Computer aided engineering

Computer aided engineering (CAE) je metoda využití počítačového softwaru k usnadnění inženýrské analýzy. Zahrnuje analýzy metodou konečných prvků (FEA), výpočetní dynamiku tekutin (CFD), soustavy mnoha těles (MBD) a optimalizaci.

Nelineární statická analýza 3D struktury podrobené plastické deformaci

Přehled

Softwarové nástroje vyvinuté na podporu těchto aktivit se nazývají CAE nástroje. Používají se např. k analýze robustnosti a výkonnosti komponent a sestav. Termín CAE zahrnuje simulace, validace a optimalizace výrobků a výrobních nástrojů. Počítá se, že v budoucnu budou hlavním zdrojem informací pro práci návrhářských týmů právě CAE systémy. Computer-aided engineering se používá v mnoha oblastech, jako je např. automobilový průmysl, letectví, loďařský průmysl a vesmírný výzkum.[1]

V informačních sítích se jednotlivé CAE systémy považují za jeden uzel na celkové informační síti a každý uzel může komunikovat s ostatními uzly v síti.

CAE systémy mohou také poskytovat podporu podnikům. Pro tento účel se využívá referenčních architektur a jejich schopnosti informačního náhledu na obchodní proces. Referenční architektura je základem, od kterého se modelují informace, zejména produktové a výrobní modely.

Termín CAE se v minulosti využíval také pro využití výpočetní techniky v inženýrství v širším smyslu, než jen pro inženýrské analýzy. Termín CAE vytvořil Jason Lemon, zakladatel SDRC, v 70. letech právě v této souvislosti. Tato definice je však dnes lépe známá pod pojmy CAx a PLM.[2]

Oblasti a fáze CAE

Do oblastí zahrnutých pod pojem CAE patří:

  • Napěťově-deformační analýza součástí a sestav pomocí analýzy metodou konečných prvků (FEA)
  • Tepelné a tokové analýzy výpočetní dynamiky tekutin (CFD)
  • Soustavy mnoha těles (MBD) a Kinematika
  • Analytické nástroje pro simulaci procesů pro odlévání, ražení a lisování.
  • Optimalizace výrobku nebo procesu

Obecně se úkon v computer-aided engineering dělí na tři fáze:

  • Pre-processing – definování modelu a faktorů prostředí, které se k němu vztahují (obvykle model vytvořený metodou konečných prvků, ale používají se mimo jiné i metody fasetové a voxelové)
  • Řešení analýzy (obvykle se provádí na vysoce výkonných počítačích)
  • Post-processing výsledků (pomocí vizualizačních nástrojů)

Tento cyklus se provádí v iteracích, často mnohonásobně, a to buď ručně, nebo s použitím komerčního optimalizačního software.

CAE v automobilovém průmyslu

CAE nástroje jsou v automobilovém průmyslu velmi rozšířené. Jejich použití přineslo automobilkám snížení nákladů a času na vývoj produktu a zvýšení bezpečnosti, pohodlí a trvanlivosti vyráběných vozidel. Prediktivní schopnosti CAE nástrojů pokročily natolik, že se většina ověření návrhu provádí pomocí počítačové simulace místo testováním fyzického prototypu. I když CAE velmi pokročilo a je v oblasti strojírenství hojně používáno, fyzické testování je stále nutností. Používá se pro ověřování a aktualizaci modelu, pro přesnou definici zatížení a mezních podmínek a pro finální schválení prototypu.

Budoucnost CAE v procesu vývoje výrobku

I když si CAE vybudovalo silnou reputaci jako nástroj pro ověřování, řešení problémů a analýzu, stále existuje názor, že dostatečně přesné výsledky přicházejí až poměrně pozdě v cyklu návrhu na to, aby mohly návrh skutečně ovlivnit. To může působit problémy, jelikož moderní výrobky jsou čím dál složitější. Sem patří např. smart systémy, které stále více vyžadují multi-fyzikální analýzy a kontrolní systémy, a obsahují nové lehké materiály, které inženýři ještě tolik neznají. CAE softwarové firmy a výrobci se neustále snaží zdokonalit své nástroje a procesy, aby tuto situaci změnili. Na straně softwaru se neustále snaží vyvíjet výkonnější řešitele, lépe využívat prostředky počítače a zahrnovat znalosti inženýrství v pre- a post-processingu. Na straně procesů se snaží dosáhnout lepší rovnováhy mezi 3D CAE, 1D systémovými simulacemi a fyzickými zkouškami. To by mělo zvýšit realismus modelování a rychlost výpočtu. K tomu se ještě snaží lépe integrovat CAE v celkovém managementu životního cyklu produktu. Mohou tak propojit návrh produktu s jeho využitím, což je pro smart produkty naprostou nutností. Tento proces rozšířeného inženýrství se také označuje jako analytika prediktivního inženýrství.[3][4]

Související články

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Computer-aided engineering na anglické Wikipedii.

  1. Saracoglu, B. O. (2006).
  2. 2007: In Remembrance of Dr. Jason A. Lemon, CAE pioneer [online]. [cit. 2011-07-02]. Dostupné online. (anglicky)
  3. Virtual engineering at work: the challenges for designing mechatronic products. Engineering with computers. 2012, s. 389–408. DOI 10.1007/s00366-012-0286-6. (anglicky)
  4. Engineering collaboration framework with CAE analysis data. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2011. (anglicky)

Externí odkazy

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.