Computer Aidedengineering Википедия

Computer-aided engineering CAE (англ. Computer-aided engineering) — общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений (см.: метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.). Современные системы инженерного анализа (или системы автоматизации инженерных расчётов) (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).

CAE-системы — это разнообразные программные продукты, позволяющие при помощи расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств. В русском языке есть термин САПР, который подразумевает CAD/CAM/CAE/PDM. История развития [править | править код]Историю развития рынка CAD/CAM/CAE-систем можно достаточно условно разбить на три основных этапа, каждый из которых длился, примерно, по 10 лет. Первый этап начался в 1970-е годы.

В ходе его был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность проектирования сложных промышленных изделий. Во время второго этапа (1980-е) появились и начали быстро распространяться CAD/CAM/CAE-системы массового применения. Третий этап развития рынка (с 1990-х годов до настоящего времени) характеризуется совершенствованием функциональности CAD/CAM/CAE-систем и их дальнейшим распространением в высокотехнологичных производствах (где они лучше всего продемонстрировали свою эффективность). На начальном этапе пользователи CAD/CAM/CAE-систем работали на графических терминалах, присоединённых к мейнфреймам производства компаний IBM и Control Data, или же мини-ЭВМ DEC PDP-11 и Data General Nova.

Большинство таких систем предлагали фирмы, продававшие одновременно аппаратные и программные средства (в те годы лидерами рассматриваемого рынка были компании Applicon, Auto-Trol Technology, Calma, Computervision и Intergraph). У мейнфреймов того времени был ряд существенных недостатков. Например, при разделении системных ресурсов слишком большим числом пользователей нагрузка на центральный процессор увеличивалась до такой степени, что работать в интерактивном режиме становилось трудно. Но в то время пользователям CAD/CAM/CAE-систем ничего, кроме громоздких компьютерных систем с разделением ресурсов (по устанавливаемым приоритетам), предложить было нечего, так как микропроцессоры были ещё весьма несовершенными.

По данным Dataquest, в начале 1980-х стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до 90 000 долл. Развитие приложений для проектирования шаблонов печатных плат и слоёв микросхем сделало возможным появление схем высокой степени интеграции (на базе которых и были созданы современные высокопроизводительные компьютерные системы). В течение 1980-х годов был осуществлён постепенный перевод CAD-систем с мейнфреймов на персональные компьютеры (ПК). В то время ПК работали быстрее, чем многозадачные системы, и были дешевле. В начале 1980-х годов произошло расслоение рынка CAD-систем на специализированные секторы.

Электрический и механический сегменты CAD-систем разделились на отрасли ECAD и MCAD. Разошлись по двум различным направлениям и производители рабочих станций для CAD-систем, созданных на базе ПК: - часть производителей сориентировалась на архитектуру IBM PC на базе микропроцессоров Intel х86; - другие производители предпочли ориентацию на архитектуру Motorola (ПК её производства работали под управлением ОС Unix от AT&T, ОС Macintosh от Apple и Domain OS от Apollo Computer). Производительность CAD-систем на ПК в то время была ограничена 16-разрядной адресацией микропроцессоров Intel и MS-DOS.

Вследствие этого, пользователи, создающие сложные твердотельные модели и конструкции, предпочитали использовать графические рабочие станции под ОС Unix с 32-разрядной адресацией и виртуальной памятью, позволяющей запускать ресурсоёмкие приложения. К середине 1980-х годов возможности архитектуры Motorola были полностью исчерпаны. На основе передовой концепции архитектуры микропроцессоров с усечённым набором команд RISC были разработаны новые процессоры для рабочих станций под ОС Unix (например, Sun SPARC). Архитектура RISC позволила существенно повысить производительность CAD-систем. С середины 1990-х годов развитие микротехнологий позволило компании Intel удешевить производство своих транзисторов, повысив их производительность.

Вследствие этого появилась возможность для успешного соревнования рабочих станций на базе ПК с RISC/Unix-станциями. Системы RISC/Unix были широко распространены во 2-й половине 1990-х годов, и их позиции все ещё сильны в сегменте проектирования интегральных схем. Зато сейчас Windows NT и Windows 2000 практически полностью доминируют в областях проектирования конструкций и механического инжиниринга, проектирования печатных плат и др. По данным Dataquest и IDC, начиная с 1997 года рабочие станции на платформе Windows NT/Intel (Wintel) начали обгонять Unix-станции по объёмам продаж.

За прошедшие с начала появления CAD/CAM/CAE-систем годы стоимость лицензии на них снизилась до нескольких тысяч долларов (например, 6000 долл. у Pro/Engineer). Направления и этапы CAE [править | править код]Основные направления CAE включают в себя: - Анализ напряжения на деталях и сборках с использованием анализа методом конечных элементов (FEA); - Анализ теплового и жидкостного потока. Вычислительная гидродинамика (CFD); - Многотельная динамика (MBD) и кинематика; - Инструменты анализа для моделирования процессов для таких операций, как литьё, формование и штамповка. - Оптимизация продукта или процесса.

В общем, в любой задаче компьютерного проектирования есть три этапа: - Предварительная обработка - определение модели и факторов окружающей среды, которые будут применены к ней. (обычно это модель конечных элементов, но также используются методы фасетов, вокселей и тонких листов) - Анализ и решение (обычно выполняется на мощных компьютерах) - Постобработка результатов (с использованием инструментов визуализации) Этот цикл повторяется, часто много раз, вручную или с использованием программного обеспечения для оптимизации. CAE в автомобильной промышленности [править | править код]Инструменты CAE очень широко используются в автомобильной промышленности.

Фактически, их использование позволило автопроизводителям сократить затраты и время на разработку продукта, одновременно повышая безопасность, комфорт и долговечность производимых ими автомобилей. Способность CAE к прогнозированию достигла такого уровня, что большая часть проверки проекта теперь выполняется с использованием компьютерного моделирования (диагностики), а не физического тестирования прототипа. Надежность CAE основана на всех надлежащих допущениях в качестве входных данных и должна идентифицировать критические входные данные. Несмотря на то, что в CAE много достижений, и метод широко используется в области разработки, физическое тестирование все ещё необходимо.

Он используется для проверки и обновления модели, для точного определения нагрузок и граничных условий и для окончательного согласования с прототипом. Будущее CAE в процессе разработки продукта [править | править код]Несмотря на то, что CAE завоевал прочную репутацию в качестве инструмента для проверки, устранения неполадок и анализа, все ещё существует мнение, что достаточно точные результаты приходят довольно поздно в цикле проектирования, чтобы реально управлять проектом. Можно ожидать, что это станет проблемой, поскольку современные продукты становятся все более сложными.

Они включают интеллектуальные системы, что приводит к увеличению потребности в многофизическом анализе, включая элементы управления, и содержит новые легкие материалы, с которыми инженеры часто менее знакомы. Компании и производители программного обеспечения CAE постоянно ищут инструменты и усовершенствования процессов, чтобы изменить эту ситуацию. Что касается производителей программного обеспечения, то они постоянно стремятся разрабатывать более мощные решатели, лучше использовать компьютерные ресурсы и включать инженерные знания в области предварительной и последующей обработки. Со стороны процесса они пытаются добиться лучшего согласования между 3D CAE, 1D System Simulation и физическим тестированием.

Это должно повысить реалистичность моделирования и скорость расчёта. Кроме того, осуществляются попытки лучше интегрировать CAE в общее управление жизненным циклом продукта. Таким образом, могут быть связаны дизайн продукта с функциональностью продукта, что является обязательным условием для интеллектуальных продуктов. Такой усовершенствованный инженерный процесс называется аналитическим прогнозированием.[1][2] Примечания [править | править код]- ↑ Van der Auweraer, Herman; Anthonis, Jan; De Bruyne, Stijn; Leuridan, Jan. Virtual engineering at work: the challenges for designing mechatronic products // Engineering with computers. 29 (3): 389-408. — 2012. — doi:10.1007/s00366-012-0286-6..

↑ Seong Wook Cho; Seung Wook Kim; Jin-Pyo Park; Sang Wook Yang; Young Choi. Engineering collaboration framework with CAE analysis data // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 12.. — 2011. Ссылки [править | править код]- Конференция САПР2000 (бывший САПР2К), посвящённая использованию CAD/CAE/CAM-технологий - Аналитический обзор — учебное пособие «Компьютерный инжиниринг» / А. И. Боровков и др. — СПб: Изд-во СПбГПУ, 2012; - Новости — CAE-системы - Статьи по программам ANSYS, STAR-CD, QForm, Nastran, Fluent и др. (недоступная ссылка)

People Also Asked

• Computer-aided engineering — Википедия
• Computer-aided engineering - Wikipedia
• Компьютерная инженерия — Википедия
• Компьютерный инжиниринг (Computer-Aided Engineering, CAE)
• CAE-система: что это за технология, для чего предназначены Computer ...
• Система автоматизированного проектирования — Википедия
• Computer Aided Engineering - an overview - ScienceDirect