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1、CAE仿真的并行实现近来，CAE（计算机辅助工程）技术的突破性进展，导致在分布式共享存储器环境下CAE仿真的并行度达到新的高度。许多科研和商业使用的CAE软件可在SGI ccNUMA体系结构的256个处理器系统上运行。当代采用并行算法的典型CAE软件解决了中等并行度的瓶颈问题。但是要想得到处理100个处理器的并行功能，用户必须考虑一下系统软件的性能和系统的结构。 CAE仿真的并行方法 传统工业，诸如汽车、宇航和电站正面临要求越来越短的开发周期，并且要面临安全、环保和燃料充分利用的全面挑战。在富有竞争的商业环境中，传统工业也需要高质量和设计优良的产品。随着CAE技术的不断发展，仿真给业界提供了一
2、个辅助设计的方法，使设计效率大为提高。以前，CAE仿真对工业设计的影响有限，这是因为建模和解决问题的时间不能满足开发进度的要求。在20世纪80年代，矢量体系结构计算机大大改善了CAE仿真的速度问题，但是这种改善是以很高的费用为代价的。精简指令集计算机（RISC）在20世纪90年代的出现，提高了性能价格比，但是基于总线共享内存并行操作的规模不能超过8个处理器。最近在并行计算方面的发展证明了分布式共享内存系统CAE并行运算的性能可以超过矢量计算机。SGI 2800就是这种系统的典型，性能价格比高也是这种系统最富有吸引力的地方。在许多工业领域中，这种趋势近来已经影响了CAE技术用户的投资方向。过去三
3、年中，在可伸缩系统和并行CAE软件上，汽车工业已经作出许多重大投资。据估计，仅1999年一年，底特律三大汽车OEM的总的Gflop计算能力增长了两倍以上。在防撞性仿真、噪音震动和啸叫声（NVH）的分析和计算机流体动力学（CFD）仿真方面，由于商业化CAE软件的有效并行实现，它的应用日益广泛。在不到一年的期间中，底特律三大汽车OEM采用了总数达740个处理器的SGI 2800 服务器，包括两个分别配置128个处理器的系统，使现有计算能力达到375 Gflop。一个系统的架构是否能达到高度的并行有效性已变得越来越重要，开发并行CAE应用软件可以提高这种能力。从硬件和软件的算法观点看，可以概略地把C
4、AE仿真“行为”分为三类来考虑：隐式、用于结构力学的显式有限元分析（FEA）和用于流体力学的CFD。关于并行实现的规模，以上每一类都有它内在的复杂性，这种复杂性依赖于并行方案的选择。大部分商业CAE软件使用基于域分解方法的分布式内存并行（DMP）方案。这种方法根据所需要的计算工作，把整个解决方案域分成许多大致相等的分区。每个分区和在分区之间传输的信息，在一个独立的处理器中进行处理。为了保持整个解决方案的一致性，分区之间的信息通过MPI（消息传递接口）传输。一些其他的有效的并行方法有：共享内存并行（SMP）实现及把DMP和SMP联合在一起的混合并行方法。而且混合并行方法已得到越来越普遍的应用，它
5、包括了Eulerian和Lagrangian力学的混合，例如燃烧的仿真。混合并行方法尤其适合于分布式共享内存结构的SGI 2800。SGI 2800分布式共享内存系统基于高速缓存一致性非均衡存储器访问（ccNUMA）结构。内存在物理上是分布式的，但是在逻辑上对于用户而言是资源共享的。为了减少妨碍高带宽和可伸缩性的等待时间，SGI ccNUMA 的实现通过非阻塞的互连设计，把内存分布到每个处理器上。同时，为了简化编程任务，采用独特的高速缓存一致性的目录存储器，提供一个用户可全局寻址的内存资源。一个单一系统映像的SGI 2800系统可扩展到512个处理器，并且内存可以扩展到1Tb。这个系统是目前工
6、业上可用的最大的SMP系统。 未来的发展方向 研究部门与工业界将继续增加它们在CAE技术方面的投资，把它作为产品和过程设计的辅助工具。这完全是由于经济利益和可扩展的CAE所带来的质量改善所驱动的。有效的CAE仿真意味着提高造型分辨率的进一步提高，并在早期开发阶段就可以作出更为全面的评价。运算法则的进步和新的硬件体系结构的出现导致了CAE方法论的提高，伴随这些进步，已改善的CAE可伸缩能力将进一步进入到一个崭新的十年。这些提高将刺激CFD建模在瞬间流动状态的应用、建筑机械学不确定性的广泛实施应用，以及多规程液流与结构相结合的生产应用等许多方面，在其它建模工具应用中也会有提高。用于瞬时状态的CFD
7、仿真已进入工业化应用阶段。用于瞬时流态的仿真包括自动推进的电力火车汽缸内部燃烧应用、地面滑行的飞机的空气动力学问题的应用、商业航行器的非巡航状态的空气动力学应用、涡轮机器的压缩机和燃烧室的热空气流动的应用，以及涡轮设计应用。结构FEA仿真目前正经历一个从确定性到不确定性的历史性转变。对单个FEA分析的变化不大，高度并行随机技术正被应用于更好地解决诸如材料特性分析、测试条件、制造和装配等方面设计中的不确定性问题。显式FEA方法在特殊情况下适合于不确定性仿真。使用显式FEA动力学进行高度短暂的非线性造型，诸如汽车等交通工具的碰撞、气囊与驾驶员的交互作用以及飞机与飞鸟的碰撞，都呈现出实际参数的分散性
8、。随机仿真发展的事实表明，CAE仿真正朝着单学科与多学科结合的方向发展。近来，蒙特卡洛随机方法已经应用于汽车设计中的NVH和防撞性研究。 结论 增强并行可扩展能力的研究将继续在软硬件方面发展下去，这将使造型分辨率进一步提高成为可能。的确，有显著经济效益的、可扩展的CAE仿真已表现出它可以全面应用于科技和工业部门的能力，并且随着技术的发展，在工业设计中将继续得到更为广泛的应用。继续得到更为广泛的应用。 用表面涂层法有效提高PET瓶阻隔性聚酯（PET）是饮料包装领域的主要原材料之一，具有透明性好、化学性质稳定、阻隔性相对较好、质轻价廉和可回收利用等多种优点，但作为啤酒瓶，PET的气体阻隔性仍不够高
9、。因此，提高聚酯瓶的气体阻隔性是啤酒塑料化包装的一个主要研究方向。其中表面涂层法是研究最早、最多的工艺之一，已成为提高聚酯瓶的气体阻隔性的重要手段。表面涂层法是采用各种高阻透涂料和各种涂覆技术，在PET瓶的内外表面形成很薄的阻透层，隔绝气体的进出，达到啤酒保鲜及延长货架期的目的。等离子体涂覆技术各种涂覆方法中最具有市场潜力的开发热点是等离子体涂覆技术。等离子体表面外理技术兴起于20世纪60年代，是一种干式处理工艺，具有操作简便、清洁、高效、安全无污染等优点，能满足环保的要求，等离子体表面处理的深度为纳米级，在使材料界面物理性能得到显著改善的同时，材料本体不会受到影响。钻石型碳涂层（DLC）日本
10、日精ASB与日本麒麟啤酒公司、三菱商事及Youtec公司合作开发出钻石型碳处理工艺（DLC）。该工艺采用高频电流真空放电使离子碳氢在瓶子内表面相形成厚度为20-40nm的类似钻石碳结构精细涂层。该材料对氧气阻透性提高8倍，耐紫外线能力也有提高。该涂层不仅透明度高，涂层柔软，不易龟裂，而且耐酸碱。这几家公司正在合作开发工业化生产设备，并计划首先向中国市场推广。无定形碳涂层无守形碳处理技术（Actis）是法国Sidel公司开发的阻隔处理技术。该技术与DLC技术类似，等离子化乙炔在瓶子内壁凝聚成一层高度氢化的非晶态碳的均匀固体腊，厚度20-150nm。采用Actis工艺外理的PET瓶较普通PET瓶的
11、隔氧效果提高30倍，对C02的阻透性提高7倍多，防乙醛的渗入性提高了6倍。用这种瓶装啤酒贮存6个月后，碳酸气损失北海仅为6%，比目前啤酒工业标准的10%碳酸气损失率还低。该涂层对食品的安全性已通过欧共体机构认可，并获美国FDA批准用于食品包装。该工艺处理的PET瓶在回收利用上具有很强的优势。由于涂层材料用量小，且结构类似于聚合物，因此用回收的Actis瓶制造的纤维，物理性能和色泽均无影响，与其他未经涂层处理的原料混合使用不影响转化处理过程或最终包装的特性。Sidel公司生产的第一种商用设备Actis20，每小时可处理1万个0.6l的PET瓶，设备已销往美国、日本、澳大利亚、葡萄牙等国。阻隔性硅
12、胶涂层可口可乐公司与德国埃森大学、德国Krones公司及Leybold系统公司四方合作，开发了提高阻透性的硅处理PET技术。该技术是在高真空等离子状态下，采用SiOx作物理蒸气沉淀处理，处理层在瓶子的外部。椐称用此工艺处理的瓶子可提高阻透性2-4倍，延长货架期至少6个月，而且不影响啤酒的气味。据Krones公司称，该法的处理工艺费用比使用PEN瓶或多层瓶更经济。该公司与Leybold公司合作已在德国的一家可口可乐公司的灌装厂安装了一条生产线。瑞士TetraPak包装公司开发了一种在PET瓶内壁等离子涂覆SiOx涂层的技术，该工艺可在瓶内壁形成一层厚度为0.1-0.2l的PET瓶，并已在瑞典的S
13、pendrups酿酒公司应用。其它涂层技术瑞士Instant表面技术公司开发了一种可在大气压下等离子涂覆的技术，使阻透层沉积于PET瓶内壁。据称，该技术无需昂贵的设备，简化了涂覆过程，并且涂覆后的PET瓶较普通瓶隔氧性提高了10倍。意大利的Sipa公司开发了一种环氧-胺外涂层PET瓶。该工艺选用美国PPG公司的环氧-胺阻透涂料，形成光亮的耐划伤阻透层。TetraPak公司还推出了一项阻透涂覆新技术，用一种两层瓶，通过对阻透层厚度的调整达到希望的阻透效果。阻透层采用的是陶氏化学公司的热塑性环氧树脂，既有较高的透明性又有极好的气体阻隔性能。美国杜邦聚酯公司开发了一种新的两段涂覆技术，对O2及CO2
14、的阻透性可提高30倍，且底漆可用水分离，材料回收方便。杜邦公司开发的另一项被称为透明的铝的外涂覆技术可使阻透性提高30-40倍，该技术已接近于商业化。但是，表面涂覆技术提供的阻隔性能会受到瓶子比表面积的影响，内涂层则存在对食品的安全性问题，另外，部分涂层的柔韧性欠佳，其中SiOx涂层较脆，易剥落。而其他方法也存在着或多或少的问题。因此，开发更新工艺，全面提高聚酯瓶阻隔性，还有很长的路要走。CIMT2001电火花机床评述CIMT2001热热闹闹开始了，盛况空前。在电火花加工机展台前的观众有两种较普遍的看法：一些观众认为电火花加工技术的发展似乎越来越慢，没有多少令人兴奋的大进展；又有一些观众认为该
15、技术过于繁琐复杂，甚至模糊不清，要采购到自己满意的机床心里没底。对于第一种疑惑，您只要稍稍深入了解一下就可以明白，电火花加工技术经过半个世纪的发展后，已经成熟了。就象百米赛跑，已进入10s大关，每提高0.1s都是一个飞跃。虽然电火花线切割的轮廓加工精度TKM仅从5µm提高到3µm，但这对精密模具行业来说，却是一个了不起的突破，能够带来惊人的效益。第二种观点所反映的问题，的确应该引起行业的高度重视。因为电火花加工技术发展实在太快，我们用户的水平有点跟不上。因此，我们需要引导参观者从掌握产品的技术背景着手，从各项技术发展总趋势的高度上去了解和评估各参展厂商的水平。由于市场的
16、全球化以及信息技术的高度发展，作为市场服务的技术，其内在实质日趋一致。虽然市场定位不同，各有特色，但这只能占一小部分。所以用户只要看该产品的主体是否在主流水平上，估摸其技术的成熟程度，有什么特色，就能做出正确的评估。1 电火花加工机的共性技术1.1智能技术电火花加工从一开始就采用伺服进给，有一定的自动化。从上世纪70年代末开始引入数控技术，机床能按编程自动定位，手动加工。但电火花加工工艺复杂，随机事件多，按既定方针是无法处理的。例如加工间隙内电蚀产物的堆积、集中放电、甚至起弧等，都要靠有经验的技师不断观察、判断，试探着调整，排除故障，优化加工参数，才能安全高效，实在是不容易。这就出现了早期的智能技术-适应控制。今天智能化已成为电火花加工机床的核心技术，先进程度的标
