随着国家环保排放标准的日益严格，作为能够对微细粉尘排放进行高效控制的袋式除尘器，已经在电力、制药、水泥、冶金、化工等行业获得广泛应用。文献的统计显示，国内袋式除尘器的使用比例占整体除尘设备使用数量的60%；水泥行业使用比例达到75%左右，并在逐年扩大；钢铁、有色冶金行业袋式除尘器的使用比例达95%；电力行业袋式除尘器的使用比例也正在迅速扩大。
  大型袋式除尘器产品因其结构复杂、体型硕大、单用户定制、零部件标准化程度低等特点，使得设计工作量大、周期长，成为制约袋式除尘器产品设计、生产、使用等各个环节的发展瓶颈问题。据统计，产品在设计阶段可以决定其制造成本的75%～80%，同时还可以极大影响其运行和维修成本。因此，对袋式除尘器产品设计技术的深入研究和应用，具有相当大的经济效益。
  天津水泥工业设计研究院有限公司针对上述问题，在袋式除尘器的产品的现代设计技术方面做了深入探讨，研发出面向产品结构的集成多个设计、分析平台的多参数、多目标设计优化软件，以期缩短设计周期，降低设计及制造成本，提高安全可靠性，增强企业技术创新能力。
2产品现代设计技术及袋式除尘器产品特点
  随着科技进步和设计工具特别是电子计算机技术的发展，设计的自动化和精密计算得以实现。在继承了基于直觉、经验、半理论半经验的所谓“传统设计”的精华后，以满足产品质量、性能、成本等综合效益为目的，以计算机辅助技术(CAX)为主体，以数学、力学等科学方法和现代信息技术、领域协同技术等为手段而研究创造、改进产品的一系列“现代设计技术”， 包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺过程设计(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助创新(CAI)、优化和可靠性设计、价值工程、产品数据管理(PDM)、疲劳设计、并行设计、虚拟设计等，近年来不断涌现和发展。
  在计算机技术迅猛发展后，结合现代数值方法和工程设计理论与方法，较早形成的现代设计技术——CAD，在几何建模、工程计算、图形及数据处理，分析检验、文件编制等方面，系统功能已经相当完备。
  CAD较早的技术支撑软件代表为AutoCAD，至今它依然是众多设计院所、企业、工程教学单位使用多的设计平台软件之一，它方便、出色的图形处理能力主要表现在二维域中。近年来，技术支撑层面的软件包括：Pro/E(Pro/Engineer)、SolidWorks、NX等等，处理三维图形的能力都相当强大；设计中所直接生成的3D结构图，所描述的结构空间形状、结构之间的相互关系等都非常直观明确；尺寸和装配关系的约束条件设置增强了其设计、组装和制图的功能；对结构材料属性的赋值可以实现对结构的物理分析。而其参数化设计技术，不仅使CAD具有交互功能，还具有自动绘图功能，可以让设计人员从繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，大大提高设计速度，并减少了设计信息的存储量。
  现代设计技术的核心技术是CAE技术。它是利用计算机求解复杂工程和针对产品结构强度、刚度、稳定性、三维多体接触、弹塑性等力学性能，作出分析计算和结构性能的优化设计，是一种数值分析方法。通过结构的离散化，CAE对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果，求解的近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数，解决实际工程需要解决而理论分析又一时难以解决的复杂问题。其技术支撑软件不少，诸如Ansys、I-DEAS、Aba、ADINA、LS-DYNA、Moldflow等。其中，Ansys作为国内应用较广、客户成熟度较高的经典CAE软件，尤其是在高校科研、铁道、建筑、压力容器等装备制造的诸多领域得到了普遍应用。
  CAE常采用CAD技术来建立几何模型和物理模型，完成分析模型的离散化和数据的输入，此过程为CAE的前处理；而计算结果及用CAD技术生成的图形如应力、温度、应变彩色云图等的输出，为CAE的后处理。前、后处理的技术为CAD与CAE技术集成的典型范例，图1简单地表达了这种集成体系结构。
典型CAD/CAE集成体系结构
图1典型CAD/CAE集成体系结构
  因此，CAE技术可以理解成是与CAD/CAPP/CAM系统集成化发展而共生的成果，它主要的功能有：(1)借助计算机进行数值模拟计算，确保产品设计的合理性；(2)与优化技术配合，找出产品设计方案；(3)起到虚拟样机能预测产品在整个生命周期内的可靠性乃至整体性能的作用。当技术集成成功后，企业对现代市场产品的多样性、复杂性、可靠性、经济性就有了迅速的反应能力。这种能力，关系到企业的生存与发展。因此，目前在许多行业中，CAE技术已经作为产品设计与制造流程中不可逾越的一种强制性规范加以实施。国外某些大汽车及飞机制造公司，零部件都必须经过多方面的CAE仿真分析，否则不能通过设计审查，更谈不上试制和投产。在可以预计的未来，这种技术的发展趋势将在国内外各行各业迅速蔓延。
  袋式除尘器既是环保设备，也是能够产生巨大经济效益和社会效益的工程装备，对于水泥生产尤其如此。该类产品有如下特点：
  (1)结构大型复杂，本体以钢结构为主——本体结构体积硕大，钢耗量多；零部件种类繁多，有多个一级部件，下面还有多个层级的部件和零件；装备系统较多，有本体结构系统、喷吹系统、过滤系统、电控系统等等；设计、制造、安装和调试的任务繁重、周期长。
  (2)整机、部件规范化、标准化程度低，但相似性大，可重用资源多——整机装备无国家及行业设计规范，主要零部件缺少相关的设计标准，以经验性、模仿性或半理论半经验的非标设计为主；主要零部件结构相似性大，某种程度上的重复设计较多。
  (3)单用户定制，按订单生产——客户化设计的工作量大，设计、制造及安装周期长。
  综上因素，目前国内袋式除尘器普遍存在的钢耗量大且指标落后，设计、制造、安装调试的工作量大、周期漫长等致使成本高企，外加企业间激烈竞争和市场不规范等情况，出现整个产业利润率普遍不高的现状就不足为奇了。
  针对上述问题，我们在探讨了现代设计技术及其应用的基础上，联合几所高校共同研发了一个面向产品结构的集成多个设计、分析平台的多参数、多目标的设计优化软件——“袋式除尘器结构设计优化系统”(T1.0版)，在缩短设计周期、降低设计及制造成本、提高安全可靠性、增强企业技术创新能力和市场竞争力方面，取得了成果。
  系统的CAE模块将结构按整机、关键部件进行分类。采用ANSYS系统提供的APDL编程语言环境，建立模型、划分网格、设定边界条件和载荷，进行数值模拟分析。
  整机及某些大型复杂部件整体结构的实体模型，计算时将会因为网格数量巨大造成计算机的计算负荷过重，导致计算时间过长甚至死机，如果加大网格尺寸不仅可能使网格划分失败，还会使计算精度大大下降乃至失真。对此，系统运用模型降维处理技术——用梁、壳单元替代实体单元，或者采用对称结构简化模型和对称加载等等，使得计算量大大减少而计算精度不受大的影响
 
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