Системы инженерного анализа (CAE)

Автоматизированная инженерия (CAE) - это широкое использование компьютерного программного обеспечения для решения задач инженерного анализа. Оно включает анализ методом конечных элементов (FEA), вычислительную гидродинамику (CFD), многотельную динамику (MBD) и оптимизацию.

Использование автоматизированного проектирования (CAE) на современном рынке растет, особенно в разработке новых продуктов и обеспечении их устойчивости; исследованиях и разработках (R & D); и производстве с использованием новейших технологий.

Новые продукты почти в каждой отрасли в настоящее время создаются с использованием интеллектуальных технологических функций, которые обеспечивают лучший опыт для конечных пользователей, и эта технологическая интеграция добавляет требования к нескольким навыкам к любому инженерному решению.

По мере усложнения продуктов возникли проблемы, требующие удовлетворения ожиданий в функциональных аспектах, деловых аспектах и аспектах удовлетворенности клиентов при разработке продукта.

Набор программных продуктов, которые могут предоставить пользователю характеристику того, как модель продукта, разработанная на компьютере, будет вести себя в реальности. По-другому, CAE можно назвать системами инженерного анализа. В своей работе они используют различные математические вычисления: метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объемов. С помощью CAE инженер может оценить работоспособность продукта, не прибегая к значительным временным и денежным затратам.

Автоматизированное проектирование - это программное обеспечение, предназначенное для вычисления, анализа и моделирования физических процессов при решении инженерных задач. Эти системы востребованы в авиастроении, ракетостроении, машиностроении, энергетике, индустрии новых материалов, строительстве крупных инфраструктурных объектов и т.д. Они позволяют использовать расчетные методы для моделирования "поведения" промышленных изделий в реальных условиях эксплуатации.

Области и этапы CAE

Охватываемые области CAE включают:

• Анализ напряжений в компонентах и сборках с использованием FEA (анализ методом конечных элементов);
• Анализ температуры и расхода жидкости Вычислительная гидродинамика (CFD);
• Многотельная динамика (MBD) и кинематика;
• Инструменты анализа для моделирования процессов для таких операций, как литье, формование и штамповка под давлением.
• Оптимизация продукта или процесса.
• Анализ безопасности постулируемой аварии с потерей теплоносителя в ядерном реакторе с использованием реалистичного термогидравлического кода
• 

В общем, любая задача автоматизированного проектирования состоит из трех этапов:

• Предварительная обработка – определение модели и факторов окружающей среды, которые будут к ней применены. (обычно используется модель конечных элементов, но также используются фасетные, воксельные и тонколистовые методы)
• Решатель анализа (обычно выполняется на мощных компьютерах)
• Последующая обработка результатов (с использованием инструментов визуализации)

Этот цикл повторяется, часто много раз, либо вручную, либо с использованием коммерческого программного обеспечения для оптимизации.

Отрасли применения

 SAE наиболее популярна в следующих отраслях: машиностроение и станкостроение, оборонная и аэрокосмическая промышленность, энергетика, судостроение, производство полупроводников, телекоммуникации, химическая, фармацевтическая и медицинская промышленность, строительство, производство систем отопления, кондиционирования воздуха, вентиляции.

Преимущество систем CAE заключается в том, что автопроизводители могут проводить компьютерное тестирование разрабатываемых моделей. Это позволяет вам сосредоточить максимальное внимание на повышении безопасности, комфорта и долговечности автомобилей, не тратя финансовых ресурсов.

Преимущества внедрения CAE в проектирование и разработку дизайна включают:

• Неразрушающий виртуальный контроль еще до создания прототипа
• Сокращение сроков разработки продукта
• Выявление проблем на ранней стадии
• Предотвращение ненужных итераций проектирования
• Помощь в выборе альтернативного материала, который соответствует требованиям к стоимости продукта и производительности
• Снижение потребности в физических испытаниях и прототипах
• Снижение стоимости непредвиденных отказов
• Подтверждение того, что моделирование соответствует реальности
• Максимизация надежности и долговечности изделия
• Соответствие проектным требованиям и нормативам
• Получение необходимой информации для принятия важных решений
• Помощь в достижении целейРазработка исследований "что, если" для направленных входных данных

Инженеры должны тратить время на понимание знаний о продукте, функциональности, применении и необходимых навыков, чтобы лучше выполнять CAE-моделирование для эффективного решения инженерных задач. Они также должны иметь представление о полном процессе разработки продукта, чтобы понимать важность программных требований, этапов и временных рамок, чтобы они могли предоставлять соответствующие рекомендации для принятия своевременных решений при подписании проекта. Часто использование инженерного суждения может сократить ненужные итерации проектирования.

Основные направления в развитии CAE

 В процессе разработки CAE разработчики стремятся увеличить свои возможности и расширить области внедрения. Цели заключаются в следующем:

•  Совершенствование методов решения междисциплинарных задач моделирования;Разработка новых платформ для интеграции различных CAE-систем, а также для интеграции CAE-систем в PLM-решения;
• Улучшение совместимости систем CAE и CAD;
• Совершенствование методов построения расчетных сеток, описания граничных условий, параллельного расчета и т.д.;
• Улучшайте характеристики моделей, которые используются для описания свойств материалов;
• Оптимизируйте системы CAE для компьютерных платформ с 64-разрядными и многоядерными процессорами, тем самым улучшая условия для моделирования сложных конструкций с большим числом степеней свободы.

Что ждет CAE в будущем?

Что ждет CAE впереди в мире развивающихся технологий? Как и в других отраслях с появляющимися технологиями больших данных, ожидается, что это вызовет значительные сдвиги в области CAE.

• Электроника расширяется с развитием носимых технологий, Интернета Вещей, интеллектуальных датчиков, миниатюризации и убедительных подключений - снижение стоимости, вероятно, приведет к увеличению использования CAE-симуляций
• Программное обеспечение для моделирования используется для анализа влияния материалов корпуса на производительность интегральной схемы (IC), управление температурой и характеристики электрического сигнала
• Растущее применение литий-ионных аккумуляторов в бытовой электронике
• Технологические достижения в автомобильном секторе, такие как предотвращение столкновений, системы помощи при парковке, интерактивная информационно-развлекательная система и новые государственные правила безопасности для автономных транспортных средств и электромобилей.
• Развитие технологий аддитивного производства или 3D-печати с использованием недорогих опций позволяет пользователям легко печатать 3D-объекты сложного дизайна, что снизит производственные затраты и расширит возможности проектирования сложных конструкций
• Поставщики САПР все чаще внедряют CAE в инструменты проектирования, и теперь ожидается, что инженеры-конструкторы проведут быстрый анализ для подтверждения проекта. Анализ методом конечных элементов без сетки (FEA) также является растущей тенденцией из-за его быстрого применения. Конечно, при выполнении анализа нам всегда нужно помнить об ограничениях программного обеспечения и знаниях CAE - как говорится, "мусор на входе - мусор на выходе"
  

Возможность моделировать сложные физические системы и продукты с использованием передовых компьютерных моделей значительно улучшила процесс проектирования и тестирования. По мере развития технологий мы можем ожидать появления в будущем еще более совершенных программных решений CAE. В настоящее время инженеры и дизайнеры могут использовать многочисленные преимущества, предлагаемые широко используемыми пакетами CAE, чтобы раздвинуть границы инноваций и разработать более безопасные, эффективные и надежные продукты, чем когда-либо прежде.