斷增強(qiáng)的環(huán)保意識(shí)意味著將有全新的柴油機(jī)立法標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。Gilkes現(xiàn)有的泵設(shè)計(jì)需要更高的性能才有助于減少排放量、達(dá)到其它環(huán)境目標(biāo)及降低生產(chǎn)成本。多年來，Gilkes的產(chǎn)品要求首次發(fā)生顯著變化。

仿真：競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

    在這兩個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域中，Gilkes的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手快速采取行動(dòng)開發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，充分利用這些機(jī)遇；他們大量依靠計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）工程仿真工具來推動(dòng)快速的設(shè)計(jì)開發(fā)，并向市場(chǎng)推出可滿足需求的新產(chǎn)品。

    工程仿真對(duì)Gilkes來說并非新概念。以前需要設(shè)計(jì)分析時(shí)，公司會(huì)將CFD仿真工作外包給經(jīng)驗(yàn)豐富的顧問。此外，Gilkes還為蘭卡斯特大學(xué)一位博士生的工作提供贊助，其論文成功解決了Gilkes的緊迫工程難題。

Gilkes長(zhǎng)久以來擁有出色的工程水平

車間里的Gilkes冷卻泵（左）以及雙回路船專用泵的ANSYS結(jié)構(gòu)仿真（右）

Gilkes必須能確保更高的渦輪機(jī)性能才能保持市場(chǎng)份額

    Gilkes的水輪機(jī)研發(fā)經(jīng)理Alan Robinson解釋道：“我們過去對(duì)工程仿真只是淺嘗輒止，但沒有真正將其作為支持產(chǎn)品創(chuàng)新的核心戰(zhàn)略。我們的傳統(tǒng)是：不做夸張的承諾，交付最佳產(chǎn)品。不過，由于效率擔(dān)保在競(jìng)標(biāo)評(píng)估中占很高權(quán)重，因而提高產(chǎn)品性能勢(shì)在必行。我們必須創(chuàng)新，才能做出更高承諾并延續(xù)我們的寶貴文化。工程團(tuán)隊(duì)提議建立內(nèi)部仿真功能，因?yàn)槲覀冋J(rèn)識(shí)到仿真已經(jīng)成為我們欠缺的一項(xiàng)關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”

    Robinson繼續(xù)說道：“我們向董事會(huì)展示了仿真軟件的功能，以及仿真軟件如何幫助我們快速對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。董事會(huì)不僅同意投入大量資金購(gòu)買技術(shù)，而且還同意招募具有仿真技能的工程師。”

    一種全新的功能初具規(guī)模2013年，Jo Scott被聘任為Gilkes水輪機(jī)業(yè)務(wù)部的資深CFD工程師。Scott在之前的崗位上使用仿真軟件的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20年之久，因而他榮膺Gilkes兩個(gè)業(yè)務(wù)部門的仿真冠軍。

    Scott表示：“我們的第一課是仔細(xì)選擇軟件。即使我們決定購(gòu)買最好的軟件，也要選擇實(shí)際的解決方案。我們意識(shí)到在兩個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域都需要CFD仿真，但泵工程團(tuán)隊(duì)還需要進(jìn)行有限元分析（FEA）才能確保結(jié)構(gòu)的魯棒性。FEA分析工具有很多等級(jí)，因此必須將解決方案與我們的日常挑戰(zhàn)相匹配。”Scott最初嘗試對(duì)一些同事進(jìn)行仿真軟件培訓(xùn)，但他很快意識(shí)到最好的方法是利用ANSYS提供的專家培訓(xùn)。Scott說：“盡管我非常熟悉CFD軟件，但由我來管理內(nèi)部培訓(xùn)無論從時(shí)間還是成本上都不劃算，而且我對(duì)于FEA解決方案的應(yīng)用知識(shí)了解得并不多。因此，我們派出一個(gè)團(tuán)隊(duì)參加正式的軟件培訓(xùn)，這幫我們建立起一支核心的軟件使用小組。”

    現(xiàn)在，在水輪機(jī)業(yè)務(wù)部已有三位兼職ANSYS軟件使用者可配合Scott的工作。在冷卻泵業(yè)務(wù)部，Gilkes有四位工程師使用CFD軟件，另有三位團(tuán)隊(duì)成員使用有限元分析軟件來分析結(jié)構(gòu)問題。

    整個(gè)過程中，Gilkes充分利用電話支持和在線客戶門戶來獲得技術(shù)問題的答案。Scott說：“軟件供應(yīng)商提供的網(wǎng)絡(luò)和電話支持是有用的，不要羞于使用這些資源。那里能提供很多產(chǎn)品知識(shí)。”

    Gilkes起初只有一個(gè)軟件授權(quán)，附加的授權(quán)依靠租用方法；2015年，公司意識(shí)到需要長(zhǎng)期使用權(quán)。Scott說：“當(dāng)我們真正評(píng)估了仿真軟件在Gilkes確實(shí)有用，并認(rèn)為購(gòu)買許可證比租許可證更合適時(shí)，我們根據(jù)團(tuán)隊(duì)在2015年以前使用仿真的頻率做出了這個(gè)財(cái)務(wù)決策。”

廣受歡迎的變化

    在Gilkes公司，工程仿真的應(yīng)用受到了很多現(xiàn)有員工的歡迎，他們非常迫切地渴望學(xué)習(xí)先進(jìn)技能。Robinson說：“我們的工程師使用傳統(tǒng)方法做了很多復(fù)雜計(jì)算和設(shè)計(jì)工作，因此他們對(duì)于新軟件抱有極高的熱情。他們想快速了解最新實(shí)踐的詳細(xì)情況。”

    仿真對(duì)大學(xué)畢業(yè)生同樣具有吸引力，因?yàn)樗麄円炎龊脺?zhǔn)備應(yīng)用大學(xué)中所學(xué)的技能。Gilkes工程師的工作方式與新工程師在大學(xué)中學(xué)到的方法存在一定差距。不過，這種差距在我進(jìn)公司時(shí)正逐漸消失。如今，Gilkes真正地處于工程實(shí)踐的最前沿。在這里工作很令人興奮。”

    Robinson繼續(xù)說道：“我們向董事會(huì)展示了仿真軟件的功能，以及仿真軟件如何幫助我們快速進(jìn)行產(chǎn)品的重新設(shè)計(jì)。董事會(huì)同意投資購(gòu)買軟件。”

    Robinson指出，盡管這種變化很受歡迎，但從文化角度講也確實(shí)具有挑戰(zhàn)性。他解釋說：“在此之前，我們讓工程師負(fù)責(zé)管理整個(gè)項(xiàng)目，致使他們無法集中精力發(fā)揮專業(yè)技能�，F(xiàn)在，我們安裝了模塊化流程，人們掌握不同領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)并各司其職。我們?cè)诿總�(gè)階段都有專家，包括CFD和FEA專家。為此，我們不得不改變?cè)�有的流程并重新定位員工角色，為了將仿真作為核心競(jìng)爭(zhēng)力，這樣做非常必要。”

    Robinson補(bǔ)充說：“每個(gè)人都認(rèn)識(shí)到了改變的必要性，這點(diǎn)很有幫助。我們意識(shí)到我們的效率必須提高，同時(shí)，訂單丟失讓每個(gè)人都認(rèn)識(shí)到必須采用不同的方式。我建議其他公司與他們的工程師分享高層愿景，因?yàn)檫@樣做確實(shí)幫助Gilkes克服了文化阻力。”

開啟新紀(jì)元

    短短三年間，Gilkes從不具備內(nèi)部仿真能力發(fā)展到擁有10位工程師定期使用仿真軟件。公司投入了約150,000英鎊配備仿真技能，包括軟件許可、硬件和培訓(xùn)。目前，公司正在研究建立高性能計(jì)算（HPC）集群，從而管理大規(guī)模仿真并使分析能力變得更加強(qiáng)大。

Gilkes冷卻泵

    Robinson說：“工程仿真現(xiàn)已構(gòu)成分析策略的基礎(chǔ)，從而促進(jìn)智能、綠色設(shè)計(jì)思路，而我們要不斷評(píng)估和開發(fā)新的設(shè)計(jì)。”他補(bǔ)充說道：“盡管很難衡量仿真投資的財(cái)務(wù)影響。但我可以告訴您我們已經(jīng)看到了投資回報(bào)，原因是我們能以低成本更快速地開發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從而贏得更多訂單。我們相信仿真已切實(shí)發(fā)揮作用——并將Gilkes推向新的成功紀(jì)元。”

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本文標(biāo)題：工程仿真幫助Gilkes開啟新紀(jì)元

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