在傳統(tǒng)的三維設計過程中,，分析的主要角色是設計的后驗校核和事故分析,。而且，還存在著CAE分析工具往往面臨多個系統(tǒng)并存的局面,。多個系統(tǒng)并存是目前企業(yè)CAE應用的壁壘,，這種情況下，不但使用起來很不方便,，培訓成本也隨之增加,。同時，還要將幾何界面中的CAD數(shù)據(jù)導入到有限元界面中,，在轉換過程中就容易造成數(shù)據(jù)丟失,。有限元界面對使用者，要求其有限元的專業(yè)知識(要理解各個求解器的單元庫),，真正設計現(xiàn)場第一線的人員用不起來,。
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同時，設計的產品是裝配體,，而不是單個的零件,，裝配的結合條件是定義在有限元數(shù)據(jù)上的，而不是定義在設計數(shù)據(jù)上,，如CAD數(shù)據(jù)上的,，裝配的定義也需要專家。此外,，沒有知識工程來保存作業(yè)流程,，每當有設計變更的時候，因為是在CAD系統(tǒng)之外做的,，使得參數(shù)化的數(shù)據(jù)失去其參數(shù)意義,，回不去了，只得重新建模,。這些都是傳統(tǒng)設計中CAE所面臨的問題,，這也導致了開發(fā)品質和效率的低下。
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“在CAD/CAM/CAE進入集成時代的今天, CAD的戰(zhàn)國時代已經(jīng)基本結束,，特別是高端CAD,，如今只剩下幾大主流軟件。而CAE卻是還存在百家爭鳴的局面,，還沒有誰能夠一統(tǒng)天下,。”“以前游離于CAD之外是可以的，現(xiàn)在不行了,。從CAD歷史發(fā)展來看,，90年代以前大部分都是非參數(shù)化的，90年代開始以參數(shù)化為主,，到2000之后,，發(fā)展到知識工程化。與之相對應的,，CAE的發(fā)展軌跡,，從有限元FEM到計算力學，再到CAE,。在90年代以前,，設計是以形體為主，此時的主流CAE是獨立于CAD系統(tǒng),；發(fā)展到90年代,，參數(shù)化CAE成為主流，設計數(shù)據(jù)參數(shù)化,，易于進行形狀優(yōu)化，此時的主流CAE開始講究與CAD系統(tǒng)界面的融合,；本世紀初開始,，以solidworks為代表的CAD強調設計的智能化，不僅所有的數(shù)據(jù)都是參數(shù)化的,，而且還有設計表,，各種設計方案可以通過EXCEL表格來驅動，用戶還可以自己定義特征,、規(guī)矩等,。" i0 o* n G! K o$ V4 [
! D# A3 L9 [, S此外，設計數(shù)據(jù)不僅僅是形體和數(shù)據(jù),，而是多樣的,。“比如說焊接,，焊接有各種各樣的定義,，這些定義都是在設計數(shù)據(jù)里有的，而此時,，回到剛才的傳統(tǒng)設計過程中,，一旦把CAD的數(shù)據(jù)轉換出來，所有智能化的信息,、財富就全部丟失了,，因為輸出的數(shù)據(jù)是孤立的，就好比只有軀殼而沒有內核一般，這就給企業(yè)造成巨大的浪費,，并且這些信息還必須要在CAE軟件中重新定義,。，“在這種情況下,，集成到CAD的CAE功能就非常重要了,。$ s0 c! {, i5 l) Z+ f I9 H p5 s
! L3 I! K- K( J最早提出CAE(計算機輔助工程)概念的SDRC（研發(fā)了EDS Idea軟件）的創(chuàng)始人Jason Lemon，他的初衷是希望分析工具為設計人員所用的設計工具,。事實上,，CAE是面向設計的，以設計為依歸的,。而有限元注重的是方法,；計算力學是有限元的延伸，是以方法論為主,。而CAE是以工程目的,、設計目的為主的。企業(yè)需要的是如何使自己的產品在市場上有競爭力,，而大部分國內企業(yè)沒有CAE的積累,，常常是會用工具而不知如何定義條件，有時還出現(xiàn)本末倒置,，把做網(wǎng)格當做CAE的現(xiàn)象,。
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還有一點需要澄清的是面向設計人員的CAE和面向分析人員的CAE是有差別的。分析的目的和使用的人員,、采用的工具都有所不同,。分析工具面對的是分析家，而設計工具是面向設計師的,。 它們之間的區(qū)別在哪,？首先，設計期待的是什么,？我們從用戶的滿意和產品要求的滿足兩個緯度考量,，對于產品品質來說，有些品質是大家都不關心的,，而有些是必須要滿足的,，也就是當然品質；還有一種品質是魅力品質,，一個產品只具有當然品質,，而沒有魅力，那么就不具備競爭力,�,？蛻粼谫徺I產品的時候,，對于當然品質，認為是必須具備的,，因此更關心魅力品質,。設計人員是創(chuàng)造魅力品質的主體，而分析人員是保證當然品質的,。此外,，二者的分工也有所區(qū)別。設計CAE創(chuàng)造魅力品質,，這類CAE系統(tǒng)的特征是,，要求網(wǎng)格自動生成；對主要設計目標進行CAE分析,；以單一目標為主的線性分析,；從分析的結果來定型（形體、尺寸）,。
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7 {) P" H* {; S8 v" o# X. D這些特征使得設計方案能夠快速檢驗,。而分析人員的CAE即有限元分析，是品質的保障,。它包括對強度以外的設計目標的CAE詳細分析,；多物理現(xiàn)象的耦合分析；用于強度保障的多目的非線性分析等,�,！耙虼耍叩姆止な遣煌�,，而目前國內企業(yè)CAE應用的最大的問題是只有分析人員的有限元，而沒有設計人員的CAE,�,！边@恰恰背離了CAE最初提出時的理念�,！斑�有一點非常重要,，就是能否從CAE回到CAD，而這一點將決定產品的魅力品質,，但目前卻被忽略了,。”如果CAE系統(tǒng)是獨立于CAD的,，那么如果產生了設計變更之后,，數(shù)據(jù)就回不到CAE系統(tǒng)中了，給設計帶來很大的不便,。如果兩個系統(tǒng)是集成的,，那么變更后的數(shù)據(jù)就可以直接加載到CAE系統(tǒng)中，變成用于分析的數(shù)據(jù)，而CAE分析后的計算數(shù)據(jù)又可以回到CAD中,，進一步優(yōu)化設計,。因此，從CAE回到CAD也是非常重要的,。
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據(jù)統(tǒng)計,，目前企業(yè)從事CAE分析的人員中，畫圖工占12%,，工程師占20%,，工程師與畫圖工相比，他具備一定的有限元分析知識,，而畫圖工通常缺乏這些概念,。還有一種情況，CAE專家與畫圖工組成項目組,，這種占到28%,，而畫圖工交給分析人員來做的占40%。而未來會變成,，畫圖工做三分之一 的分析工作,。這是種變化產生的原因是設計CAE的發(fā)展變化。理想的情況下,， 設計和分析在同一環(huán)境下,，也就是在CAD集成平臺，就可以實現(xiàn)設計-分析的快速循環(huán),，使得傳統(tǒng)產品開 發(fā)變成短過程的開發(fā)過程,，即設計-分析的循環(huán)型產品開發(fā)過程，也就是基于CAE或基于分析的設計,。
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未來CAE的發(fā)展,，首先CAD/CAE/CAM設計仿真一體化；其次,，CAE回歸設計本源,，回歸以設計為目的；分析模擬的數(shù)據(jù)和流程的管理,；多學科仿真及混合有限元分析等,。無論怎樣，設計仿真一體化都是大勢所趨,，未來CAE要更多為設計服務,，為設計創(chuàng)新提供更好的支撐. F1 ?0 l+ J8 q V- s
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發(fā)表于 2013-9-9 18:50:45
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