CAD技术与CAE技术的并行发展

来源:华文易迅 时间:2023-10-27 09:00:02

电脑辅助工程(CAE)软件是快速发展的计算力学.计算数学.相关的工程科学.工程管理学科.工程管理与现代计算机科学技术相结合而形成的一种综合。随着CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP软件的发展，它已成为企业家和工程师实现工程/产品创新的有力帮手和有效工具。与此同时，也成为了专家教授进行研究的重要手段。

一、CAE开发。

计算机辅助工程的理论基础产生于1940年代，1943年数学家们开始研究有限元分析领域，但是由于受人工计算的限制，1960年以后，电子计算机的广泛应用与发展，利用数值计算方法，有限元技术得到了迅速的发展。

伴随着计算机的飞速发展，国外的CAE技术在七八十年代早期得到了蓬勃发展。FEM技术在结构分析和场分析方面取得了巨大的成就，目前出现了很多以其名字命名的分析软件Nastran,I-DEAS等，这一时期的CAE主要应用于航空、航天、军事等领域。90年代是计算机辅助工程技术成熟和发展的时期。随着CAE技术的迅速发展，CAE技术已几乎渗透到各种制造业中，CAE已成为支撑工程、制造业信息化的重要技术。

CAE在提高工程/产品设计质量、降低研发成本、缩短研发周期等方面发挥着重要作用，成为工程/产品创新的支撑技术。重点表现在：

(一)CAE功能不断扩展，实现多结构耦合分析，实现多物性场耦合分析，多尺度耦合分析，以及结构.构件及其材料的综合设计计算和模拟仿真。

㈡以Internet/Intranet为基础的CAD(计算机辅助设计)/CAE(计算机辅助工程)/CAM(计算机辅助制造)/CAPP(计算机辅助加工)/PDM(产品数据管理)/ERP(企业资源计划)的集成.联网.智能化。

CAD/CAM集成是指CAD.CAE.CAPP.CAM模块间自动传递和转换相关信息。综合CAD/CAM系统借助公共工程数据库.网络通信技术.与标准格式的中性文件接口，有效地将分散在各种型号计算机上的CAD/CAM模块集成在一起，实现了软硬件资源共享，确保系统内信息的流通畅通。

二、应用CAE系统应注意的问题。

当前，CAE应用中存在着一些亟待解决的问题：

(一)标准化。

俗话说得好，国有法律，行有法可依。标准化是当今工业时代工业生产的规范。而且随着CAE技术在我国各行业的推广应用，保证CAE技术应用的标准化、规范化，就成了当务之急。当前计算机辅助教学管理存在以下几个缺陷：

1.软件方面，近几年，CAE软件的开发成了商家的一个新蛋糕，市场上的CAE软件千姿百态，其性能优劣参半。大多数企业在应用CAE技术时面对林林总总的软件无从选择，迫切需要规范CAE软件上市的进入门槛。

2.对CAE技术人员缺乏培训和执业资格认证。各行业均有自己的资格认证考试，以规范、指导从业人员掌握相关技术、规范知识。建筑界就有建筑师，学校有教职员工，打官司要请律师，但是像CAE这样的新的跨行业学科，却没有相关规定，企业只能跟上感觉。

3.对正确、合理地应用不同行业CAE技术缺乏技术指导。随着CAE技术的普及和发展，制定CAE行业标准已刻不容缓。毋庸讳言，由于CAE技术应用的多样性和复杂性，制定适用于各行业的CAE技术应用标准规范还存在一些困难，甚至是不可能的。但若分散化，则根据不同的行业特点，制定具体行业的CAE标准规范，例如家用电器制造业.汽车业.建筑行业等，这样操作应该比较简单，而且更有针对性。

㈡配合CAD，消除数据交换的障碍。

长期以来CAD软件的CAE软件都是单兵作战，数据交换的障碍很难消除。期望能够对各种CAD软件进行统一的解读，能够直观地理解零件模型，并且实现了任意模型的装配与CAE分析，综合相同或不同CAD软件模型数据，得出用于CAE分析的CAD模型库、其中CAD的设计参数被保留在模型库中，通过连接技术和CAD软件的共享；有利之处在于任何CAD和CAE人员的设计变更可以立即反映在另一个软件环境中，这样就达到了设计与仿真的同步协调。CAE软件的强大功能只有真正消除了数据之间的壁垒，才能真正发挥其强大功能。

(三)联网。

电脑协同工作的出现，为异地协同设计提供了环境支持，传统的CAD/CAE/CAM技术正朝着网络化方向发展。由于产品设计的复杂性和网络通信技术的日益成熟，传统的顺序设计方法明显地过时了，难以适应市场竞争快速升级的要求，企业各部门之间的互动协作和数据共享；在企业内甚至在企业间建立数字化设计交互的虚拟平台已经不再是概念问题，有效地实现数据同步和信息交互，对于提高产品设计质量和缩短产品开发周期具有重要的现实意义。

(四)开放。

CAD技术与CAE技术的并行发展，使传统意义上的CAD技术无法实现与CAE技术的无缝对接。与此同时，根据虚拟仿真的对象.计算方法.物理领域.应用行业等不同的维度，CAE技术可以细分许多单元技术。在CAE产品中应用了多种单元技术，针对某一具体问题进行CAE产品，对各领域的虚拟仿真结果进行局部性能模拟，并提出改进方案；然而，单元CAE产品不能实现产品整体性能的提高，只能解决局部优化问题，不能解决全局优化问题。因此，新开发的CAE软件必须是开放式的，并向其它软件提供开放的平台。

(五)数据和系统兼容。

虚拟仿真是一个非常复杂的过程，而应用实例中的CAE产品，需要人工来管理仿真过程，这就造成了仿真效率低下。与此同时，数据接收和系统兼容问题成为CAE技术发展的瓶颈。怎样实现虚拟仿真过程的自动化，生成完整的仿真过程模板，并能根据各学科仿真需求动态调整网格模型，提供统一接口，这对提高CAE技术的使用效率和质量至关重要。

(六)完善的数据管理机制。

信息大爆炸时代，如何在海量信息中发现自己有用的信息已成为一道难题。类似地，在CAE虚拟仿真过程中，会产生大量不同类型的模拟文档和数据。举个例子：相同的产品模型，应用相同的CAE软件，但是不同的分析工程师，因知识、经验不同，给出不同的参数，就会产生不同的数据，因此分析的结果差别很大。如何有效地管理模拟文件，如何建立分析文件与产品模型之间的对应关系，如何建立虚拟仿真规范和知识库，实现虚拟仿真知识的获取与重用，是CAE技术深入应用所要解决的问题。