CAE ( computer-aided engineering ) är ett vanligt namn för program och mjukvarupaket utformade för att lösa olika tekniska problem : beräkningar, analys och simulering av fysiska processer. Den beräknade delen av paketen baseras oftast på numeriska metoder för att lösa differentialekvationer (se: finita elementmetod , finita volymmetod , finita differensmetoden , etc.).
Moderna tekniska analyssystem (eller tekniska beräkningsautomationssystem) (CAE) används i samband med CAD-system (ofta integrerade i dem, i vilket fall hybrid CAD / CAE-system erhålls).
CAE-system är en mängd olika mjukvaruprodukter som gör det möjligt att använda beräkningsmetoder (finita elementmetoden, finita differensmetoden, finita volymmetoden) för att utvärdera hur en datormodell av en produkt kommer att bete sig under verkliga driftsförhållanden. De hjälper till att se till att produkten fungerar, utan att spendera mycket tid och pengar.
På ryska finns en term CAD , som betyder CAD / CAM / CAE / PDM .
Historien om utvecklingen av CAD/CAM/CAE-systemmarknaden kan ganska villkorligt delas upp i tre huvudstadier, som var och en varade i cirka 10 år.
Den första etappen började på 1970-talet . Under loppet erhölls ett antal vetenskapliga och praktiska resultat, som bevisade den grundläggande möjligheten att designa komplexa industriprodukter. Under det andra steget ( 1980 -talet ) dök CAD/CAM/CAE-system för masstillämpning upp och började spridas snabbt. Det tredje steget i marknadsutvecklingen (från 1990-talet till idag) kännetecknas av förbättringen av funktionaliteten hos CAD/CAM/CAE-system och deras vidare distribution i högteknologiska industrier (där de bäst har visat sin effektivitet).
I det inledande skedet arbetade användare av CAD/CAM/CAE-system på grafiska terminaler kopplade till stordatorer tillverkade av IBM och Control Data , eller DEC PDP-11 och Data General Nova minidatorer . De flesta av dessa system erbjöds av företag som sålde både hårdvara och mjukvara (under dessa år var ledare på marknaden i fråga Applicon , Auto-Trol Technology , Calma , Computervision och Intergraph ). Den tidens stordatorer hade ett antal betydande nackdelar. Till exempel, när för många användare delade systemresurser, ökade belastningen på CPU till den grad att det blev svårt att arbeta i interaktivt läge. Men på den tiden hade användare av CAD / CAM / CAE-system inget annat att erbjuda än skrymmande datorsystem med resursdelning (efter fastställda prioriteringar), eftersom mikroprocessorer fortfarande var mycket ofullkomliga. Enligt Dataquest kostade en enda CAD-systemlicens i början av 1980-talet upp till $90 000.
Utvecklingen av applikationer för att designa mallar för tryckta kretskort och mikrokretsskikt möjliggjorde uppkomsten av högintegrerade kretsar (på grundval av vilka moderna högpresterande datorsystem skapades). Under 1980-talet skedde en gradvis övergång av CAD-system från stordatorer till persondatorer (PC). På den tiden var datorer snabbare än multitasking-system och var billigare. I slutet av 1980-talet sjönk kostnaden för en CAD-licens till cirka 20 000 dollar, enligt Dataquest.
I början av 1980-talet skedde en stratifiering av CAD-systemmarknaden i specialiserade sektorer. De elektriska och mekaniska CAD-segmenten har delat upp sig i ECAD- och MCAD-industrierna. Tillverkarna av arbetsstationer för PC-baserade CAD-system skiljde sig också åt i två olika riktningar:
Prestandan för PC CAD-system vid den tiden begränsades av 16-bitars adressering av Intels mikroprocessorer och MS-DOS . Som ett resultat föredrog användare som skapade komplexa solida modeller och strukturer att använda Unix grafiska arbetsstationer med 32-bitars adressering och virtuellt minne för att köra resurskrävande applikationer.
I mitten av 1980-talet var Motorola -arkitekturens möjligheter helt uttömda. Baserat på det avancerade konceptet med mikroprocessorarkitektur med en trunkerad RISC- instruktionsuppsättning utvecklades nya processorer för arbetsstationer under Unix OS (till exempel Sun SPARC ). RISC-arkitekturen har avsevärt förbättrat prestandan hos CAD-system.
Sedan mitten av 1990-talet har framstegen inom mikrotekniken gjort det möjligt för Intel att minska kostnaderna för att tillverka sina transistorer genom att öka deras prestanda. Som ett resultat fanns det en möjlighet till framgångsrik konkurrens mellan PC-baserade arbetsstationer och RISC/Unix-arbetsstationer. RISC/Unix-system var utbredda under andra hälften av 1990-talet, och deras position är fortfarande stark inom segmentet för design av integrerade kretsar. Men nu dominerar Windows NT och Windows 2000 nästan helt inom etc.områdena konstruktion och mekanik, design av kretskort Under åren sedan tillkomsten av CAD / CAM / CAE-system har kostnaden för en licens för dem minskat till flera tusen dollar (till exempel $ 6 000 för Pro / Engineer ).
Huvudområdena för CAE inkluderar:
I allmänhet finns det tre steg i alla datorstödda designproblem:
Denna cykel upprepas, ofta många gånger, manuellt eller med hjälp av optimeringsprogram.
CAE-verktyg används mycket i bilindustrin . Faktum är att deras användning har gjort det möjligt för biltillverkare att minska produktutvecklingskostnader och tid samtidigt som säkerheten, komforten och hållbarheten för de fordon de producerar har förbättrats. Förutsägelsekraften hos CAE har utvecklats till den punkt där mycket av designverifieringen nu görs med datorsimuleringar (diagnostik) snarare än fysisk testning av prototypen. Tillförlitligheten hos CAE baseras på alla lämpliga antaganden som indata och bör identifiera kritiska indata. Även om det finns många framsteg inom CAE och metoden används i stor utsträckning inom utvecklingsområdet, är fysisk testning fortfarande nödvändig. Den används för att validera och uppdatera modellen, för att exakt bestämma belastningar och gränsvillkor och för att slutföra prototypen .
Även om CAE har fått ett starkt rykte som ett verktyg för validering, felsökning och analys, finns det fortfarande en uppfattning om att tillräckligt exakta resultat kommer ganska sent i designcykeln för att verkligen driva ett projekt. Detta kan förväntas bli ett problem när moderna produkter blir mer komplexa. De innehåller intelligenta system, vilket leder till ett ökat behov av multifysikanalys inklusive kontroller, och innehåller nya lätta material som ingenjörer ofta är mindre bekanta med. Företag och CAE-programvaruleverantörer letar ständigt efter verktyg och processförbättringar för att ändra detta. När det gäller mjukvarutillverkare strävar de ständigt efter att utveckla kraftfullare lösare, bättre utnyttja datorresurser och införliva ingenjörsexpertis inom för- och efterbearbetning. På processsidan försöker de uppnå en bättre anpassning mellan 3D CAE, 1D System Simulation och fysisk testning. Detta bör öka realismen i simuleringen och beräkningshastigheten. Dessutom görs försök att bättre integrera CAE i övergripande produktlivscykelhantering . Därmed kan produktens design relateras till produktens funktionalitet, vilket är en förutsättning för smarta produkter. Denna avancerade ingenjörsprocess kallas analytisk prognoser. [1] [2]