�(jì)算機(jī)輔助工程(Computer Aided Engineering,CAE)技�(shù)的提出就是要把工程的各�(gè)�(huán)節(jié)有機(jī)地組織起�(lái),其�(guān)鍵就是將有關(guān)的信息集�,使其產(chǎn)生并存在于工程的整�(gè)生命周期�
�(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)作為一門(mén)新興的學(xué)科已�(jīng)逐漸的走下神�,成為了各大企業(yè)中設(shè)�(jì)新產(chǎn)品過(guò)程中不可缺少的一�(huán)。傳�(tǒng)的CAE技�(shù)是指工程�(shè)�(jì)中的分析�(jì)算與分析仿真,具體包括工程數(shù)值分析、結(jié)�(gòu)與過(guò)程優(yōu)化設(shè)�(jì)、強(qiáng)度與壽命�(píng)�、運(yùn)�(dòng)/�(dòng)力學(xué)仿真,驗(yàn)證未�(lái)工程/�(chǎn)品的可用性與可靠��
如今,隨著企�(yè)信息化技�(shù)的不斷發(fā)�,CAE軟件與CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP一�,已�(jīng)成為支持工程行業(yè)和制造企�(yè)信息化的主導(dǎo)技�(shù),在提高工程/�(chǎn)品的�(shè)�(jì)�(zhì)�,降低研究開(kāi)�(fā)成本,縮短開(kāi)�(fā)周期方面都發(fā)揮了重要作用,成為實(shí)�(xiàn)工程/�(chǎn)品創(chuàng)新的支撐技�(shù)�
雖然CAE技�(shù)�(jīng)�(guò)�50年的洗禮已經(jīng)逐漸成熟,但�(duì)于一門(mén)新技�(shù)�(fā)展成熟則需要面�(duì)�(wú)�(shù)的挑�(zhàn),而對(duì)于CAE技�(shù)的用戶企�(yè)與CAE軟件提供商發(fā)展至今而言,仍然面臨著如軟件使用復(fù)�、工程師理論知識(shí)欠缺、缺少實(shí)踐經(jīng)�(yàn)、CAD與CAE的集�、仿真數(shù)�(jù)管理分散、計(jì)算機(jī)硬件與軟件結(jié)合以及計(jì)算速度等諸多實(shí)際問(wèn)題和挑戰(zhàn)�
CAE技�(shù)主要包括以下三�(gè)方面的內(nèi)容:
?�?)有限元法的主要�(duì)象是零件�(jí),包括結(jié)�(gòu)剛度、強(qiáng)度分析、非線性和熱場(chǎng)�(jì)算等�(nèi)��
�2)仿真技�(shù)的主要對(duì)象是分系�(tǒng)或系�(tǒng),包括虛擬樣�(jī)、流�(chǎng)�(jì)算和電磁�(chǎng)�(jì)算等�(nèi)��
�3)優(yōu)化設(shè)�(jì)的主要對(duì)象是�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)參數(shù)�
1� CAE軟件的易用�。虛擬仿真涉及到大量的數(shù)�(xué)和力�(xué)�(wèn)�。因此,傳統(tǒng)的CAE軟件被稱為“只有博士才能用好的軟件�,作為“陽(yáng)春白雪”的技�(shù),長(zhǎng)期得不到普及�(yīng)用。如何能夠讓擁有豐富�(shè)�(jì)�(jīng)�(yàn)和制造業(yè)背景的工程師能夠?qū)AE軟件�(yīng)用到�(chǎn)品研�(fā)�(shè)�(jì)�(guò)程當(dāng)�,實(shí)�(xiàn)普及�(yīng)用,是一�(gè)十分重要的問(wèn)��
2� CAE知識(shí)的積累與傳承。同樣的�(chǎn)品模�,應(yīng)用同樣的CAE軟件,但不同的分析工程師,由于知�(shí)和經(jīng)�(yàn)的差異,分析出來(lái)的結(jié)果差異會(huì)很大。因�,企�(yè)如何建立自己的虛擬仿真規(guī)范和知識(shí)�(kù),實(shí)�(xiàn)�(duì)虛擬仿真知識(shí)的捕捉和重用,如何將�(jīng)�(yàn)豐富的分析專家的仿真知識(shí)和仿真流程傳承給新入門(mén)的分析工程師,是企業(yè)真正�(yīng)用好CAE技�(shù)的關(guān)��
3)仿真流程的�(guī)范化與自�(dòng)�。對(duì)�(chǎn)品�(jìn)行虛擬仿真涉及到十分�(fù)雜的流程,而應(yīng)用單元的CAE�(chǎn)品,需要手工管理仿真流�,導(dǎo)致虛擬仿真的效率不高。如何實(shí)�(xiàn)虛擬仿真流程的自�(dòng)�,創(chuàng)建完整的仿真流程模板,并且能夠根�(jù)各�(gè)�(xué)科仿真的需求動(dòng)�(tài)�(diào)整網(wǎng)格模�,對(duì)于提升虛擬仿真的效率和質(zhì)量非常關(guān)鍵�
4)對(duì)虛擬仿真的結(jié)果的�(píng)�(jià)。如何將虛擬仿真與實(shí)際的物理試驗(yàn)�(jié)合起�(lái),提高虛擬仿真結(jié)果的置信�,從而真正減少物理樣�(jī)和物理試�(yàn)的數(shù)量,在提高產(chǎn)品性能的同�(shí),降低產(chǎn)品研�(fā)成本,提高產(chǎn)品研�(fā)的成功率和研�(fā)效率�
5)多�(xué)科仿真與�(yōu)�。各�(gè)�(lǐng)域的虛擬仿真�(jié)果得出了局部的性能仿真和改�(jìn)建議,但�,單元的CAE�(chǎn)品無(wú)法實(shí)�(xiàn)�(chǎn)品整體性能提升,只能解決局�?jī)?yōu)化問(wèn)�,無(wú)法解決全局�(yōu)化問(wèn)��
6)仿真數(shù)�(jù)的管�。在虛擬仿真的過(guò)程中,生成了海量的、不同類型的仿真文檔和數(shù)�(jù),對(duì)�(yīng)不同的分析結(jié)果。如何有效管理仿真文�,如何建立分析文檔與�(chǎn)品模型的�(duì)�(yīng)�(guān)�,是CAE技�(shù)深化�(yīng)用必須解決的�(wèn)題�
7)多�(chǎng)耦合分析。在解決一些復(fù)雜的仿真�(wèn)題過(guò)程中,設(shè)�(jì)到多物理�(chǎng)耦合分析的問(wèn)�,如流固耦合�(wèn)題,這對(duì)于單純提供某�(gè)�(lǐng)域仿真技�(shù)的CAE廠商而言,是一�(gè)巨大挑戰(zhàn)�
8)研�(fā)組織架構(gòu)如何支持仿真�(qū)�(dòng)�(shè)�(jì)。在制造企�(yè)傳統(tǒng)的產(chǎn)品研�(fā)流程�(dāng)�,虛擬仿真技�(shù)還不在主流程之中,虛擬仿真技�(shù)人員往往屬于一�(gè)專門(mén)的部門(mén)。如何在企業(yè)中將虛擬仿真技�(shù)真正融入�(chǎn)品研�(fā)流程�(dāng)中,�(diào)整企�(yè)研發(fā)部門(mén)的組織架�(gòu)和研�(fā)組織體系,使仿真分析工程師與�(shè)�(jì)、工藝和制造工程師�(xié)同工�,實(shí)�(xiàn)從事多�(gè)�(xué)科虛擬仿真的工程師之間的�(xié)�,真正實(shí)�(xiàn)仿真�(qū)�(dòng)�(shè)�(jì),是一�(gè)巨大的挑�(zhàn)。另外,如何在上下游企業(yè)之間�(jìn)行虛擬仿真的�(xié)�,則更是一�(gè)難題�
9)虛擬仿真軟件與�(yōu)化軟件的�(jié)�。虛擬仿真軟件只能完成仿真計(jì)�,卻不能解決�(yōu)化問(wèn)�,應(yīng)用虛擬仿真軟件是一�(gè)試錯(cuò)�(guò)�。因�,虛擬仿真技�(shù)如何與優(yōu)化技�(shù)有效�(jié)�,是一�(gè)重要挑戰(zhàn)�
10)仿真技�(shù)如何跟上�(jì)算機(jī)硬件技�(shù)的發(fā)�。目�,多核CPU、GPU、刀片工作站、串口服�(wù)器等硬件技�(shù)�(fā)展迅�,充分利用多核CPU、HPC、并行計(jì)算等新興技�(shù),來(lái)提高虛擬仿真的效�,是一�(gè)重要的問(wèn)��
�(shè)�(jì)�(fā)�(dòng)�(jī)�(jī)油箱�(shí),對(duì)原設(shè)�(jì)的結(jié)�(gòu)�(jìn)行分析,�(jié)果表明如果各安裝位置間沒(méi)有相�(duì)位移,那么結(jié)�(gòu)�(yīng)力遠(yuǎn)小于許用�,結(jié)�(gòu)不會(huì)�(fā)生損壞。�(jìn)一步分析表�,即使安裝位置間有一毫米的相�(duì)位移,危�(xiǎn)部位也將�(chǎn)生很大的�(yīng)力而引起破�,這就需要選擇適�(dāng)?shù)陌惭b固定方式,為改�(jìn)�(shè)�(jì)提供了理論依�(jù)�
為解決型�(hào)�(chē)多次出現(xiàn)的扭�(zhuǎn)共振�(wèn)�,對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)作了多次扭振性能�(jì)�,最終找到了合適的聯(lián)軸器參數(shù),這些參數(shù)在新的設(shè)�(jì)方案中得到了�(yīng)�,并通過(guò)了實(shí)�(chē)考核,至今未出現(xiàn)�(guò)同類�(wèn)��
�(duì)兩棲�(chē)等水上推�(jìn)器�(jìn)行了�(shù)十�(gè)方案比較,選出了方案,省去了多次性能試驗(yàn),僅以每次直接試�(yàn)�(fèi)�15�(wàn)元計(jì)算,效益也是很可觀的,這還不包括縮短生�(chǎn)�(shí)間所帶來(lái)的好�。部分分析結(jié)果已�(jīng)得到了相�(guān)�(shí)�(yàn)的驗(yàn)�,兩者誤差不超過(guò)5�,充分說(shuō)明了分析的有效性�
�(duì)某型�(chē)總體�(dòng)力學(xué)性能�(jìn)行仿真計(jì)�,得到了底盤(pán)在通過(guò)垂直墻、跨壕溝、爬坡等�(guò)程中�(chē)輛的一些重要參�(shù)及重要零部件所承受的載荷,為深入了解整�(chē)性能和確定零部件載荷打下了基�(chǔ),其中大部分參數(shù)是以往很難得到的,甚至在設(shè)�(jì)階段是不可能得到�,這對(duì)指導(dǎo)�(shè)�(jì)有著重要意義�
CAE技�(shù)的發(fā)展趨�(shì)可以概括�,采用的信息技�(shù),吸納的科學(xué)知識(shí)和方法,�(kuò)充CAE軟件的功能以提高其性能�
這主要包括以下三方面的內(nèi)��
�1)功�、性能和軟件技�(shù)方面:包括三維圖形處理與虛擬�(xiàn)�(shí)、面�?qū)ο蟮墓こ虜?shù)�(jù)�(kù)及其管理系統(tǒng)、多相多�(tài)介質(zhì)耦合、多物理�(chǎng)耦合以及多尺度耦合分析以及適應(yīng)于超�(jí)并行�(jì)算機(jī)和機(jī)群的高性能CAE求解技�(shù)�
?�?)多媒體用戶界面與智能化:包括多媒體的用戶界�、增�(qiáng)的建模和�(shù)�(jù)處理功能以及智能化用戶界��
?�?)CAX軟件的無(wú)縫集成:多種�(lǐng)域的CAE �(jì)算分析軟件的集成�,實(shí)�(xiàn)�(duì)大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品的全面�(jì)算分析和�(yùn)行仿�,將成為CAE 軟件集成化的另一�(gè)重要方向�