A CAE ( számítógéppel támogatott tervezés ) a különféle mérnöki problémák megoldására szolgáló programok és szoftvercsomagok elnevezése : számítások, fizikai folyamatok elemzése és szimulációja . A csomagok számított része legtöbbször differenciálegyenletek megoldására szolgáló numerikus módszereken alapul (lásd: végeselem módszer , véges térfogat módszer , véges különbség módszer stb.).
A modern mérnöki elemző rendszereket (vagy mérnöki számítási automatizálási rendszereket) (CAE) a CAD rendszerekkel együtt alkalmazzák (gyakran ezekbe integrálva, ilyenkor hibrid CAD / CAE rendszereket kapnak).
A CAE-rendszerek olyan szoftvertermékek széles skálája, amelyek számítási módszerek (végeselem-módszer, véges különbség-módszer, véges térfogat-módszer) használatát teszik lehetővé annak értékelésére, hogy egy termék számítógépes modellje hogyan fog viselkedni valós működési körülmények között. Segítenek megbizonyosodni arról, hogy a termék működik anélkül, hogy sok időt és pénzt költene rá.
Oroszul van egy CAD kifejezés , ami CAD / CAM / CAE / PDM .
A CAD/CAM/CAE-rendszerek piacának fejlődésének története meglehetősen feltételesen három fő szakaszra osztható, amelyek mindegyike körülbelül 10 évig tartott.
Az első szakasz az 1970- es években kezdődött . Ennek során számos tudományos és gyakorlati eredmény született, amelyek igazolták a komplex ipari termékek tervezésének alapvető lehetőségét. A második szakaszban ( 1980 -as évek ) megjelentek a tömeges alkalmazású CAD/CAM/CAE rendszerek, amelyek gyorsan elterjedtek. A piacfejlődés harmadik szakaszát (az 1990-es évektől napjainkig) a CAD / CAM / CAE rendszerek funkcionalitásának javítása és további elterjesztése jellemzi a high-tech iparágakban (ahol a legjobban bizonyították hatékonyságukat).
A kezdeti szakaszban a CAD/CAM/CAE rendszerek felhasználói az IBM és a Control Data vagy a DEC PDP-11 és Data General Nova miniszámítógépek által gyártott nagyszámítógépekhez csatlakoztatott grafikus terminálokon dolgoztak . A legtöbb ilyen rendszert olyan cégek kínálták, amelyek hardvert és szoftvert egyaránt értékesítettek (azokban az években a piac vezetői az Applicon , az Auto-Trol Technology , a Calma , a Computervision és az Intergraph voltak ). Az akkori nagyszámítógépeknek számos jelentős hátránya volt. Például amikor túl sok felhasználó osztotta meg a rendszer erőforrásait, a CPU terhelése olyan mértékben megnőtt, hogy interaktív módban nehézkessé vált a munka. De abban az időben a CAD / CAM / CAE rendszerek felhasználóinak nem volt más ajánlatuk, mint a terjedelmes számítógéprendszerek erőforrás-megosztással (beállított prioritások szerint), mivel a mikroprocesszorok még mindig nagyon tökéletlenek voltak. A Dataquest szerint az 1980-as évek elején egyetlen CAD-rendszer licence akár 90 000 dollárba is került.
A nyomtatott áramköri sablonok és mikroáramköri rétegek tervezésére szolgáló alkalmazások fejlesztése lehetővé tette a magasan integrált áramkörök megjelenését (amelyek alapján modern, nagy teljesítményű számítógépes rendszereket hoztak létre). Az 1980-as években a CAD-rendszerek fokozatosan áttértek a nagyszámítógépekről a személyi számítógépekre (PC-kre). Abban az időben a PC-k gyorsabbak voltak, mint a többfeladatos rendszerek, és olcsóbbak voltak. A Dataquest szerint az 1980-as évek végére a CAD-licenc ára körülbelül 20 000 dollárra csökkent.
Az 1980-as évek elején a CAD-rendszerek piaca speciális szektorokra rétegződött. Az elektromos és mechanikus CAD szegmensek ECAD és MCAD iparágakra szakadtak. A PC-alapú CAD-rendszerekhez készült munkaállomások gyártói is két irányban tértek el:
A PC CAD rendszerek teljesítményét akkoriban korlátozta az Intel mikroprocesszorok és az MS-DOS 16 bites címzése . Ennek eredményeként az összetett szilárd modelleket és struktúrákat létrehozó felhasználók előnyben részesítették a Unix grafikus munkaállomásokat 32 bites címzéssel és virtuális memóriával az erőforrás-igényes alkalmazások futtatásához.
Az 1980-as évek közepére a Motorola architektúra lehetőségei teljesen kimerültek. A csonka RISC utasításkészlettel rendelkező mikroprocesszor-architektúra fejlett koncepciója alapján új processzorokat fejlesztettek ki a Unix operációs rendszer alatti munkaállomásokhoz (például Sun SPARC ). A RISC architektúra jelentősen javította a CAD rendszerek teljesítményét.
Az 1990-es évek közepe óta a mikrotechnológia fejlődése lehetővé tette az Intel számára , hogy teljesítményük növelésével csökkentse tranzisztorainak gyártási költségeit. Ennek eredményeként lehetőség nyílt a PC-alapú munkaállomások és a RISC/Unix munkaállomások sikeres versenyezésére. A RISC/Unix rendszerek az 1990-es évek második felében terjedtek el, és pozíciójuk még mindig erős az integrált áramkörök tervezési szegmensében. Most azonban a Windows NT és a Windows 2000 szinte teljesen dominál stb.szerkezettervezés és a gépészet, a nyomtatott áramköri lapok tervezésea A CAD/CAM/CAE rendszerek megjelenése óta eltelt évek során a licenc költsége több ezer dollárra csökkent (például 6000 dollár a Pro / Engineer esetében ).
A CAE fő területei a következők:
Általában minden számítógéppel segített tervezési problémának három szakasza van:
Ez a ciklus megismétlődik, gyakran sokszor, manuálisan vagy optimalizáló szoftver segítségével.
A CAE szerszámokat nagyon széles körben használják az autóiparban . Valójában használatuk lehetővé tette az autógyártók számára, hogy csökkentsék a termékfejlesztési költségeket és időt, miközben javítják az általuk gyártott járművek biztonságát, kényelmét és tartósságát. A CAE előrejelző ereje odáig fejlődött, hogy a tervezés ellenőrzésének nagy része ma már számítógépes szimulációk (diagnosztika) segítségével történik, nem pedig a prototípus fizikai tesztelése. A CAE megbízhatósága minden megfelelő bemeneti feltételezésen alapul, és azonosítania kell a kritikus bemeneteket. Bár a CAE területén számos előrelépés történt, és a módszert széles körben alkalmazzák a fejlesztés területén, a fizikai tesztelés továbbra is szükséges. A modell érvényesítésére és frissítésére, a terhelések és peremfeltételek pontos meghatározására, valamint a prototípus véglegesítésére szolgál .
Míg a CAE erős hírnevet szerzett érvényesítési, hibaelhárítási és elemző eszközként, továbbra is az a felfogás, hogy a kellően pontos eredmények a tervezési ciklus késői szakaszában érkeznek ahhoz, hogy valóban elindítsák a projektet. Ez várhatóan problémássá válik a modern termékek összetettebbé válásával. Intelligens rendszereket tartalmaznak, ami megnöveli a többfizikai elemzések szükségességét, beleértve a vezérlőket is, és új, könnyű anyagokat tartalmaznak, amelyeket a mérnökök gyakran kevésbé ismernek. A vállalatok és a CAE-szoftver-szállítók folyamatosan keresik az eszközöket és a folyamatfejlesztéseket ennek megváltoztatására. Ami a szoftvergyártókat illeti, folyamatosan törekednek a nagyobb teljesítményű megoldók fejlesztésére, a számítógépes erőforrások jobb kihasználására, valamint a mérnöki szakértelem beépítésére az elő- és utófeldolgozásba. A folyamat oldaláról igyekeznek jobb összhangot elérni a 3D CAE, az 1D rendszerszimuláció és a fizikai tesztelés között. Ez növeli a szimuláció valósághűségét és a számítási sebességet. Emellett kísérletek folynak a CAE jobb integrálására a teljes termékéletciklus-menedzsmentbe . Így a termék kialakítása összefüggésbe hozható a termék funkcionalitásával, ami az okos termékek előfeltétele. Ezt a fejlett mérnöki folyamatot analitikus előrejelzésnek nevezik. [1] [2]