Computer aided engineering

Nelineární statická analýza 3D struktury podrobené plastické deformaci

Computer aided engineering (CAE) je metoda využití počítačového softwaru k usnadnění inženýrské analýzy. Zahrnuje analýzy metodou konečných prvků (FEA), výpočetní dynamiku tekutin (CFD), soustavy mnoha těles (MBD) a optimalizaci.

Přehled

Softwarové nástroje vyvinuté na podporu těchto aktivit se nazývají CAE nástroje. Používají se např. k analýze robustnosti a výkonnosti komponent a sestav. Termín CAE zahrnuje simulace, validace a optimalizace výrobků a výrobních nástrojů. Počítá se, že v budoucnu budou hlavním zdrojem informací pro práci návrhářských týmů právě CAE systémy. Computer-aided engineering se používá v mnoha oblastech, jako je např. automobilový průmysl, letectví, loďařský průmysl a vesmírný výzkum.^[1]

V informačních sítích se jednotlivé CAE systémy považují za jeden uzel na celkové informační síti a každý uzel může komunikovat s ostatními uzly v síti.

CAE systémy mohou také poskytovat podporu podnikům. Pro tento účel se využívá referenčních architektur a jejich schopnosti informačního náhledu na obchodní proces. Referenční architektura je základem, od kterého se modelují informace, zejména produktové a výrobní modely.

Termín CAE se v minulosti využíval také pro využití výpočetní techniky v inženýrství v širším smyslu, než jen pro inženýrské analýzy. Termín CAE vytvořil Jason Lemon, zakladatel SDRC, v 70. letech právě v této souvislosti. Tato definice je však dnes lépe známá pod pojmy CAx a PLM.^[2]

Oblasti a fáze CAE

Do oblastí zahrnutých pod pojem CAE patří:

Napěťově-deformační analýza součástí a sestav pomocí analýzy metodou konečných prvků (FEA)
Tepelné a tokové analýzy výpočetní dynamiky tekutin (CFD)
Soustavy mnoha těles (MBD) a Kinematika
Analytické nástroje pro simulaci procesů pro odlévání, ražení a lisování.
Optimalizace výrobku nebo procesu

Obecně se úkon v computer-aided engineering dělí na tři fáze:

Pre-processing – definování modelu a faktorů prostředí, které se k němu vztahují (obvykle model vytvořený metodou konečných prvků, ale používají se mimo jiné i metody fasetové a voxelové)
Řešení analýzy (obvykle se provádí na vysoce výkonných počítačích)
Post-processing výsledků (pomocí vizualizačních nástrojů)

Tento cyklus se provádí v iteracích, často mnohonásobně, a to buď ručně, nebo s použitím komerčního optimalizačního software.

CAE v automobilovém průmyslu

CAE nástroje jsou v automobilovém průmyslu velmi rozšířené. Jejich použití přineslo automobilkám snížení nákladů a času na vývoj produktu a zvýšení bezpečnosti, pohodlí a trvanlivosti vyráběných vozidel. Prediktivní schopnosti CAE nástrojů pokročily natolik, že se většina ověření návrhu provádí pomocí počítačové simulace místo testováním fyzického prototypu. I když CAE velmi pokročilo a je v oblasti strojírenství hojně používáno, fyzické testování je stále nutností. Používá se pro ověřování a aktualizaci modelu, pro přesnou definici zatížení a mezních podmínek a pro finální schválení prototypu.

Budoucnost CAE v procesu vývoje výrobku

I když si CAE vybudovalo silnou reputaci jako nástroj pro ověřování, řešení problémů a analýzu, stále existuje názor, že dostatečně přesné výsledky přicházejí až poměrně pozdě v cyklu návrhu na to, aby mohly návrh skutečně ovlivnit. To může působit problémy, jelikož moderní výrobky jsou čím dál složitější. Sem patří např. smart systémy, které stále více vyžadují multi-fyzikální analýzy a kontrolní systémy, a obsahují nové lehké materiály, které inženýři ještě tolik neznají. CAE softwarové firmy a výrobci se neustále snaží zdokonalit své nástroje a procesy, aby tuto situaci změnili. Na straně softwaru se neustále snaží vyvíjet výkonnější řešitele, lépe využívat prostředky počítače a zahrnovat znalosti inženýrství v pre- a post-processingu. Na straně procesů se snaží dosáhnout lepší rovnováhy mezi 3D CAE, 1D systémovými simulacemi a fyzickými zkouškami. To by mělo zvýšit realismus modelování a rychlost výpočtu. K tomu se ještě snaží lépe integrovat CAE v celkovém managementu životního cyklu produktu. Mohou tak propojit návrh produktu s jeho využitím, což je pro smart produkty naprostou nutností. Tento proces rozšířeného inženýrství se také označuje jako analytika prediktivního inženýrství.^[3]^[4]

Související články

Analýza metodou konečných prvků (MKP/FEM)
Soustava mnoha těles (MBD)
Životní cyklus produktu

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Computer-aided engineering na anglické Wikipedii.

↑ Saracoglu, B. O. (2006).
↑ 2007: In Remembrance of Dr. Jason A. Lemon, CAE pioneer [online]. [cit. 2011-07-02]. Dostupné online. Je zde použita šablona {{Cite web}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
↑ Virtual engineering at work: the challenges for designing mechatronic products. Engineering with computers. 2012, s. 389–408. DOI 10.1007/s00366-012-0286-6. Je zde použita šablona {{Cite journal}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.
↑ Engineering collaboration framework with CAE analysis data. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2011. Je zde použita šablona {{Cite journal}} označená jako k „pouze dočasnému použití“.