CAE的角色分工——你了解CAE吗

扫街 · 发表于 2013-9-9 18:50:45

在传统的三维设计过程中，分析的主要角色是设计的后验校核和事故分析。而且，还存在着CAE分析工具往往面临多个系统并存的局面。多个系统并存是目前企业CAE应用的壁垒，这种情况下，不但使用起来很不方便，培训成本也随之增加。同时，还要将几何界面中的CAD数据导入到有限元界面中，在转换过程中就容易造成数据丢失。有限元界面对使用者，要求其有限元的专业知识(要理解各个求解器的单元库)，真正设计现场第一线的人员用不起来。

同时，设计的产品是装配体，而不是单个的零件，装配的结合条件是定义在有限元数据上的，而不是定义在设计数据上，如CAD数据上的，装配的定义也需要专家。此外，没有知识工程来保存作业流程，每当有设计变更的时候，因为是在CAD系统之外做的，使得参数化的数据失去其参数意义，回不去了，只得重新建模。这些都是传统设计中CAE所面临的问题，这也导致了开发品质和效率的低下。

“在CAD/CAM/CAE进入集成时代的今天, CAD的战国时代已经基本结束，特别是高端CAD，如今只剩下几大主流软件。而CAE却是还存在百家争鸣的局面，还没有谁能够一统天下。”“以前游离于CAD之外是可以的，现在不行了。从CAD历史发展来看，90年代以前大部分都是非参数化的，90年代开始以参数化为主，到2000之后，发展到知识工程化。与之相对应的，CAE的发展轨迹，从有限元FEM到计算力学，再到CAE。在90年代以前，设计是以形体为主，此时的主流CAE是独立于CAD系统；发展到90年代，参数化CAE成为主流，设计数据参数化，易于进行形状优化，此时的主流CAE开始讲究与CAD系统界面的融合；本世纪初开始，以solidworks为代表的CAD强调设计的智能化，不仅所有的数据都是参数化的，而且还有设计表，各种设计方案可以通过EXCEL表格来驱动，用户还可以自己定义特征、规矩等。

此外，设计数据不仅仅是形体和数据，而是多样的。“比如说焊接，焊接有各种各样的定义，这些定义都是在设计数据里有的，而此时，回到刚才的传统设计过程中，一旦把CAD的数据转换出来，所有智能化的信息、财富就全部丢失了，因为输出的数据是孤立的，就好比只有躯壳而没有内核一般，这就给企业造成巨大的浪费，并且这些信息还必须要在CAE软件中重新定义。，“在这种情况下，集成到CAD的CAE功能就非常重要了。

最早提出CAE(计算机辅助工程)概念的SDRC（研发了EDS Idea软件）的创始人Jason Lemon，他的初衷是希望分析工具为设计人员所用的设计工具。事实上，CAE是面向设计的，以设计为依归的。而有限元注重的是方法；计算力学是有限元的延伸，是以方法论为主。而CAE是以工程目的、设计目的为主的。企业需要的是如何使自己的产品在市场上有竞争力，而大部分国内企业没有CAE的积累，常常是会用工具而不知如何定义条件，有时还出现本末倒置，把做网格当做CAE的现象。

还有一点需要澄清的是面向设计人员的CAE和面向分析人员的CAE是有差别的。分析的目的和使用的人员、采用的工具都有所不同。分析工具面对的是分析家，而设计工具是面向设计师的。它们之间的区别在哪？首先，设计期待的是什么？我们从用户的满意和产品要求的满足两个纬度考量，对于产品品质来说，有些品质是大家都不关心的，而有些是必须要满足的，也就是当然品质；还有一种品质是魅力品质，一个产品只具有当然品质，而没有魅力，那么就不具备竞争力。客户在购买产品的时候，对于当然品质，认为是必须具备的，因此更关心魅力品质。设计人员是创造魅力品质的主体，而分析人员是保证当然品质的。此外，二者的分工也有所区别。设计CAE创造魅力品质，这类CAE系统的特征是，要求网格自动生成；对主要设计目标进行CAE分析；以单一目标为主的线性分析；从分析的结果来定型（形体、尺寸）。

这些特征使得设计方案能够快速检验。而分析人员的CAE即有限元分析，是品质的保障。它包括对强度以外的设计目标的CAE详细分析；多物理现象的耦合分析；用于强度保障的多目的非线性分析等。“因此，二者的分工是不同的，而目前国内企业CAE应用的最大的问题是只有分析人员的有限元，而没有设计人员的CAE。”这恰恰背离了CAE最初提出时的理念。“还有一点非常重要，就是能否从CAE回到CAD，而这一点将决定产品的魅力品质，但目前却被忽略了。”如果CAE系统是独立于CAD的，那么如果产生了设计变更之后，数据就回不到CAE系统中了，给设计带来很大的不便。如果两个系统是集成的，那么变更后的数据就可以直接加载到CAE系统中，变成用于分析的数据，而CAE分析后的计算数据又可以回到CAD中，进一步优化设计。因此，从CAE回到CAD也是非常重要的。

据统计，目前企业从事CAE分析的人员中，画图工占12%，工程师占20%，工程师与画图工相比，他具备一定的有限元分析知识，而画图工通常缺乏这些概念。还有一种情况，CAE专家与画图工组成项目组，这种占到28%，而画图工交给分析人员来做的占40%。而未来会变成，画图工做三分之一的分析工作。这是种变化产生的原因是设计CAE的发展变化。理想的情况下，设计和分析在同一环境下，也就是在CAD集成平台，就可以实现设计-分析的快速循环，使得传统产品开发变成短过程的开发过程，即设计-分析的循环型产品开发过程，也就是基于CAE或基于分析的设计。

未来CAE的发展，首先CAD/CAE/CAM设计仿真一体化；其次，CAE回归设计本源，回归以设计为目的；分析模拟的数据和流程的管理；多学科仿真及混合有限元分析等。无论怎样，设计仿真一体化都是大势所趋，未来CAE要更多为设计服务，为设计创新提供更好的支撑

mfka · 发表于 2013-9-9 20:21:29

几款著名的三维CAD都有CAE功能模块。
如NX包含设计仿真、高级仿真和运动仿真。

wuxiluanpaoP · 发表于 2013-9-9 22:34:11

看看学习了

qijianhui · 发表于 2013-9-10 08:01:42

一直以来都想学习CAE，做机械设计10年了，一直都是模仿加上那一点点工程力学的知识，凭经验设计，慢慢接触到一些中高端机床的设计时，就感觉心里没底了。学习CAE应该怎么入手，还请业内的大侠指点。

笑看风云2013 · 发表于 2013-9-10 08:24:45

文章不错，学习了O(∩_∩)O~

songfq · 发表于 2013-9-10 08:57:11

一直以为CAE 分为：
1.以有限元为主的结构分析，注重处理零部件在受载荷的情况下应力、变形情况；
2.以分析机构运动为主的分析，注重看零件在工作状态下的速度、轨迹和加速度等情况。
当然也有两者结合起来的。

孙建si · 发表于 2013-9-10 11:31:38

太深奥了。。。我用不了

去，你的旅行 · 发表于 2013-9-10 12:44:32

还以为是说的Computer Aided Education

WUHANLIST · 发表于 2013-9-10 13:05:36

谈到CAE，一直有个问题搞不明白。一个铸铝件，做CAE分析时，弹性模量是一样的。但是做过固溶处理和没有做固定溶处理的结果是不是一样的。一个钢件，做过淬火和没做过淬火是不是一样的，有没有这方面的专家，给普及一下。

Mr.Bean · 发表于 2013-9-10 17:14:56

WUHANLIST 发表于 2013-9-10 13:05 5 U% X) O: J( _. F/ t
谈到CAE，一直有个问题搞不明白。一个铸铝件，做CAE分析时，弹性模量是一样的。但是做过固溶处理和没有做固 ...

我擦，这些做过表面后MPA应该是变了，我以前也纠结于AL5052/AL1070弹性模量和波松比都是一样，可是实际东西区别大了，要考虑硬度和屈服等等！个人见解！

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