Cae системы что это

Практически во всех сферах деятельности человека сегодня наблюдается жесткая конкуренция. Преимущества имеют те участники рынка, кто быстрее и точнее сумеет спроектировать продукт, точно спрогнозировать его качества и определить оптимальную технологию производства.

Добиваться успешной реализации идей любой сложности призвана система автоматизированного проектирования (САПР).

Под этим понятием подразумевают программное обеспечение, позволяющее создавать модель объекта с максимальной точностью и предоставить производителю полный пакет конструкторской документации по международным стандартам.

Практически решают эту задачу, используя комплекс эффективных технологий по анализу, разработке, подготовке производственного процесса с помощью CAD/CAM/CAE систем. Только так можно добиться необходимого качества, снижения себестоимости продукции.

Основную часть работы по созданию проекта делают компьютерные программы, скорость и точность которых многократно превышает возможности традиционных технологий, таких как создание чертежей, расчет предполагаемых нагрузок, прогнозирование поведения материалов.

Возможности и области применения

Автоматизировать производство человечество стремилось всегда. Но до середины 20-го века это были попытки усовершенствования механизмов и технологий. Первые опыты использования систем автоматизации начались после Второй Мировой Войны. Назвать прорывом применение электронных устройств для нужд ВПК в США в конце 40-х, начале 50-х нельзя.

Мощности вычислительных машин было тогда недостаточно. Серьезные успехи пришли только в 70-е годы, когда появились электронные устройства, способные работать с большим массивом информации. Этот период принято называть первым этапом развития автоматизированных систем проектирования.

Была доказана эффективность использования ЭВМ в решении производственных задач.

В 80-е начался второй этап электронной революции. К этому времени размер вычислительных устройств заметно уменьшился, а скорость работы существенно возросла. Серьезной причиной взрывного роста стал выпуск персональных компьютеров, с помощью которых увеличился круг пользователей.

Среди множества путей развития и нескольких крупных производителей стал вырисовываться лидер — компания IBM. Архитектура устройств с микропроцессором Intel х86 оказалась наиболее удачной для использования в автоматизации проектирования. Тогда же начали зарождаться CAD и CAM системы в машиностроении, наукоемких производствах.

Методы пространственного моделирования позволили просчитывать сложные процессы, создавать основу технологии программирования для станков с ЧПУ. К середине 80-х наметился спад в развитии популярности продуктов Apple, Motorola. Однако графические станции под управлением ОС Unix удерживали лидерские позиции.

Но уже в начале 90-х программы на платформе Windows обогнали конкурентов. Предлагаемые системы для станков, оборудования были удобнее, производительнее и главное дешевле. Методы пространственного проектирования оказались востребованы в энергетике, производстве бытовой техники, автомобилестроении, космонавтике.

Активнее стала использоваться технология в машиностроении. Программы для токарных станков, обрабатывающих центров повысили качество продукции, сократили время производства. Возникла необходимость образования отдельных направлений в цифровые графике. Окончательно оформились термины CAD, CAM, CAE, их назначение и особенности.

Классификация САПР

Принятое в отечественной инженерной практике понятие САПР носит общий характер. Оно включает в себя все возможности программного проектирования. Однако удобнее пользоваться англоязычными версиями, описывающими виды и технологии выполняемых работ более детально. Наиболее популярные термины означают:

1. CAD системы — означает компьютерную поддержку проектирования (сomputer-aided design). Программы с пакетом модулей для создания трехмерных объектов с детализацией их особенностей и возможностью получения полного комплекта конструкторско-проектной документации.
2. CAM системы — переводится как компьютерная поддержка производства (computer-aided manufacturing). Прикладные программы для реализации проектов. С их помощью прописывают алгоритм работы станков с ЧПУ. В качестве основы используется трехмерная модель, сделанная по стандартам CAD.
3. CAE системы — класс продуктов для компьютерной поддержки расчетов и инженерного анализа (computer-aided engineering). Появление возможности создавать твердотельную модель требовала детального ее описания, прогнозирование эксплуатационных нагрузок, включая воздействие температуры, сопротивления среды.

Автоматизированная система проектирования в процессе эволюции разделилась на отдельные направления, в рамках которых решались узкоспециализированные задачи. Расширялся и арсенал инструментов для достижения цели.

Можно на каждом этапе производства выбрать систему, наиболее подходящую в конкретном случае. Технология создания модели 3d в САПР значительно ускорило запуск новых изделий, которые проектируется с заданными характеристиками.

Твердотельный прообраз проверяется и испытывается с достаточной точностью виртуально, минимизируя расходы на реальном тестировании.

Методы электронного проектирования проникают в отдельные сферы деятельности, учитывая характер производства. Подчиняясь общим правилам и нормам создаются новые направления развития.

Так в 2012 госкорпорация «Росатом» перешла на Единую отраслевую систему документооборота (ЕОСДО). Программа позволила систематизировать проектную документацию. Проще стал доступ к электронному архиву.

В результате повысилась производительность труда, сохранность информации, надежность ее защиты.

Примеры программ системы автоматизированного проектирования

Профессия современного разработчика требует серьезного обучения. Преподают САПР в профильных ВУЗах. Однако базовое образование не является гарантией успеха. Сектор активно развивается.

Регулярно появляются новые продукты на рынке, требующие изучения и навыков работы. Становится нормой прохождение курсов повышения квалификации для инженера. Разработчики ПО идут на встречу пользователям их продуктов.

Платные программы включают в себя важную опцию — возможность пользоваться поддержкой и обучаться приемам работы.

Для того, чтобы узнать все графические возможности ПО необходимо время. Многие разработчики предлагают воспользоваться бонусом для обучающихся. Так лидер рынка компания Autodesk дает лицензию для студентов на три года при пользовании 3ds Max.

По функционалу программа конструирования почти такая же, как дорогостоящая профессиональная версия. Стоимость базового пакета Autodesk 3ds Max на текущий период времени составляет более 60 000 рублей для одного пользователя. Сумма большая даже для действующего инженера.

Обычно такую продукцию закупает предприятие.

Потребности в 3d моделировании испытывают не только крупные предприятия. Сегодня востребовано трехмерное проектирование у индивидуальных предпринимателей и просто любителей.

Для осуществление задуманных идей им нет необходимости приобретать продукцию с набором функций, необходимых в высокотехнологичных отраслях.

Можно найти программы для проектирования за более умеренные деньги, либо воспользоваться бесплатными версиями с ограниченными возможностями.

Проектировщикам, работающим в системе САПР хорошо известен пакет AutoCAD. Уже много лет он пользуется заслуженным уважением за возможность реализовывать идеи достаточно простыми, интуитивно понятными инструментами. Поддерживается возможность работать как в двухмерном, так и в трехмерном пространстве.

Сохраняются проекты в стандартной форме САПР. Стоимость продукта позволяет приобретать его средним и малым компаниям. В качестве опробования производитель дает возможность 30 дней пользоваться программой бесплатно.

За это время специалист с базовым образованием научится пользоваться основными функциями и решить, стоит ли ее покупать или нет.

К профессиональным продуктам относят и Pro/ENGINEER от американского разработчика Parametric Technology Corp. Оригинальный движок программы отличается высокой производительностью и качеством.

Есть возможность вывести проект в фотореалистичном изображении в хорошем разрешении. Известен специалистам в области инноваций французский бренд CATIA.

Продукт полностью интегрирован с системами CAD/CAM/CAE и может использоваться в различных областях производственной деятельности, от машиностроения до строительства.

Активно продвигается на рынке отечественная разработка компании «Аскон» программа трехмерного проектирования «Компас». Классический вариант опций для создания CAD проектов.

Интерфейс, описание, помощь на русском языке, что становится причиной растущей популярности. Поддерживается функция создания текстовых и графических документов по стандарту ЕСКД.

Программа проста в обучении и пользовании.

Нельзя не упомянуть ПО SolidWorks. Программа адаптирована для широкого использования на средних по мощности компьютерах. Не самый богатый функционал, но имеющихся возможностей вполне хватает для реализации достаточно сложных проектов.

Программой пользуются и крупные предприятия. Производитель предлагает линейку продуктов разного назначения для решения всех задач в системах CAD, CAM, CAE.

Ядром графического проектирования является собственная разработка Parasolid, которая имеет как плюсы, так и минусы.

Создание удобной CAE системы на базе пре/постпроцессора GiD и любой расчетной программы

tarker 20 декабря 2012 в 18:52 В данной статье я бы хотел поделится своим опытом работы с одной малоизвестной коммерческой CAE программой.

Имя этой программе GiD, и перед тем, как перейти к описанию, хотелось бы коротко рассказать о том, как я пришел к ее использованию.

Пролог

Я являюсь студентом одного из технических факультетов, одного из сибирских ВУЗов. За ненадобностью (и просто от греха подальше) конкретизировать не стану. На факультете студентам некоторых кафедр преподается курс вычислительной механики.

Разумеется, при качественном изучении подобной дисциплины, никак нельзя обойтись без соответствующего программного обеспечения, и таковое на кафедре имелось. Более того, оно на этой же кафедре было разработано, успешно выполняло свои функции (на протяжении многих лет) и на момент создания было, вполне актуальным.

Если конкретнее, то это был комплект из программы создания конечно-элементных сеток и пре/постпроцессинга (Pascal с использованием DOS графики), расчетной программы, базирующейся на методе конечных элементов (fortran 75) и оптимизатора сеток (тоже fortran).

Взаимодействие между этими программами осуществлялось с помощью вооруженного знаниями и командной строкой студента. Процесс создания сеток был не вполне удобным и очень трудоемким, как вообще-то и весь остальной процесс решения задач, с помощью этого программного комплекса.

На фоне постоянно растущего многообразия различных современных CAE систем, комплекс этот стал выглядеть устаревшим, и возник вопрос о его замене. Начались поиски… Сами поиски подробно описывать не стану, речь не об этом.

Замечу лишь, что такой комбайн как ANSYS для этих целей не подходил (тем более для него на факультете был выделен аж целый один отдельный курс лекций). Среди многочисленных open source проектов тоже не было очевидного претендента, удовлетворяющего нашим требованиям. В конце концов, прислушавшись к совету своего научного руководителя, я начал присматриваться к GiD.

Персональный пре/постпроцессор

В итоге выяснилось, что этот комплекс представляет из себя:

1. графический препроцессор с довольно мощным аппаратом геометрического моделирования, дискретизации геометрических моделей и неплохими возможностями импорта геометрии и сеток из других CAE/CAD программ
2. неплохой и довольно простой графический постпроцессор, позволяющий анализировать результаты проделанных вычислений

Несколько скриншотов

Сразу отмечу одну из особенностей GiD, которая впоследствии и подтолкнула использовать ее для описанных во введении целей. В комплекте с GiD не поставляется ни одной расчетной программы, решающей те или иные задачи, зато имеется возможность использовать для этих целей любую стороннюю программу. Правильнее было бы назвать это не особенностью, а основной идеей.

Таким образом рассматриваемая программа представляет из себя универсальный пре/постпроцессор, который можно использовать для решения самых разнообразных задач.

Скорее всего, это не единственная программа, выполняющая такие функции, и я буду премного благодарен тем, кто приведет примеры. Но так уж вышло, что далее работать я стал именно с ней.

Тем более демо-версия не накладывала никаких ограничений на срок работы с программой и на ее функциональность, кроме ограничения на количество используемых в сетке узлов (не более 1010 узлов).

То есть для обучающих целей она могла использоваться, вообще говоря, бесплатно.

Цена продукта, кстати говоря, тоже весьма приемлема (только не нужно воспринимать эту информацию как рекламу). Вдобавок ко всему, разработчики предоставляют версии для различных платформ, что было очень удобно, так как я использую Ubuntu, а на машинах факультета стоят либо XP либо семерка. Мы решили заменить устаревший пре/постпроцессор используемого нами программного комплекса GiD-ом, оставив ту же расчетную программу.

Как это работает?

Для того чтобы организовать связь между пре/пострпоцессорм GiD и некоторым решателем (уж простите, если кому режет слух, но в моем словарном запасе нет русского аналога слову solver), используются гибкие и довольно простые механизмы, о которых я вкратце, на примерах расскажу.

Итак, мы имеем:

1. собственную расчетную программу расчета НДС пластин на базе МКЭ
2. коммерческий пре/постпроцессор

А необходимо нам сообразить из этого рабочую, простую и удобную CAE систему, пригодную для тех или иных целей (в моем случае обучение работе с подобными системами)

Подробные инструкции к этому процессу, как и руководство по работе в пре/постпроцессоре, подробно описано в мануалах, от разработчиков. На офсайте продукта вообще можно найти много доступной и полезной информации, от FAQ до материалов конференций, посвященных работе с GiD.А благодаря стараниям некой

Irene Grigorieva from University of Kemerovo пользовательский мануал доступен на русском языке (хотя, на мой взгляд, это могли сделать и сами разработчики). Я же затрону лишь основные аспекты.

Система шаблоннов

GiD осуществляет взаимодействие между своим препроцессором и решателем путем обмена файлами данных (ANSI типа). Если вы хотите использовать ее для работы с программой, которая в качестве входных данных для своих расчетов использует какие-либо не форматированные (или с закрытым форматом) файлы, то, скорее всего, у вас ничего не выйдет.

Хотя возможно появится, а может быть уже появилось, какой-нибудь модуль/дополнение.

Для того чтобы передать информацию, о построенной (или импортированной) в препроцессоре модели во входной файл решателя, используется система шаблонов. Шаблон представляет из себя файл с расширением .

bas, написанный, в соответствии с придуманными разработчиками правилами, который указывает препроцессору в каком виде нужно записать данные о сетке в файл.

Шаблон состоит из набора любых символов, в котором все символы, кроме ключевых слов, следующих за символом «*», GiD воспринимает, как простой текст, и в том же виде передает во входной файл.

Ниже в качестве пояснения представлено несколько примеров «шаблон – результат»

Пример 1. Вывод общего числа элементов и узлов сетки

myproblem.bas Myprogram datafile
NumberOfNode = *NPoin
NumberOfElements = *NElems

projectname.dat

Myprogram datafile
NumberOfNode = 12
NumberOfElements = 10

Пример 2. Список элементов

myproblem.bas ElemsList
Elem Node1 Node2 Node3 Material Elemtype
*Loop elems
*ElemsNum *ElemsConec *ElemsMat *ElemsTypeName
*End elems

projectname.dat

ElemsList
Elem /Node1 Node2 Node3 / Material
1 / 1 2 12 / 1
2 / 2 11 12 / 2
3 / 2 3 11 / 2
4 / 3 10 11 / 2
5 / 3 4 10 / 2
6 / 4 9 10 / 1
7 / 4 5 9 / 1
8 / 5 8 9 / 1
9 / 5 6 8 / 2
10 / 6 7 8 / 2

Пример 3. Создание переменных. Форматированный вывод

myproblem.bas *Set var pi= 3.1415926535897
*Set var circlelength
*Set var radius=15
*format(IRadius=15, CircleLength=%5.3f)
*operation(2*radius*pi)

projectname.dat

Radius=15, CircleLength=94.245
Думаю для наглядного объяснения, этих примеров должно хватить. На мой взгляд, все просто, и не требует от пользователя знания какого-либо языка программирования. Для того чтобы освоить основной набор лексем, используемых в шаблоне, хватит и нескольких часов.

В наборе этом присутствуют и стандартные циклы, и условия, и циклы по элементам, и messаge-box-ы, для уведомлениях об ошибках, и еще много чего.

Если же стандартного набора не хватит, ввиду сложного формата входного файла, или необходимости реализации каких-то хитрых функций, то в шаблоне можно использовать процедуры, написанные на языке Tcl (как из идущей в комплекте библиотеки, так и написанные пользователем). Интерпретатор Tcl идет в комплекте, так что о его установке беспокоиться не придется.

Проблематика конкретной задачи

С сетками и шаблонами все понятно. Но для решения конкретной задачи этого мало, ведь у каждой задачи своя проблематика, а отсюда наличие различных типов (и способов их описания) материалов, граничных условий и прочих особенностей. Для того чтобы можно было оперировать этим набором данных, опять таки нужно создавать текстовые файлы с соответствующими расширениями.

• .cnd — для описания используемых вами граничных условии
• .mat — для описания материалов, и третий
• .prb — для прочих параметров.

С созданием этих файлов все еще проще чем с шаблонами. Вот пример файла в котором описывается два граничных условия(нагрузка в узле, и начальное перемещение узла)

myproblem.

cnd

CONDITION: Point-Move
CONDTYPE: over points
CONDMESHTYPE: over nodes
QUESTION: X-Move
VALUE: 0
QUESTION: Y-Move
VALUE: 0
HELP:перемещение{см}
END CONDITION

CONDITION: Point-Force-Load
CONDTYPE: over points
CONDMESHTYPE: over nodes
QUESTION: X-Force
VALUE: 0.0
QUESTION: Y-Force
VALUE: 0.0
HELP: Нагрузка{см}
END CONDITION

После создания всех указанных выше файлов, нужно «сложить» их в папку с любым угодным вам именем (которое впоследствии будет использоваться в интерфейсе программы, в качестве идентификатора вашей задачи) и «расширением» .gid. Папку эту нужно поместить одну из подкаталогов программы GiD, при следующем запуске ваш тип задачи будет доступен для работы.

Проекты хранятся в папках с тем же «расширением» .gid. Туда же помещаются полученные с помощью шаблонов файлы данных, а так же дублируются файлы с граничными условиями и материалами (для возможности менять их применительно только к одному проекту). Шаблонов может быть сколь угодно много, и каждому из них будет соответствовать свой файл данных.

Готово! Как заводить?

Когда модель построена, сетка сгенерирована, граничные условия заданы – нужно запустить решатель. Чтобы это можно было сделать непосредственно из препроцессора, нужно написать простенький скрипт.

При нажатии кнопки “Caclulate” в GiD, программа просто запустит этот скрипт с тремя параметрами (имя проекта, путь к папке проекта, путь к папке с определением типа задачи).

В скрипте можете реализовать все, что вам не хватало, на CMD в Windows или на bash/sh в Linux.

А что же с постпроцессором?

С постпроцессором, к сожалению, все не так гибко. Он требует от расчетной программы, вывода данных в файлы, в угодном ему формате. Более удобной системы пока не придумали.

В моем случае эта проблема была решена созданием «конвертера», который, на основе выходных файлов нашей расчетной программы, создавал файлы, необходимые постпроцессору.

Формат этих файлов подробно описан в мануалах, и создание такого «конвертера» не составит труда, при наличии минимальных навыков работы с файлами в любом языке программирования.

Подведение итогов

GiD может оказаться полезен тем, кто ищет простой и удобный пре/постпроцессор для решения самых разнообразных задач, но при этом не хочет обзаводиться такими гигантами как ANSYS (даже самый базовых комплект которого включает в себя много, порой лишних и ненужных инженерам/исследователям функций, за которые, хочешь не хочешь придётся платить). Так же эта программа может стать выходом для тех, кто не может найти CAE, умеющую делать то, что им нужно, но при этом имеет собственный решатель (либо планирует его создать).

Надеюсь данный материал будет кому-то полезен.

Computer-aided engineering — Википедия

CAE (англ.

 Computer-aided engineering) — общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов.

Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений (см.: метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.).

Современные системы инженерного анализа (или системы автоматизации инженерных расчётов) (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).

CAE-системы — это разнообразные программные продукты, позволяющие при помощи расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств.

В русском языке есть термин САПР, который подразумевает CAD/CAM/CAE/PDM.

История развития

Историю развития рынка CAD/CAM/CAE-систем можно достаточно условно разбить на три основных этапа, каждый из которых длился, примерно, по 10 лет.

Первый этап начался в 1970-е годы. В ходе его был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность проектирования сложных промышленных изделий.

Во время второго этапа (1980-е) появились и начали быстро распространяться CAD/CAM/CAE-системы массового применения.

Третий этап развития рынка (с 1990-х годов до настоящего времени) характеризуется совершенствованием функциональности CAD/CAM/CAE-систем и их дальнейшим распространением в высокотехнологичных производствах (где они лучше всего продемонстрировали свою эффективность).

На начальном этапе пользователи CAD/CAM/CAE-систем работали на графических терминалах, присоединённых к мейнфреймам производства компаний IBM и Control Data, или же мини-ЭВМ DEC PDP-11 и Data General Nova.

Большинство таких систем предлагали фирмы, продававшие одновременно аппаратные и программные средства (в те годы лидерами рассматриваемого рынка были компании Applicon, Auto-Trol Technology, Calma, Computervision и Intergraph). У мейнфреймов того времени был ряд существенных недостатков.

Например, при разделении системных ресурсов слишком большим числом пользователей нагрузка на центральный процессор увеличивалась до такой степени, что работать в интерактивном режиме становилось трудно.

Но в то время пользователям CAD/CAM/CAE-систем ничего, кроме громоздких компьютерных систем с разделением ресурсов (по устанавливаемым приоритетам), предложить было нечего, так как микропроцессоры были ещё весьма несовершенными. По данным Dataquest, в начале 1980-х стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до 90 000 долл.

Развитие приложений для проектирования шаблонов печатных плат и слоёв микросхем сделало возможным появление схем высокой степени интеграции (на базе которых и были созданы современные высокопроизводительные компьютерные системы).

В течение 1980-х годов был осуществлён постепенный перевод CAD-систем с мейнфреймов на персональные компьютеры (ПК). В то время ПК работали быстрее, чем многозадачные системы, и были дешевле.

По данным Dataquest, к концу 1980-х годов стоимость CAD-лицензии снизилась примерно до 20 тыс. долл.[источник не указан 3742 дня]

В начале 1980-х годов произошло расслоение рынка CAD-систем на специализированные секторы. Электрический и механический сегменты CAD-систем разделились на отрасли ECAD и MCAD. Разошлись по двум различным направлениям и производители рабочих станций для CAD-систем, созданных на базе ПК:

• часть производителей сориентировалась на архитектуру IBM PC на базе микропроцессоров Intel х86;
• другие производители предпочли ориентацию на архитектуру Motorola (ПК её производства работали под управлением ОС Unix от AT&T, ОС Macintosh от Apple и Domain OS от Apollo Computer).

Производительность CAD-систем на ПК в то время была ограничена 16-разрядной адресацией микропроцессоров Intel и MS-DOS. Вследствие этого, пользователи, создающие сложные твердотельные модели и конструкции, предпочитали использовать графические рабочие станции под ОС Unix с 32-разрядной адресацией и виртуальной памятью, позволяющей запускать ресурсоёмкие приложения.

К середине 1980-х годов возможности архитектуры Motorola были полностью исчерпаны. На основе передовой концепции архитектуры микропроцессоров с усечённым набором команд RISC были разработаны новые процессоры для рабочих станций под ОС Unix (например, Sun SPARC). Архитектура RISC позволила существенно повысить производительность CAD-систем.

С середины 1990-х годов развитие микротехнологий позволило компании Intel удешевить производство своих транзисторов, повысив их производительность. Вследствие этого появилась возможность для успешного соревнования рабочих станций на базе ПК с RISC/Unix-станциями.

Системы RISC/Unix были широко распространены во 2-й половине 1990-х годов, и их позиции все ещё сильны в сегменте проектирования интегральных схем.

Зато сейчас Windows NT и Windows 2000 практически полностью доминируют в областях проектирования конструкций и механического инжиниринга, проектирования печатных плат и др.

По данным Dataquest и IDC, начиная с 1997 года рабочие станции на платформе Windows NT/Intel (Wintel) начали обгонять Unix-станции по объёмам продаж. За прошедшие с начала появления CAD/CAM/CAE-систем годы стоимость лицензии на них снизилась до нескольких тысяч долларов (например, 6000 долл. у Pro/Engineer).

Направления и этапы CAE

Основные направления CAE включают в себя:

• Анализ напряжения на деталях и сборках с использованием анализа методом конечных элементов (FEA);
• Анализ теплового и жидкостного потока. Вычислительная гидродинамика (CFD);
• Многотельная динамика (MBD) и кинематика;
• Инструменты анализа для моделирования процессов для таких операций, как литьё, формование и штамповка.
• Оптимизация продукта или процесса.

В общем, в любой задаче компьютерного проектирования есть три этапа:

• Предварительная обработка — определение модели и факторов окружающей среды, которые будут применены к ней. (обычно это модель конечных элементов, но также используются методы фасетов, вокселей и тонких листов)
• Анализ и решение (обычно выполняется на мощных компьютерах)
• Постобработка результатов (с использованием инструментов визуализации)

Этот цикл повторяется, часто много раз, вручную или с использованием программного обеспечения для оптимизации.

CAE в автомобильной промышленности

Инструменты CAE очень широко используются в автомобильной промышленности. Фактически, их использование позволило автопроизводителям сократить затраты и время на разработку продукта, одновременно повышая безопасность, комфорт и долговечность производимых ими автомобилей.

Способность CAE к прогнозированию достигла такого уровня, что большая часть проверки проекта теперь выполняется с использованием компьютерного моделирования (диагностики), а не физического тестирования прототипа.

Надежность CAE основана на всех надлежащих допущениях в качестве входных данных и должна идентифицировать критические входные данные. Несмотря на то, что в CAE много достижений, и метод широко используется в области разработки, физическое тестирование все ещё необходимо.

Он используется для проверки и обновления модели, для точного определения нагрузок и граничных условий и для окончательного согласования с прототипом.

Будущее CAE в процессе разработки продукта

Несмотря на то, что CAE завоевал прочную репутацию в качестве инструмента для проверки, устранения неполадок и анализа, все ещё существует мнение, что достаточно точные результаты приходят довольно поздно в цикле проектирования, чтобы реально управлять проектом. Можно ожидать, что это станет проблемой, поскольку современные продукты становятся все более сложными.

Они включают интеллектуальные системы, что приводит к увеличению потребности в многофизическом анализе, включая элементы управления, и содержит новые легкие материалы, с которыми инженеры часто менее знакомы. Компании и производители программного обеспечения CAE постоянно ищут инструменты и усовершенствования процессов, чтобы изменить эту ситуацию.

Что касается производителей программного обеспечения, то они постоянно стремятся разрабатывать более мощные решатели, лучше использовать компьютерные ресурсы и включать инженерные знания в области предварительной и последующей обработки. Со стороны процесса они пытаются добиться лучшего согласования между 3D CAE, 1D System Simulation и физическим тестированием.

Это должно повысить реалистичность моделирования и скорость расчёта. Кроме того, осуществляются попытки лучше интегрировать CAE в общее управление жизненным циклом продукта. Таким образом, могут быть связанны дизайн продукта с функциональностью продукта, что является обязательным условием для интеллектуальных продуктов.

Такой усовершенствованный инженерный процесс называется аналитическим прогнозированием.[1][2]

Примечания

1. ↑ Van der Auweraer, Herman; Anthonis, Jan; De Bruyne, Stijn; Leuridan, Jan. Virtual engineering at work: the challenges for designing mechatronic products // Engineering with computers. 29 (3): 389-408. — 2012. — doi:10.

   1007/s00366-012-0286-6..

2. ↑ Seong Wook Cho; Seung Wook Kim; Jin-Pyo Park; Sang Wook Yang; Young Choi. Engineering collaboration framework with CAE analysis data // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 12.. — 2011.

Ссылки

• Конференция САПР2000 (бывший САПР2К), посвящённая использованию CAD/CAE/CAM-технологий
• Аналитический обзор — учебное пособие «Компьютерный инжиниринг» / А. И. Боровков и др. — СПб: Изд-во СПбГПУ, 2012;
• Новости — CAE-системы
• Статьи по программам ANSYS, STAR-CD, QForm, Nastran, Fluent и др. (недоступная ссылка)

Для улучшения этой статьи желательно: Оформить статью по правилам. Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей. После исправления проблемы исключите её из списка. Удалите шаблон, если устранены все недостатки.

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Computer-aided_engineering&oldid=100098781

CAD | CAE | CAM | PDM | PLM | CALS системы | Описание | Применение

Приведем основные определения CAD/CAE/CAM/PDM/PLM систем.

CAD (Computer Aided Design) — система автоматизированного проектирования (САПР) — программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей.

Современные системы автоматизированного проектирования обычно используются совместно с системами автоматизации инженерных расчётов и анализа CAE (Computer-aided engineering).

Данные из CAD-систем передаются в CAM (Computer-aided manufacturing) — система автоматизированной разработки программ обработки деталей для станков с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем).

Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Следует отметить, что русский термин «САПР» по отношению к промышленным системам имеет более широкое толкование, чем «CAD» — он включает в себя CAD, CAM и CAE.

CAE (Computer-aided engineering) — общее название для программ или программных пакетов, предназначенных для инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов.

Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений, таких как: метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.

Позволяют при помощи расчетных методов оценить, как поведет себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств.

Современные системы автоматизации инженерных расчётов (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).

CAM(Computer-aided manufacturing) — подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.

Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.

Фактически же технологическая подготовка сводится к автоматизации программирования оборудования с ЧПУ (2- осевые лазерные станки), (3- и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ; токарные станки, обрабатывающие центры; автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки; ювелирная и объемная гравировка). PDM.

Следует отметить, что как правило, большинство программно-вычислительных комплексов совмещают в себе решение задач CAD/CAM, CAE/САМ, CAD/CAE/CAM.

PDM (Product Data Management) — система управления данными об изделии — организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). PDM-системы являются неотъемлемой частью PLM-систем.

В PDM-системах обобщены такие технологии, как:

• управление инженерными данными (engineering data management — EDM)
• управление документами
• управление информацией об изделии (product information management — PIM)
• управление техническими данными (technical data management — TDM)
• управление технической информацией (technical information management — TIM)
• управление изображениями и манипулирование информацией, всесторонне определяющей конкретное изделие.

Базовые функциональные возможности PDM-систем охватывают следующие основные направления:

• управление хранением данных и документами
• управление потоками работ и процессами
• управление структурой продукта
• автоматизация генерации выборок и отчетов
• механизм авторизации

С помощью PDM-систем осуществляется отслеживание больших массивов данных и инженерно-технической информации, необходимых на этапах проектирования, производства или строительства, а также поддержка эксплуатации, сопровождения и утилизации технических изделий.

Такие данные, относящиеся к одному изделию и организованные PDM-системой, называются цифровым макетом.

PDM-системы интегрируют информацию любых форматов и типов, предоставляя её пользователям уже в структурированном виде (при этом структуризация привязана к особенностям современного промышленного производства).

PDM-системы работают не только с текстовыми документами, но и с геометрическими моделями и данными, необходимыми для функционирования автоматических линий, станков с ЧПУ и др, причём доступ к таким данным осуществляется непосредственно из PDM-системы.

С помощью PDM-систем можно создавать отчеты о конфигурации выпускаемых систем, маршрутах прохождения изделий, частях или деталях, а также составлять списки материалов.

Все эти документы при необходимости могут отображаться на экране монитора производственной или конструкторской системы из одной и той же БД.

Одной из целей PDM-систем и является обеспечение возможности групповой работы над проектом, то есть, просмотра в реальном времени и совместного использования фрагментов общих информационных ресурсов предприятия.

PLM (Product Lifecycle Management) — технология управления жизненным циклом изделий.

Организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации.

При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). Информация об объекте, содержащаяся в PLM-cистеме является цифровым макетом этого объекта.

По-сути, как уже было сказано, PLM — является практически синонимом CALS технологий.