倘若一辆汽车实现了轻量化达10%,那么便能够省下6%至7%的燃油,这并非是实验室里得出的理论数据,而是业已借助数字化设计验证过的真实路径。在气候压力以及油价波动的形势之下,制造业的绿色转型已然不再属于选择题范畴,而是一道必须要精准算清楚的经济账目。

数字样机让轻量化不再靠经验

以往的时候,汽车工程师若要去验证一个零件究竟可不可以减重,常常都得反复地去进行开模操作,还要制作物理样机,仅仅一次测试便得耗费几周时间,甚至是几个月的时长。而现如今,借助数字化设计软件,设计师于电脑之中就能够完成材料的虚拟测试以及性能模拟。举例来说,要是打算使用塑料去替代金属,软件能够直接对受力情况、疲劳寿命以及热变形数据展开分析,进而能够提前对问题做好预判。

这种数字样机技术不但节省时间,更为关键的是使得轻量化能够被量化。工程师能够精确找寻到部件的最佳安全重量比,并非依靠经验去做加减法。在巴西、中国、印度这些汽车销量迅速增长的市场,每辆车的材料选择以及重量优化,都直接对未来的碳排放总量有着影响。

材料替代带来实实在在的燃油节约

数据表明,当汽车重量每减少10%时,燃料消耗量便能够降低6%至7%。此比例置于全球6亿辆正在使用的汽车的基数之上,意味着存在巨大的减排空间。采用铝材、先进塑料以及聚合物复合材料去替换传统钢铁,是当前行业里最为成熟的轻量化方式。

整辆车的重量减轻,不仅会反映在车身上,就连发动机、悬架、刹车这些系统,也会因此进一步缩小尺寸。这种连锁反应,使得轻量化所带来的收益得以放大。在美国,有一个名为“自由汽车项目”的项目,欧特克参与其中。在这个项目里,团队设定的目标是,要在成本相同的情况下,将汽车结构件的重量减轻一半,并且还要提高可回收材料的使用比例。借助数字化设计工具的辅助,这个目标正在逐步达成。

注塑模拟优化材料选择

有不少人觉得塑料件就是采用注塑成型这种方式来制作,显得简单又直接,然而真实情况是,材料选择跟注塑工艺之间的匹配程度,会对最终所生产产品的强度以及重量产生直接影响。在进行注塑操作开始之前,借助模拟工具,工程师能够预先看到不同材料的填充呈现效果、收缩比率和形成的应力分布情况。

这般模拟使得设计师能够精准判定某类材料是不是适宜去替换原本的金属部件,像是纤维增强型聚合物复合材料,其强度能够趋近钢材,然而重量仅是钢材的五分之一,凭借数字化工具,工程师能够优化纤维的排布方向以及用量,在不损害安全性的情形下将减重达成极致。

动力系统数字化设计提升能效

绿色制造之中,轻量化仅是其中一方面,动力系统的效率同样是十分关键的。南非的 ADEPT Airmotive 公司,借助数字软件,开发出了一款航空发动机,其重量相较于传统活塞式发动机轻了 28%,油耗降低了 30%。而这种效率的提升,所依靠的是在设计阶段,针对每个零部件进行精确模拟以及优化。

冰岛氢能公司运用同样的设计思路,打造了一套氢能系统,该氢能系统用于冰岛最大的观鲸船的辅助发动机,在极端环境下,数字化设计确保了系统的可靠性以及能效,这证明数字化工具不但能够用于燃油车的改良,还能够促使氢能、电动等清洁能源系统得以落地。

从汽车到绿色工程的思路复用

汽车领域数字化设计所拥有的成功经验,是能够被完整复制到建筑以及工程领域的经验。交通运输网络、市政设施、能源系统,这些大型项目同样迫切需要轻量化、材料通过优化以及性能进行模拟。比如说在对桥梁或者隧道展开设计时,运用数字样机去对不同材料组合的结构表现实施模拟,这样做能够减少那些不必要的钢材用量,进而降低全生命周期的碳排放。

在建筑领域当中,数字化的设计工具已然被运用起来,用以优化暖通系统,减少因材料而产生的浪费,提高对于能源的利用效率。这般跨了行业的思路方面的复用,使得绿色制造从针对单一产品的改进,延伸成为整个基础设施体系在效率上的提升。

政策与消费双轮驱动绿色转型

由毕马威所开展的调查表明,自2007年起始,燃油效率已然成为对消费者购车抉择带来影响的主导因素。这也就意味着市场正主动朝着节能产品进行倾斜。与此同时,全球针对气候变化以及油价升高所产生的担忧,致使各国政府持续加严排放法规。

处于政策以及消费的双重压力状况下,制造企业不得不寻找到低成本且高效率的绿色转型途径。数字化设计恰好提供了如此这般的工具,它并非要求企业大幅度增添研发投入,而是于现有的流程之中嵌入更为精准的模拟以及优化能力,从而让减碳与降本同步达成。

在未来买车之际,你是否曾思索,你最为重视的究竟是车辆每百公里的油耗情况,还是该车所使用的可回收材料的数量呢?欢迎于评论区交流你的抉择。