在傳統的三維設計過程中，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并存的局面。多個系統并存是目前企業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數據導入到有限元界面中，在轉換過程中就容易造成數據丟失。有限元界面對使用者，要求其有限元的專業知識(要理解各個求解器的單元庫)，真正設計現場第一線的人員用不起來。
: v( D! p3 T* Z A! z4 |- d! [. w1 c1 w! K# p+ @- h7 Q5 g
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據上的，而不是定義在設計數據上，如CAD數據上的，裝配的定義也需要專家。此外，沒有知識工程來保存作業流程，每當有設計變更的時候，因為是在CAD系統之外做的，使得參數化的數據失去其參數意義，回不去了，只得重新建模。這些都是傳統設計中CAE所面臨的問題，這也導致了開發品質和效率的低下。 ) `0 ^( p7 E, i- f
* s% ?" Y+ s* ~" g( }“在CAD/CAM/CAE進入集成時代的今天, CAD的戰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，還沒有誰能夠一統天下。”“以前游離于CAD之外是可以的，現在不行了。從CAD歷史發展來看，90年代以前大部分都是非參數化的，90年代開始以參數化為主，到2000之后，發展到知識工程化。與之相對應的，CAE的發展軌跡，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；發展到90年代，參數化CAE成為主流，設計數據參數化，易于進行形狀優化，此時的主流CAE開始講究與CAD系統界面的融合；本世紀初開始，以solidworks為代表的CAD強調設計的智能化，不僅所有的數據都是參數化的，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、規矩等。
; n" J2 S( L- Z: M, S5 V
' M- Q' |/ v5 d此外，設計數據不僅僅是形體和數據，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據里有的，而此時，回到剛才的傳統設計過程中，一旦把CAD的數據轉換出來，所有智能化的信息、財富就全部丟失了，因為輸出的數據是孤立的，就好比只有軀殼而沒有內核一般，這就給企業造成巨大的浪費，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。9 f0 ^8 k( b- M7 z! Y2 P7 M9 E4 z' m
, F- Z( P9 p9 U7 K# g2 k) |
最早提出CAE(計算機輔助工程)概念的SDRC（研發了EDS Idea軟件）的創始人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，有時還出現本末倒置，把做網格當做CAE的現象。
3 b! B j( t0 A- U: m3 `7 E W4 H
9 h. B. E* K3 ]# I Z6 }' {/ M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別。設計CAE創造魅力品質，這類CAE系統的特征是，要求網格自動生成；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）。
) U9 M# ^; _+ c5 g' n' `% ?2 _! K$ I$ g$ L! z+ y
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系統是獨立于CAD的，那么如果產生了設計變更之后，數據就回不到CAE系統中了，給設計帶來很大的不便。如果兩個系統是集成的，那么變更后的數據就可以直接加載到CAE系統中，變成用于分析的數據，而CAE分析后的計算數據又可以回到CAD中，進一步優化設計。因此，從CAE回到CAD也是非常重要的。 5 B" \4 E4 d, i9 Z
' Z9 Q* m2 M' i3 n+ V6 a
據統計，目前企業從事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的發展變化。理想的情況下， 設計和分析在同一環境下，也就是在CAD集成平臺，就可以實現設計-分析的快速循環，使得傳統產品開 發變成短過程的開發過程，即設計-分析的循環型產品開發過程，也就是基于CAE或基于分析的設計。
; x& h/ h6 \- }+ N( s Q+ c. t3 Y( [7 D+ D% z- G; v
未來CAE的發展，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；分析模擬的數據和流程的管理；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，為設計創新提供更好的支撐# Y" P$ d7 R- F$ L" Z
|
發表于 2013-9-9 18:50:45
QQ好友和群
QQ空間
