CAE ( tietokoneavusteinen suunnittelu ) on yleinen nimi ohjelmille ja ohjelmistopaketteille , jotka on suunniteltu ratkaisemaan erilaisia suunnitteluongelmia : laskelmia, fyysisten prosessien analysointia ja simulointia . Pakettien laskettu osa perustuu useimmiten numeerisiin menetelmiin differentiaaliyhtälöiden ratkaisemiseksi ( katso: elementtimenetelmä , äärellisen tilavuuden menetelmä , äärellisen eron menetelmä jne.).
Nykyaikaisia teknisiä analyysijärjestelmiä (tai teknisen laskennan automaatiojärjestelmiä) (CAE) käytetään CAD-järjestelmien yhteydessä (usein niihin integroituina, jolloin saadaan hybridi-CAD/CAE-järjestelmiä).
CAE-järjestelmät ovat erilaisia ohjelmistotuotteita, jotka mahdollistavat laskentamenetelmien (elementtimenetelmä, äärellisen erotuksen menetelmä, äärellisen tilavuuden menetelmä) avulla arvioida, kuinka tuotteen tietokonemalli käyttäytyy todellisissa käyttöolosuhteissa. Ne auttavat varmistamaan, että tuote toimii ilman paljon aikaa ja rahaa.
Venäjän kielellä on termi CAD , joka tarkoittaa CAD / CAM / CAE / PDM .
CAD/CAM/CAE-järjestelmämarkkinoiden kehityksen historia voidaan jakaa melko ehdollisesti kolmeen päävaiheeseen, joista kukin kesti noin 10 vuotta.
Ensimmäinen vaihe alkoi 1970 - luvulla . Sen aikana saatiin useita tieteellisiä ja käytännön tuloksia, jotka osoittivat perustavanlaatuisen mahdollisuuden suunnitella monimutkaisia teollisuustuotteita. Toisen vaiheen aikana ( 1980 -luku ) ilmaantui massakäyttöisiä CAD/CAM/CAE-järjestelmiä, jotka alkoivat levitä nopeasti. Markkinakehityksen kolmannelle vaiheelle (1990-luvulta nykypäivään) on ominaista CAD/CAM/CAE-järjestelmien toimivuuden parantaminen ja niiden leviäminen edelleen korkean teknologian aloille (millä ne ovat parhaiten osoittaneet tehokkuutensa).
Alkuvaiheessa CAD/CAM/CAE-järjestelmien käyttäjät työskentelivät IBM :n ja Control Datan tai DEC PDP-11 :n ja Data General Nova -minitietokoneiden valmistamiin keskuskoneisiin liitetyissä graafisissa päätteissä . Suurimman osan näistä järjestelmistä tarjosivat yritykset, jotka myivät sekä laitteistoja että ohjelmistoja (noina vuosina kyseisten markkinoiden johtajia olivat Applicon , Auto-Trol Technology , Calma , Computervision ja Intergraph ). Sen ajan keskuskoneilla oli useita merkittäviä haittoja. Esimerkiksi kun liian monet käyttäjät jakoivat järjestelmäresursseja, suorittimen kuormitus lisääntyi niin paljon, että interaktiivisessa tilassa työskentely vaikeutui. Mutta tuolloin CAD/CAM/CAE-järjestelmien käyttäjillä ei ollut muuta tarjottavaa kuin isoja tietokonejärjestelmiä resurssien jakamiseen (asetettujen prioriteettien mukaan), koska mikroprosessorit olivat vielä hyvin epätäydellisiä. Dataquestin mukaan 1980-luvun alussa yksi CAD-järjestelmän lisenssi maksoi jopa 90 000 dollaria.
Painettujen piirilevymallien ja mikropiirikerrosten suunnittelusovellusten kehitys mahdollisti erittäin integroitujen piirien syntymisen (jonka pohjalta syntyi nykyaikaisia korkean suorituskyvyn tietokonejärjestelmiä). 1980-luvulla CAD-järjestelmät siirtyivät asteittain keskustietokoneista henkilökohtaisiin tietokoneisiin (PC). Tuohon aikaan PC:t olivat nopeampia kuin moniajojärjestelmät ja halvempia. 1980-luvun loppuun mennessä CAD-lisenssin hinta putosi noin 20 000 dollariin Dataquestin mukaan.
1980-luvun alussa CAD-järjestelmien markkinat jakautuivat erikoisaloille. Sähköiset ja mekaaniset CAD-segmentit ovat jakautuneet ECAD- ja MCAD-teollisuuksiin. PC-pohjaisten CAD-järjestelmien työasemien valmistajat erosivat myös kahteen eri suuntaan:
PC CAD -järjestelmien suorituskykyä rajoitti tuolloin Intelin mikroprosessorien ja MS-DOS :n 16-bittinen osoitus . Tämän seurauksena monimutkaisia kiinteitä malleja ja rakenteita luovat käyttäjät halusivat käyttää Unix-graafisia työasemia 32-bittisellä osoitteella ja virtuaalimuistilla resurssiintensiivisten sovellusten suorittamiseen.
1980-luvun puoliväliin mennessä Motorola -arkkitehtuurin mahdollisuudet olivat täysin lopussa. Perustuen edistyneen mikroprosessoriarkkitehtuurin konseptiin, jossa on katkaistu RISC -käskysarja , kehitettiin uusia prosessoreita Unix-käyttöjärjestelmän työasemille (esimerkiksi Sun SPARC ). RISC-arkkitehtuuri on parantanut merkittävästi CAD-järjestelmien suorituskykyä.
1990-luvun puolivälistä lähtien mikroteknologian edistyminen on mahdollistanut Intelin alentamisen transistoriensa valmistuskustannuksista lisäämällä niiden suorituskykyä. Tuloksena oli mahdollisuus onnistuneeseen kilpailuun PC-pohjaisten työasemien ja RISC/Unix-työasemien välillä. RISC/Unix-järjestelmät olivat laajalle levinneitä 1990-luvun toisella puoliskolla, ja niiden asema on edelleen vahva integroitujen piirien suunnittelusegmentissä. Mutta nyt Windows NT ja Windows 2000 hallitsevat lähes kokonaan rakennesuunnittelua jneja koneenrakennusta, piirilevyjen suunnittelua CAD/CAM/CAE-järjestelmien käyttöönoton jälkeen vuosien aikana niiden lisenssin hinta on laskenut useisiin tuhansiin dollareihin (esimerkiksi 6 000 dollaria Pro / Engineerille ).
CAE:n pääalueita ovat:
Yleisesti ottaen missä tahansa tietokoneavusteisessa suunnitteluongelmassa on kolme vaihetta:
Tämä sykli toistetaan, usein monta kertaa, manuaalisesti tai optimointiohjelmistoa käyttämällä.
CAE - työkaluja käytetään erittäin laajasti autoteollisuudessa . Itse asiassa niiden käyttö on antanut autonvalmistajille mahdollisuuden vähentää tuotekehityskustannuksia ja -aikaa sekä parantaa valmistamiensa ajoneuvojen turvallisuutta, mukavuutta ja kestävyyttä. CAE:n ennustevoima on edennyt siihen pisteeseen, että suurin osa suunnittelun todentamisesta tehdään nyt käyttämällä tietokonesimulaatioita (diagnostiikkaa) prototyypin fyysisen testauksen sijaan. CAE:n luotettavuus perustuu kaikkiin syötteinä oleviin asianmukaisiin oletuksiin, ja sen tulisi tunnistaa kriittiset syötteet. Vaikka CAE:ssä on paljon edistystä ja menetelmää käytetään laajasti kehityskentällä, fyysinen testaus on edelleen tarpeen. Sitä käytetään mallin validointiin ja päivittämiseen, kuormien ja reunaehtojen tarkkaan määrittämiseen sekä prototyypin viimeistelyyn .
Vaikka CAE on saavuttanut vahvan maineen validointi-, vianetsintä- ja analyysityökaluna, on edelleen käsitys, että riittävän tarkkoja tuloksia saadaan melko myöhään suunnittelusyklin aikana, jotta projekti todella ohjaisi. Tästä voidaan odottaa muodostuvan ongelma, kun nykyaikaiset tuotteet monimutkaistuvat. Ne sisältävät älykkäitä järjestelmiä, mikä lisää monifysiikan analyysin tarvetta, mukaan lukien ohjauslaitteet, ja sisältävät uusia kevyitä materiaaleja, joita insinöörit usein tuntevat vähemmän. Yritykset ja CAE-ohjelmistotoimittajat etsivät jatkuvasti työkaluja ja prosessiparannuksia tämän muuttamiseksi. Ohjelmistojen valmistajat pyrkivät jatkuvasti kehittämään tehokkaampia ratkaisijoita, hyödyntämään paremmin tietokoneresursseja ja sisällyttämään insinööriosaamisen esi- ja jälkikäsittelyyn. Prosessipuolella he yrittävät saavuttaa paremman linjauksen 3D CAE:n, 1D-järjestelmäsimuloinnin ja fyysisen testauksen välillä. Tämän pitäisi lisätä simulaation realistisuutta ja laskentanopeutta. Lisäksi CAE pyritään integroimaan paremmin tuotteen kokonaiselinkaarihallintaan . Siten tuotteen suunnittelu voidaan liittää tuotteen toimivuuteen, mikä on älytuotteiden edellytys. Tätä edistynyttä suunnitteluprosessia kutsutaan analyyttiseksi ennustamiseksi. [1] [2]