CAE的角色分工——你了解CAE嗎

掃街

在傳統(tǒng)的三維設計過程中，分析的主要角色是設計的后驗校核和事故分析。而且，還存在著CAE分析工具往往面臨多個系統(tǒng)并存的局面。多個系統(tǒng)并存是目前企業(yè)CAE應用的壁壘，這種情況下，不但使用起來很不方便，培訓成本也隨之增加。同時，還要將幾何界面中的CAD數(shù)據(jù)導入到有限元界面中，在轉換過程中就容易造成數(shù)據(jù)丟失。有限元界面對使用者，要求其有限元的專業(yè)知識(要理解各個求解器的單元庫)，真正設計現(xiàn)場第一線的人員用不起來。

同時，設計的產品是裝配體，而不是單個的零件，裝配的結合條件是定義在有限元數(shù)據(jù)上的，而不是定義在設計數(shù)據(jù)上，如CAD數(shù)據(jù)上的，裝配的定義也需要專家。此外，沒有知識工程來保存作業(yè)流程，每當有設計變更的時候，因為是在CAD系統(tǒng)之外做的，使得參數(shù)化的數(shù)據(jù)失去其參數(shù)意義，回不去了，只得重新建模。這些都是傳統(tǒng)設計中CAE所面臨的問題，這也導致了開發(fā)品質和效率的低下。

“在CAD/CAM/CAE進入集成時代的今天, CAD的戰(zhàn)國時代已經基本結束，特別是高端CAD，如今只剩下幾大主流軟件。而CAE卻是還存在百家爭鳴的局面，還沒有誰能夠一統(tǒng)天下。”“以前游離于CAD之外是可以的，現(xiàn)在不行了。從CAD歷史發(fā)展來看，90年代以前大部分都是非參數(shù)化的，90年代開始以參數(shù)化為主，到2000之后，發(fā)展到知識工程化。與之相對應的，CAE的發(fā)展軌跡，從有限元FEM到計算力學，再到CAE。在90年代以前，設計是以形體為主，此時的主流CAE是獨立于CAD系統(tǒng)；發(fā)展到90年代，參數(shù)化CAE成為主流，設計數(shù)據(jù)參數(shù)化，易于進行形狀優(yōu)化，此時的主流CAE開始講究與CAD系統(tǒng)界面的融合；本世紀初開始，以solidworks為代表的CAD強調設計的智能化，不僅所有的數(shù)據(jù)都是參數(shù)化的，而且還有設計表，各種設計方案可以通過EXCEL表格來驅動，用戶還可以自己定義特征、規(guī)矩等。

2 A& ]. c4 H5 z" X6 ]- B6 I2 h此外，設計數(shù)據(jù)不僅僅是形體和數(shù)據(jù)，而是多樣的。“比如說焊接，焊接有各種各樣的定義，這些定義都是在設計數(shù)據(jù)里有的，而此時，回到剛才的傳統(tǒng)設計過程中，一旦把CAD的數(shù)據(jù)轉換出來，所有智能化的信息、財富就全部丟失了，因為輸出的數(shù)據(jù)是孤立的，就好比只有軀殼而沒有內核一般，這就給企業(yè)造成巨大的浪費，并且這些信息還必須要在CAE軟件中重新定義。，“在這種情況下，集成到CAD的CAE功能就非常重要了。

最早提出CAE(計算機輔助工程)概念的SDRC（研發(fā)了EDS Idea軟件）的創(chuàng)始人Jason Lemon，他的初衷是希望分析工具為設計人員所用的設計工具。事實上，CAE是面向設計的，以設計為依歸的。而有限元注重的是方法；計算力學是有限元的延伸，是以方法論為主。而CAE是以工程目的、設計目的為主的。企業(yè)需要的是如何使自己的產品在市場上有競爭力，而大部分國內企業(yè)沒有CAE的積累，常常是會用工具而不知如何定義條件，有時還出現(xiàn)本末倒置，把做網(wǎng)格當做CAE的現(xiàn)象。

+ w; ?! u/ Z  j0 K5 U還有一點需要澄清的是面向設計人員的CAE和面向分析人員的CAE是有差別的。分析的目的和使用的人員、采用的工具都有所不同。分析工具面對的是分析家，而設計工具是面向設計師的。 它們之間的區(qū)別在哪？首先，設計期待的是什么？我們從用戶的滿意和產品要求的滿足兩個緯度考量，對于產品品質來說，有些品質是大家都不關心的，而有些是必須要滿足的，也就是當然品質；還有一種品質是魅力品質，一個產品只具有當然品質，而沒有魅力，那么就不具備競爭力。客戶在購買產品的時候，對于當然品質，認為是必須具備的，因此更關心魅力品質。設計人員是創(chuàng)造魅力品質的主體，而分析人員是保證當然品質的。此外，二者的分工也有所區(qū)別。設計CAE創(chuàng)造魅力品質，這類CAE系統(tǒng)的特征是，要求網(wǎng)格自動生成；對主要設計目標進行CAE分析；以單一目標為主的線性分析；從分析的結果來定型（形體、尺寸）。
7 m, Y% S6 M& X7 C+ U& R- d3 A
  l: G8 X4 z$ }" w; Z7 E% [這些特征使得設計方案能夠快速檢驗。而分析人員的CAE即有限元分析，是品質的保障。它包括對強度以外的設計目標的CAE詳細分析；多物理現(xiàn)象的耦合分析；用于強度保障的多目的非線性分析等。“因此，二者的分工是不同的，而目前國內企業(yè)CAE應用的最大的問題是只有分析人員的有限元，而沒有設計人員的CAE。”這恰恰背離了CAE最初提出時的理念。“還有一點非常重要，就是能否從CAE回到CAD，而這一點將決定產品的魅力品質，但目前卻被忽略了。”如果CAE系統(tǒng)是獨立于CAD的，那么如果產生了設計變更之后，數(shù)據(jù)就回不到CAE系統(tǒng)中了，給設計帶來很大的不便。如果兩個系統(tǒng)是集成的，那么變更后的數(shù)據(jù)就可以直接加載到CAE系統(tǒng)中，變成用于分析的數(shù)據(jù)，而CAE分析后的計算數(shù)據(jù)又可以回到CAD中，進一步優(yōu)化設計。因此，從CAE回到CAD也是非常重要的。

9 s2 x4 `9 C0 T, L據(jù)統(tǒng)計，目前企業(yè)從事CAE分析的人員中，畫圖工占12%，工程師占20%，工程師與畫圖工相比，他具備一定的有限元分析知識，而畫圖工通常缺乏這些概念。還有一種情況，CAE專家與畫圖工組成項目組，這種占到28%，而畫圖工交給分析人員來做的占40%。而未來會變成，畫圖工做三分之一 的分析工作。這是種變化產生的原因是設計CAE的發(fā)展變化。理想的情況下， 設計和分析在同一環(huán)境下，也就是在CAD集成平臺，就可以實現(xiàn)設計-分析的快速循環(huán)，使得傳統(tǒng)產品開 發(fā)變成短過程的開發(fā)過程，即設計-分析的循環(huán)型產品開發(fā)過程，也就是基于CAE或基于分析的設計。

+ {+ K  o- @) |, ?6 O未來CAE的發(fā)展，首先CAD/CAE/CAM設計仿真一體化；其次，CAE回歸設計本源，回歸以設計為目的；分析模擬的數(shù)據(jù)和流程的管理；多學科仿真及混合有限元分析等。無論怎樣，設計仿真一體化都是大勢所趨，未來CAE要更多為設計服務，為設計創(chuàng)新提供更好的支撐

mfka

幾款著名的三維CAD都有CAE功能模塊。
% I  H& M$ n# i% D如NX包含設計仿真、高級仿真和運動仿真。

wuxiluanpaoP

看看學習了

qijianhui

一直以來都想學習CAE，做機械設計10年了，一直都是模仿加上那一點點工程力學的知識，憑經驗設計，慢慢接觸到一些中高端機床的設計時，就感覺心里沒底了。學習CAE應該怎么入手，還請業(yè)內的大俠指點。

笑看風云2013

文章不錯，學習了O(∩_∩)O~

songfq

一直以為CAE 分為：
% z1 J5 |. O: K1.以有限元為主的結構分析，注重處理零部件在受載荷的情況下應力、變形情況；
2.以分析機構運動為主的分析，注重看零件在工作狀態(tài)下的速度、軌跡和加速度等情況。
6 j6 H8 o. p; K7 I- a* U7 X& Z當然也有兩者結合起來的。

孫建si

太深奧了。。。我用不了

去，你的旅行

還以為是說的Computer Aided Education

WUHANLIST

談到CAE，一直有個問題搞不明白。一個鑄鋁件，做CAE分析時，彈性模量是一樣的。但是做過固溶處理和沒有做固定溶處理的結果是不是一樣的。一個鋼件，做過淬火和沒做過淬火是不是一樣的，有沒有這方面的專家，給普及一下。

Mr.Bean

WUHANLIST 發(fā)表于 2013-9-10 13:05
談到CAE，一直有個問題搞不明白。一個鑄鋁件，做CAE分析時，彈性模量是一樣的。但是做過固溶處理和沒有做固 ...

8 W' J: \/ ~: q* P) I1 K& g我擦，這些做過表面后MPA應該是變了，我以前也糾結于AL5052/AL1070彈性模量和波松比都是一樣，可是實際東西區(qū)別大了，要考慮硬度和屈服等等！個人見解！