大数据时代下风电机组仿真设计新动向

近年来，风电场开发已经进入地形复杂、气候善变的“差异化”区域，而风电机组整机则伴随着精细化风电场开发要求进入了精益设计的“定制化”时代。

“不同风况、不同塔高、不同叶片、不同容量……”，这一系列的差异化市场需求对风电整机制造商提出了新的挑战：如何能快速推出与之相匹配的最佳风电机组？如何应对复杂工况和大风轮对整机与各零部件设计水平与可靠性提出的更高要求？如何在“平价上网”的政策下控制产品成本？

工欲善其事必先利其器

虚拟仿真分析技术作为风力发电机整机与部件开发中的重要手段，在提高产品设计水平与可靠性、降低产品研发周期与成本方面有着突出作用。经过多年积累，运达股份自主开发并完善了浙江运达风电机组虚拟仿真分析平台，为应对当前风电发展趋势对整机产品愈发严苛的要求提供了强力保障。

该平台利用先进的结构仿真优化工具集，以仿真优化主导产品概念设计，打破传统的“经验设计为主，仿真分析为辅”模式，形成“仿真驱动设计”的创新性产品设计开发方式，大幅降低产品研发迭代周期与人力成本，并加速最优产品设计的获得，为保证产品可靠性、降低产品成本、提高产品研发效率提供了强大的助力。

仿设合一丨一站式多功能平台

虚拟仿真分析平台是集合了设计、仿真分析和数据管理于一体的一站式多功能系统。系统从平台化、自动化、数据化、自主化等方面实现了设计、仿真工作的一体化衔接，软件自动化替代人工，展现出大数据计算平台的强大功能。

平台化集成：不同功能的工具集之间通过C#与MATLAB开发接口进行平台化集成，依托于运达云计算平台，可进行大规模多线程并行计算，2000万自由度级别的仿真分析模型可在8小时以内完成计算。同时避免了产品开发阶段的多系统切换，实现设计开发全程追踪与核心数据积累。

其中设计工具集集成了AutoCAD与SolidWorks等绘图软件；仿真分析工具集基于ANSYS有限元分析软件和SAMCEF多体动力学分析软件，可进行大至系统级、小至部件级乃至连接零件的多级结构仿真分析与虚拟试验。

自动化流程：将仿真分析工程师高水平技能和经验软件流程化，实现了仿真分析前处理参数化自动建模以及后处理仿真结果自动提取，降低了使用难度，大幅提升了工作效率；在计算精度方面，通过标准化建模流程保证仿真模型质量，模型仿真分析结果与理论解或实测结果对比误差可控制在5%以内。

数据化预测：通过云计算提供足够载荷与应力数据，利用大数据深度学习技术自动提取数据特征、进行权重学习，建立载荷与危险位置应力的映射模型，实现直接通过载荷数据对部件可靠性的快速评估，无需经过有限元软件进行长时间的计算，提高产品研发效率，减少研发人员重复工作，降低产品开发成本。

自主化寻优：将结构优化转化为数学优化问题，利用拓扑、形状、形貌、尺寸等优化算法实现设计空间内的自动结构仿真寻优，得到最优结构设计，快速实现现有风机结构件设计减重降本及新产品结构件的概念设计。

经验驱动转向仿真驱动丨重构全新设计流程

基于虚拟仿真分析平台的强大功能，彻底解放了风机设计和仿真分析在流程上的束缚，同时使得风机设计优化流程也发生了颠覆性变化，向着更精益、更高效的方向转变。

传统风机结构件设计通常以设计工程师为主导，首先由设计工程师根据经验生成产品初始设计，交由仿真分析工程师进行结构校核，如校核不通过则返回设计工程师根据经验修改设计，如此反复迭代直至结构校核通过。仅凭经验设计与修改所得到的产品设计在成本上通常不是最优的，如果有产品减重降本需求，则需重复上述迭代过程，以得到相对优化（无法保证最优）的设计。

“仿真驱动设计”的产品开发方式以仿真分析工程师为主导，依据产品成本要求，在产品设计初始阶段就利用结构仿真自动优化技术生成产品原始概念设计，再交由设计工程师根据设计原则进行细节修改，此时得到的产品设计基本已是最优设计，仅需再通过仿真结构校核即可得到最终设计，如未通过，则需进行“设计修改-仿真校核”迭代，通常所需迭代次数远小于传统产品设计方式，大幅降低产品研发迭代周期与人力成本，并加速获得最优产品设计。

为响应差异化市场对风机定制化的诉求，运达股份在四十多年风电产品研发的基础上，厚积薄发，推出的虚拟仿真分析平台已全面应用于浙江运达风机整机与部件校核分析、产品优化设计、设计认证等方面。运用该平台进行产品开发某型号轮毂新设计相较原经验设计减重达20%以上，大幅减少“设计修改-仿真校核”迭代次数，提高产品开发效率，将新产品结构件开发所需时间缩减到传统设计开发周期的50%以上。

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▓来源：中国风电新闻网

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