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    [转载]一体化的CAD/CAE系统发展趋势 [复制链接]

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    离线200713
     
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    836
    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2009-01-17
    关键词: CADCAE
    设计分析一体化是目前所有CAD公司追求的一个主要目标,其核心意图便是为了实现在设计过程中,充分考虑产品的性能和优化,提升产品品质和改善产品性能。 V mKMj'  
    u@[D*c1!H  
    几个重要概念及其误区 80 i<Ij8J  
    &kYg >X  
    1. 什麽是CAD? <EJ}9`t  
    krI<'m;a  
    CAD即计算机辅助设计(Computer Aided Design),其概念和内涵正在不断的发展中。CAD是工程技术人员以计算机为工具,对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。 d,+d8X  
    {p1#H`  
    2. 什麽是CAE kCLz@9>FQ  
    n\wO[l)  
    CAE(Computer Aided Engineering)即计算机辅助工程,其特点是以工程和科学问题为背景,建立计算模型并进行计算机仿真分析。 h]vA%VuE'E  
    ` *h-j/M  
    一方面,CAE技术的应用使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题,通过计算机数值类比得到满意的解答;另一方面,计算机辅助分析使大量繁杂的工程分析问题简单化,使复杂的过程层次化,节省了大量时间,避免了低水平重复的工作,使工程分析更快、更准确。在产品的设计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要作用,同时CAE这一新兴的数值模拟分析技术在国外得到了迅猛发展,进而又推动了许多相关的基础学科和应用科学的进步。 4CfPa6_  
    ?IGT!'  
    3. 什麽是设计(Design)? !NjC+ps]  
    ^hRos  
    最简单的关於设计的定义就是一种“有目的的创作行为”。 ?_}[@x  
    9m%[ y1v0  
    根据工业设计师Victor Papanek的定义,设计(design)是为构建有意义的秩序而付出的有意识的直觉上的努力。更详细的定义如下: G\|VTqu  
    L%U-MOS=  
    第一步:理解用户的期望、需要、动机,并理解业务、技术和行业上的需求和限制; D~U 4K-  
    |jO&qT]{  
    第二步:将这些所知道的东西转化为对产品的规划(或者产品本身),使得产品的形式、内容和行为变得有用且能用,从而令人向往,并且在经济和技术上令其可行(这是设计的意义和基本要求所在)。 iK= {pd  
    W?5^cEF  
    这个定义可适用於设计的所有领域,尽管不同领域的关注点从形式、内容到行为上均有所不同。1978年,诺贝尔经济学奖Herbert Simon 发表文章对设计给出着名定义:“设计就是找到一种行动方式 ,目的是把现状变成自己更喜欢的样子 ”。 -HS(<V=a?k  
    yG2j!D  
    4. 几个误区 *<"xF'C  
    Q V4{=1A  
    误区1:计算机辅助制图是CAD lLS`Ln)"  
    O-}{%)[ F  
    计算机辅助制图(Computer Aided Drafting),简写为CAD,譬如我们熟知的AutoCAD辅助制图软件,几乎成了CAD的代名词。目前我国绝大数机械工程师都是二维或三维软件的使用者,他们最终都需要生成二维工程图纸。三维制图和二维制图最大的区别是直观性大为增强,但是本质上并没有改变其制图的地位。因此,计算机辅助制图不是计算机辅助设计。 Ef:.)!;jy  
    8;-a_VjA)  
    误区2:现代设计就是CAD !T#~.QP4  
    ?b:l.0m  
    从前面关於设计的定义,设计包含了人、知识、工具、环境等多方面的结合,因此CAD仅仅只是工具,利用适合设计者的工具可以帮助设计者更快、更好地进行设计。 ^e8~eL+  
    s(r(! FZ  
    误区3:CAE是有限元分析(FEA) =Y?M#3P.I  
    -[".km  
    CAE(Computer Aided Engineering)计算机辅助工程,涉及到多学科的问题,针对不同学科产生了各种仿真分析的数学工具。如FEA(有限元分析),多体动力学,CFD(计算流体力学),有限差分法,边界元法,无网格法,加权余量法等等。它们针对不同的领域,各具优势。如FEA适合解决结构的强度、刚度、疲劳等问题;多体动力学适合解决多刚体系统的运动学和动力学特性;CFD适合解决流体的流动和热问题;因此FEA仅仅是CAE的一个领域。 %Z}A+Rv+*m  
    7%&#V2  
    误区4:CAE独立於CAD ^<.mUaP  
    Z Z\,iT  
    从前面关於CAD的定义“ CAD是工程技术人员以计算机为工具,对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。CAD中必须含有分析(CAE),也就是说面对设计,CAE是CAD的子集,缺少了CAE的CAD系统是不完整的计算机辅助设计系统。 }{J<Wzw  
    Jp=ur)Dj  
    图1 CAE和CAD的关系 BD\xUjd?)Q  
    {^1D|y  
    现在几乎所有的CAD厂家都认识到CAE的重要性,都先後在CAD环境中加入了CAE,虽然功能有弱有强,但是都充分体现了设计分析一体化是CAD/CAE系统的发展方向。下面将就此进行具体论述。 "U4Sn'&h@  
    0 ua.aL'  
    一体化的CAD/CAE系统的发展趋势 <A;R%\V  
    &C`t(e  
    1. 以设计为导向 Gp6|M2Vu_5  
    cX 9 !a,  
    在制造型企业中CAE的目的在於优化和改进产品设计,因此分析应该无缝融入到设计过程中。因此,单一无缝的CAD/CAE界面是使用的基础。另外,仿真分析如何无缝地融入设计过程,减少设计人员使用CAE系统的难度也是目前发展的方向。仿真向导等技术精彩体现了“以设计为导向”的先进思路。 4S`2")V  
    7D@O:yO  
    SolidWorks的Simulation产品为例,该软件为了体现设计仿真一体化的解决方案,在无缝集成界面做了创造性的改变,将仿真介面和仿真流程无缝融入到SolidWorks的设计过程中。SolidWorks Simulation的仿真向导,包含以下顾问向导:算例顾问(图2)、性能顾问、约束和载荷顾问、连接顾问、结果顾问。 V<ziJ7H/  
    F%UyFUz  
    图2 算例顾问 `p|{(g'  
    Rjqeuyj:  
    2. 分析功能高级化 f-E]!\Pg  
    #tRLvOR:  
    实际产品的运用环境非常复杂,因此仅进行零件级别的分析是远远不够的,必须进行系统及部件级的分析,尽管这方面的分析尚存在着相当的难度。 cz~Fz;)2{N  
    1(CpTaa  
    a) 系统及部件级分析 pd?3_yU  
    d OQU#5  
    以FEA为例,为实现有价值的分析,设计的几何部件会需要不同的单元类型、实体、壳、梁、杆进行离散。而且,需要充分考虑装配体间的连接关系和接触关系。其中,连接关系的处理尤其重要,涉及到螺栓连接、销钉连接、弹簧、点焊、轴承等非常复杂的连接关系(图3)。 +[<|TT  
    PO%Z.ol9  
    图3 面向设计者及分析专家的装配体连接关系 }te\) Yk.N  
    mJ2>#j;5f  
    b) 多领域的全面分析 jjN ]*{s  
    Rq-BsMX!A  
    任何一个产品的设计,不能仅考虑静强度,必须考虑多领域的问题,比如动强度、模态、疲劳、参数优化等。 jQxv` H  
    $!h21  
    c) 面向设计者的多场耦合 bS=aFl#  
    JS]6jUB<B  
    热结构、流体结构、多体动力学结构等多场分析是目前分析中的一个重要发展方向,可以解决非常复杂的工程问题。 ] ?w hx &+  
    Uo>pV 9xRG  
    d) 特殊行业及领域的需求 oJE~dY$Q  
    +&6R(7XC  
    不同的行业会有很多特殊需求,因此需要特殊的CAE模块。例如面对压力容器,需要符合ASME标准的压力容器校核工具;面对电子和消费品领域,则需要有解决跌落分析的能力。 > `R}ulz)  
    o?BcpWp  
    e) 高级分析需求 ~>2@55wElp  
    q+<X*yC  
    面对日益复杂的使用环境,必须考虑复合材料、材料非线性、高级机械振动、非线性动力学等高级分析的需求。 H`odQkZ!  
    u/-u l  
    3. 面向制造的分析 l*V]54|ON3  
    $$ma1.t"  
    面向制造的分析也是目前CAD环境下的一大趋势,例如可制造性分析、公差分析等。 mxt fKPb  
    96x$Xl;  
    4. 有效解决易用与性能的矛盾 ^Tgu]t   
    cy T,tN  
    目前CAD/CAE软件在使用上越来越简单,但随之而来的矛盾是性能越来越差,解决性能与易用性之间的矛盾成为一大难题。各个CAD厂商也分别推出了适合自己产品的新技术。比如SolidWorks2009推出的SpeedPak技术,解决了大型装配体设计、装配和工程图性能的问题。其CAE产品线更是在大装配、多CPU/多核等的FEA分析、运动学及CFD方面做了极大改善。 \wwY?lOe  
    fG_.&!P  
    5. 人性化及智能性 =aR'S\<  
    Gw%P5 r}Y  
    如何使现有的CAD及CAE系统体现以人为本的思想,是目前发展的一大方向。因此在面向普通设计者时,必须摒弃深奥的CAE名词、概念及方法。也即,在使用时必须站在设计者的立场上组织CAE使用习惯并考虑自动的上下关联智能操作。 1W*%}!&Gm  
    d~ n|F|`:  
    6. 知识工程 `p0+j  
    /R\]tl#2j  
    设计及分析知识作为企业最宝贵的财富,如何予以继承、组织和归纳,也是知识工程的一大应用领域。这当中涉及到分析库、以及PDM集成CAE技术等多方面的需求。 =8:m:Y&|`G  
    ~IrrX,mp:  
    7. 开放性 v0W w~4|],  
    6a$=m3ic  
    基於通用系统的专用平台是很多企业提高其使用能力和效率的方法,因此CAD/CAE平台的开放性是必须的,而且必须能支持最先进的.Net技术,并且能提供基於.Net的SDK开发包。 H <7r  
    o,}`4_N||  
    总结 <\40?*2  
    /E8{:>2  
    可以肯定的是,以设计为导向、分析功能高级化、面向制造的分析、易用且高性能、人性化及智能化、知识工程、开放性等将成为CAD/CAE系统设计仿真一体化趋势的典型特徵。 ,tqMMBwC~_  
    i8t%v  
    (作者:DS SolidWorks公司 张俊 胡其登    来源:雅式工业专网)
     
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