CAE ( computer-aided engineering ) er et almindeligt navn for programmer og softwarepakker designet til at løse forskellige tekniske problemer : beregninger, analyse og simulering af fysiske processer. Den beregnede del af pakkerne er oftest baseret på numeriske metoder til løsning af differentialligninger (se: finite element metode , finite volumen metode , finite difference metode osv.).
Moderne ingeniøranalysesystemer (eller ingeniørberegningsautomatiseringssystemer) (CAE) bruges i forbindelse med CAD-systemer (ofte integreret i dem, i hvilket tilfælde hybrid CAD/CAE-systemer opnås).
CAE-systemer er en række softwareprodukter, der gør det muligt at bruge beregningsmetoder (finite element-metode, finite difference-metode, finite volume-metode) til at evaluere, hvordan en computermodel af et produkt vil opføre sig under virkelige driftsforhold. De er med til at sikre, at produktet virker, uden at bruge en masse tid og penge.
På russisk er der et udtryk CAD , som betyder CAD / CAM / CAE / PDM .
Historien om udviklingen af CAD/CAM/CAE-systemmarkedet kan ret betinget opdeles i tre hovedfaser, som hver varede ca. 10 år.
Den første fase begyndte i 1970'erne . I løbet af det blev der opnået en række videnskabelige og praktiske resultater, som beviste den grundlæggende mulighed for at designe komplekse industrielle produkter. I løbet af den anden fase ( 1980'erne ) dukkede CAD/CAM/CAE-systemer til masseanvendelse op og begyndte at sprede sig hurtigt. Den tredje fase af markedsudviklingen (fra 1990'erne til i dag) er karakteriseret ved forbedring af funktionaliteten af CAD/CAM/CAE-systemer og deres videre distribution i højteknologiske industrier (hvor de bedst har demonstreret deres effektivitet).
I den indledende fase arbejdede brugere af CAD/CAM/CAE-systemer på grafiske terminaler knyttet til mainframes fremstillet af IBM og Control Data , eller DEC PDP-11 og Data General Nova minicomputere . De fleste af disse systemer blev tilbudt af firmaer, der solgte både hardware og software (i disse år var lederne af det pågældende marked Applicon , Auto-Trol Technology , Calma , Computervision og Intergraph ). Datidens mainframes havde en række væsentlige ulemper. For eksempel, når for mange brugere delte systemressourcer, steg belastningen på CPU'en til det punkt, at det blev svært at arbejde i interaktiv tilstand. Men på det tidspunkt havde brugere af CAD/CAM/CAE-systemer ikke andet at tilbyde end voluminøse computersystemer med ressourcedeling (efter fastsatte prioriteter), da mikroprocessorer stadig var meget uperfekte. Ifølge Dataquest kostede en enkelt CAD-systemlicens i begyndelsen af 1980'erne op til $90.000.
Udviklingen af applikationer til design af printkortskabeloner og mikrokredsløbslag muliggjorde fremkomsten af højt integrerede kredsløb (på grundlag af hvilke moderne højtydende computersystemer blev skabt). I løbet af 1980'erne skete der en gradvis overgang af CAD-systemer fra mainframes til personlige computere (pc'er). På det tidspunkt var pc'er hurtigere end multitasking-systemer og var billigere. I slutningen af 1980'erne faldt prisen på en CAD-licens til omkring $20.000, ifølge Dataquest.
I begyndelsen af 1980'erne skete der en stratificering af CAD-systemmarkedet i specialiserede sektorer. De elektriske og mekaniske CAD-segmenter er opdelt i ECAD- og MCAD-industrierne. Producenterne af arbejdsstationer til pc-baserede CAD-systemer divergerede også i to forskellige retninger:
Ydeevnen af PC CAD-systemer på det tidspunkt var begrænset af 16-bit adressering af Intel mikroprocessorer og MS-DOS . Som et resultat foretrak brugere, der skabte komplekse solide modeller og strukturer, at bruge Unix grafiske arbejdsstationer med 32-bit adressering og virtuel hukommelse til at køre ressourcekrævende applikationer.
I midten af 1980'erne var mulighederne for Motorola -arkitekturen fuldstændig udtømt. Baseret på det avancerede koncept med mikroprocessorarkitektur med et trunkeret RISC -instruktionssæt , blev der udviklet nye processorer til arbejdsstationer under Unix OS (for eksempel Sun SPARC ). RISC-arkitekturen har væsentligt forbedret ydeevnen af CAD-systemer.
Siden midten af 1990'erne har fremskridt inden for mikroteknologi gjort det muligt for Intel at reducere omkostningerne ved at fremstille sine transistorer ved at øge deres ydeevne. Som et resultat var der mulighed for succesfuld konkurrence mellem pc-baserede arbejdsstationer og RISC/Unix-arbejdsstationer. RISC/Unix-systemer var udbredt i 2. halvdel af 1990'erne, og deres position er stadig stærk i designsegmentet for integrerede kredsløb. Men nu dominerer Windows NT og Windows 2000 næsten fuldstændigt inden osv.områderne konstruktionsdesign og maskinteknik, design af printkortfor I årenes løb siden fremkomsten af CAD/CAM/CAE-systemer er omkostningerne ved en licens for dem faldet til flere tusinde dollars (for eksempel $ 6.000 for Pro/ Engineer ).
Hovedområderne for CAE inkluderer:
Generelt er der tre faser i ethvert computerstøttet designproblem:
Denne cyklus gentages, ofte mange gange, manuelt eller ved hjælp af optimeringssoftware.
CAE værktøjer er meget udbredt i bilindustrien . Faktisk har deres brug gjort det muligt for bilproducenter at reducere produktudviklingsomkostninger og -tid og samtidig forbedre sikkerheden, komforten og holdbarheden af de køretøjer, de producerer. CAE's forudsigelsesevne er nået til det punkt, hvor meget af designverifikationen nu udføres ved hjælp af computersimuleringer (diagnostik) snarere end fysisk test af prototypen. Pålideligheden af CAE er baseret på alle passende antagelser som input og bør identificere kritiske input. Selvom der er mange fremskridt inden for CAE, og metoden er meget brugt i udviklingsområdet, er fysisk test stadig nødvendig. Det bruges til at validere og opdatere modellen, til nøjagtigt at bestemme belastninger og grænsebetingelser og til at færdiggøre prototypen .
Selvom CAE har fået et stærkt ry som et validerings-, fejlfindings- og analyseværktøj, er der stadig en opfattelse af, at tilstrækkeligt nøjagtige resultater kommer ret sent i designcyklussen til virkelig at drive et projekt. Dette kan forventes at blive et problem, efterhånden som moderne produkter bliver mere komplekse. De inkorporerer intelligente systemer, hvilket fører til et øget behov for multifysisk analyse, herunder kontroller, og indeholder nye letvægtsmaterialer, som ingeniører ofte er mindre fortrolige med. Virksomheder og CAE-softwareleverandører leder konstant efter værktøjer og procesforbedringer for at ændre dette. For så vidt angår softwareproducenter, stræber de konstant efter at udvikle mere kraftfulde løsere, udnytte computerressourcer bedre og indarbejde ingeniørekspertise inden for for- og efterbehandling. På processiden forsøger de at opnå en bedre tilpasning mellem 3D CAE, 1D System Simulation og fysisk test. Dette skulle øge simuleringens realisme og beregningshastigheden. Derudover gøres der forsøg på bedre at integrere CAE i den overordnede produktlivscyklusstyring . Produktets design kan således relateres til produktets funktionalitet, hvilket er en forudsætning for smarte produkter. Denne avancerede ingeniørproces kaldes analytisk forecasting. [1] [2]