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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。 ,VWGq@o%  
    ]-a{IWVN  
    几个重要概念及其误区 @hsbq  
    L+t[&1cW  
    1. 什麽是CAD? sUbF Rq  
    `.8UKSH+  
    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。 `|?]CkP  
    0bSz4<}  
    2. 什麽是CAE ~#Aa Ldq  
    OXCQfT@\  
    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。 ^K;hn,R=  
    f?maa5S  
    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。 g z4UV/qr/  
    a:b^!H>#  
    3. 什麽是设计(Design)? N~| t!G*9  
    e9:P9Di(b  
    最简单的关於设计的定义就是一种“有目的的创作行为”。 *KJ7nRKx(w  
    bE4HDq34  
    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: VaJfD1zd1  
    uy9!qk  
    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; t!t=|JNf{  
    H`el#tt_  
    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)。 )*D'csGc  
    + Kk@Q  
    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 ”。 ?ZX!7^7  
    F~R7~ZE  
    4. 几个误区 GO~k '  
    B6%&gXr\  
    误区1:计算机辅助制图是CAD jI0]LD1k  
    y<*-tZV[  
    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。 wDw<KU1UK  
    @c]Xh:I  
    误区2:现代设计就是CAD 6pm~sD  
    2*Q3.2 Z  
    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。 u*2JUI*  
    W_}/O'l{  
    误区3:CAE是有限元分析(FEA) L;yEz[#xaT  
    Xm@aYNV  
    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。 t 7^D-l  
    $ S~%KsC  
    误区4:CAE独立於CAD pBU]=[M0  
    9I kUZW  
    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。 Nv3tt  
    ? d5h9}B  
    图1 CAE和CAD的关系 hVf^  
    >qpqQ; bm  
    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。 s0lYj@E'  
    |_nC6 ;  
    一体化的CAD/CAE系统的发展趋势 wv^b_DR  
    @|=UrKAN  
    1. 以设计为导向 ! Rvn'|!  
    1R^4C8*B  
    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。 nq@5j0fK  
    5Eal1Qu  
    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。 oyW00]ka  
    2fbU-9Rfn  
    图2 算例顾问 >[Rz <yv  
    %)JRbX<c  
    2. 分析功能高级化 F[]&1  
    ! TDD^  
    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。 k>>`fE\K  
    W_m!@T"@H  
    a) 系统及部件级分析 NjP ]My  
    r=$gT@  
    以FEA为例,为实现有价值的分析,设计的几何部件会需要不同的单元类型、实体、壳、梁、杆进行离散。而且,需要充分考虑装配体间的连接关系和接触关系。其中,连接关系的处理尤其重要,涉及到螺栓连接、销钉连接、弹簧、点焊、轴承等非常复杂的连接关系(图3)。 BKZ v9  
    w_3xKnMT\  
    图3 面向设计者及分析专家的装配体连接关系 xFwXW )  
    ?Pnx ~m{%*  
    b) 多领域的全面分析 D$hQyhz'  
    ~6sE an3p  
    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。 :~33U)?{T  
    ^#w{/C/n  
    c) 面向设计者的多场耦合 PkJcd->  
    +6376$dC  
    热结构、流体结构、多体动力学结构等多场分析是目前分析中的一个重要发展方向,可以解决非常复杂的工程问题。 4=s9A  
    SSQT;>  
    d) 特殊行业及领域的需求 5p )IV>G  
    \xeVDKJH+n  
    不同的行业会有很多特殊需求,因此需要特殊的CAE模块。例如面对压力容器,需要符合ASME标准的压力容器校核工具;面对电子和消费品领域,则需要有解决跌落分析的能力。 R,b59,&3/  
    "Z~`e]>  
    e) 高级分析需求 o&,Y<$!:VH  
    OpqNEo\  
    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。 M')bHB(~v  
    ~bGnq, .$  
    3. 面向制造的分析 3 Ta>Ki  
    PI63RH8e  
    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。 5qiI.)  
    SB1[jcJ  
    4. 有效解决易用与性能的矛盾 m>YWxa   
    ^W}MM8 '  
    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。 9gR.RwR X  
    /x/4NeD  
    5. 人性化及智能性 B@-"1m~la?  
    K7Gm-=%  
    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。 agW9Go_F[  
    `#U ]iwW!  
    6. 知识工程 HL8(lPgS  
    J | q^+K  
    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。 C#$6O8O  
    ^]7,1dH}M  
    7. 开放性 (Y)!"_|  
    !EM#m@kZ{  
    基於通用系统的专用平台是很多企业提高其使用能力和效率的方法,因此CAD/CAE平台的开放性是必须的,而且必须能支持最先进的.Net技术,并且能提供基於.Net的SDK开发包。 v~`*(Hh  
    Rn;VP:HM  
    总结 Vrg3{@$  
    1 KB7yG-#6  
    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。 $`v+4]   
    _k|g@"  
    (作者:DS SolidWorks公司 张俊 胡其登    来源:雅式工业专网)
     
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