在傳統(tǒng)的三維設(shè)計過程中，分析的主要角色是設(shè)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(tǒng)并存的局面。多個系統(tǒng)并存是目前企業(yè)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(shù)據(jù)導入到有限元界面中，在轉(zhuǎn)換過程中就容易造成數(shù)據(jù)丟失。有限元界面對使用者，要求其有限元的專業(yè)知識(要理解各個求解器的單元庫)，真正設(shè)計現(xiàn)場第一線的人員用不起來。
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& z& k1 C# {- S/ b/ s# a8 q: J同時，設(shè)計的產(chǎn)品是裝配體，而不是單個的零件，裝配的結(jié)合條件是定義在有限元數(shù)據(jù)上的，而不是定義在設(shè)計數(shù)據(jù)上，如CAD數(shù)據(jù)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(yè)流程，每當有設(shè)計變更的時候，因為是在CAD系統(tǒng)之外做的，使得參數(shù)化的數(shù)據(jù)失去其參數(shù)意義，回不去了，只得重新建模。這些都是傳統(tǒng)設(shè)計中CAE所面臨的問題，這也導致了開發(fā)品質(zhì)和效率的低下。
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+ R T) j# Q' x* X' `( e* \“在CAD/CAM/CAE進入集成時代的今天, CAD的戰(zhàn)國時代已經(jīng)基本結(jié)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(tǒng)天下。”“以前游離于CAD之外是可以的，現(xiàn)在不行了。從CAD歷史發(fā)展來看，90年代以前大部分都是非參數(shù)化的，90年代開始以參數(shù)化為主，到2000之后，發(fā)展到知識工程化。與之相對應的，CAE的發(fā)展軌跡，從有限元FEM到計算力學，再到CAE。在90年代以前，設(shè)計是以形體為主，此時的主流CAE是獨立于CAD系統(tǒng)；發(fā)展到90年代，參數(shù)化CAE成為主流，設(shè)計數(shù)據(jù)參數(shù)化，易于進行形狀優(yōu)化，此時的主流CAE開始講究與CAD系統(tǒng)界面的融合；本世紀初開始，以solidworks為代表的CAD強調(diào)設(shè)計的智能化，不僅所有的數(shù)據(jù)都是參數(shù)化的，而且還有設(shè)計表，各種設(shè)計方案可以通過EXCEL表格來驅(qū)動，用戶還可以自己定義特征、規(guī)矩等。. D" I/ o( A# J; B' [
5 {. Y% g' R5 z/ a* h9 N此外，設(shè)計數(shù)據(jù)不僅僅是形體和數(shù)據(jù)，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(shè)計數(shù)據(jù)里有的，而此時，回到剛才的傳統(tǒng)設(shè)計過程中，一旦把CAD的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)是孤立的，就好比只有軀殼而沒有內(nèi)核一般，這就給企業(yè)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。
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$ j) y8 s- z( ^: {4 P1 b最早提出CAE(計算機輔助工程)概念的SDRC（研發(fā)了EDS Idea軟件）的創(chuàng)始人Jason Lemon，他的初衷是希望分析工具為設(shè)計人員所用的設(shè)計工具。事實上，CAE是面向設(shè)計的，以設(shè)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(shè)計目的為主的。企業(yè)需要的是如何使自己的產(chǎn)品在市場上有競爭力，而大部分國內(nèi)企業(yè)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(xiàn)本末倒置，把做網(wǎng)格當做CAE的現(xiàn)象。
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還有一點需要澄清的是面向設(shè)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(shè)計工具是面向設(shè)計師的。 它們之間的區(qū)別在哪？首先，設(shè)計期待的是什么？我們從用戶的滿意和產(chǎn)品要求的滿足兩個緯度考量，對于產(chǎn)品品質(zhì)來說，有些品質(zhì)是大家都不關(guān)心的，而有些是必須要滿足的，也就是當然品質(zhì)；還有一種品質(zhì)是魅力品質(zhì)，一個產(chǎn)品只具有當然品質(zhì)，而沒有魅力，那么就不具備競爭力。客戶在購買產(chǎn)品的時候，對于當然品質(zhì)，認為是必須具備的，因此更關(guān)心魅力品質(zhì)。設(shè)計人員是創(chuàng)造魅力品質(zhì)的主體，而分析人員是保證當然品質(zhì)的。此外，二者的分工也有所區(qū)別。設(shè)計CAE創(chuàng)造魅力品質(zhì)，這類CAE系統(tǒng)的特征是，要求網(wǎng)格自動生成；對主要設(shè)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(jié)果來定型（形體、尺寸）。
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這些特征使得設(shè)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(zhì)的保障。它包括對強度以外的設(shè)計目標的CAE詳細分析；多物理現(xiàn)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(nèi)企業(yè)CAE應用的最大的問題是只有分析人員的有限元，而沒有設(shè)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(chǎn)品的魅力品質(zhì)，但目前卻被忽略了。”如果CAE系統(tǒng)是獨立于CAD的，那么如果產(chǎn)生了設(shè)計變更之后，數(shù)據(jù)就回不到CAE系統(tǒng)中了，給設(shè)計帶來很大的不便。如果兩個系統(tǒng)是集成的，那么變更后的數(shù)據(jù)就可以直接加載到CAE系統(tǒng)中，變成用于分析的數(shù)據(jù)，而CAE分析后的計算數(shù)據(jù)又可以回到CAD中，進一步優(yōu)化設(shè)計。因此，從CAE回到CAD也是非常重要的。 0 E! b; t+ O. h7 V5 ?
) W. N! u3 Z) g r4 g* S5 ^" u P據(jù)統(tǒng)計，目前企業(yè)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(chǎn)生的原因是設(shè)計CAE的發(fā)展變化。理想的情況下， 設(shè)計和分析在同一環(huán)境下，也就是在CAD集成平臺，就可以實現(xiàn)設(shè)計-分析的快速循環(huán)，使得傳統(tǒng)產(chǎn)品開 發(fā)變成短過程的開發(fā)過程，即設(shè)計-分析的循環(huán)型產(chǎn)品開發(fā)過程，也就是基于CAE或基于分析的設(shè)計。 - s. A! s! Y; |3 H0 n% I
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未來CAE的發(fā)展，首先CAD/CAE/CAM設(shè)計仿真一體化；其次，CAE回歸設(shè)計本源，回歸以設(shè)計為目的；分析模擬的數(shù)據(jù)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(shè)計仿真一體化都是大勢所趨，未來CAE要更多為設(shè)計服務(wù)，為設(shè)計創(chuàng)新提供更好的支撐5 y+ u* X0 b" P1 z
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發(fā)表于 2013-9-9 18:50:45
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