cae的意義

1、計(jì)算機(jī)輔助工程（ComputerAidedEngineering）和現(xiàn)代化生產(chǎn)龔堯南，錢純北京航空航天大學(xué)當(dāng)前，人們非常關(guān)心并且常常議論的話題之一，就是本世紀(jì)或本世紀(jì)初的科技發(fā)展和科教興國問題；特別是，新世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)模式和工業(yè)技術(shù)將怎樣發(fā)展。本文旨在介紹計(jì)算機(jī)輔助工程在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)中的地位和作用。我們今天正處在以計(jì)算機(jī)的普及、應(yīng)用為起點(diǎn)的高科技時(shí)代，即信息經(jīng)濟(jì)時(shí)代。這一經(jīng)濟(jì)時(shí)代的生產(chǎn)特點(diǎn)是：生產(chǎn)手段上采用了機(jī)械、電子和智能等方面的高

2、新技術(shù)，產(chǎn)品的科技信息含量高；生產(chǎn)過程高度自動化、集成化、和柔性化，目的是為了適應(yīng)多品種、小批量、甚至可以定制的市場需求，因此，生產(chǎn)形式必須富有集成性和柔性（靈活性、適應(yīng)性、易變性），甚至帶有虛擬性（即所謂虛擬企業(yè)）；作業(yè)一體化，帶有團(tuán)隊(duì)作業(yè)的性質(zhì)；管理上采用網(wǎng)絡(luò)管理的形式。在這樣的生產(chǎn)方式的要求下，計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)中的應(yīng)用愈來愈具有重要的作用，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）。早在1991年，

3、美國的“國家關(guān)鍵技術(shù)委員會”就向美國國會和總統(tǒng)遞交了一份報(bào)告，明確指出，美國當(dāng)時(shí)面臨的挑戰(zhàn)其主要方面已不再是軍事的需要，而是經(jīng)濟(jì)上的激烈競爭，并且提出了22項(xiàng)應(yīng)優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，其中包括柔性制造系統(tǒng)，智能加工設(shè)備，系統(tǒng)管理技術(shù)，高性能計(jì)算與聯(lián)網(wǎng)，計(jì)算機(jī)仿真與建模，等等。1992年，美國國防部國防研究與工程署也提出了11項(xiàng)核心技術(shù)領(lǐng)域，“設(shè)計(jì)自動化”就是其中之一。提起設(shè)計(jì)自動化，人們馬上就會聯(lián)想到早已熟知的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

4、不僅是指強(qiáng)大的圖形繪制和設(shè)計(jì)功能，而且它所生成的數(shù)字化圖形數(shù)據(jù)，可以很方便地為后續(xù)工序所采用，如提供給結(jié)構(gòu)分析部門進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜力和動力強(qiáng)度分析，提供給制造工藝部門用以設(shè)計(jì)工、夾具，繪制模線，生產(chǎn)樣板等等。計(jì)算機(jī)輔助制造就是利用CAD在設(shè)計(jì)過程中所生成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并使用由計(jì)算機(jī)控制的自動化的制造設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)的。那么，計(jì)算機(jī)輔助工程CAE在高科技時(shí)代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程中又究竟處于什么樣的位置、起到什么樣的作用呢？所謂計(jì)算機(jī)輔助工程即CAE

5、，實(shí)際上就是指在計(jì)算機(jī)上利用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行的分析計(jì)算，如靜應(yīng)力、動應(yīng)力和溫度應(yīng)力計(jì)算，各種載荷作用下的變形計(jì)算，振動頻率和振動模態(tài)的計(jì)算，溫度計(jì)算，甚至高速沖擊產(chǎn)生的應(yīng)力波計(jì)算，等等。在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動化的過程中，人們往往重視計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），而忽略了計(jì)算機(jī)輔助工程?；蛘哒f，人們一般對于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造比較了解，但是對計(jì)算機(jī)輔助工程在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中的作用比較生疏。因此，著重介紹一下在現(xiàn)代化（信息化）的生產(chǎn)過程中，

6、CAE究竟扮演了什么角色，可以起到什么樣的作用，是很必要的。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是，產(chǎn)品開發(fā)人員先根據(jù)銷售人員進(jìn)行市場需求調(diào)查的結(jié)果，在頭腦中進(jìn)行構(gòu)思，然后在紙面上進(jìn)行設(shè)計(jì)出用戶所需求的產(chǎn)品，當(dāng)然在設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮到產(chǎn)品的材料、工藝性和維修性以及成本；產(chǎn)品生產(chǎn)人員再按照紙面設(shè)計(jì)進(jìn)行工藝準(zhǔn)備，做出樣機(jī)，然后進(jìn)行（各種使用環(huán)境下的）功能試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)。如果出現(xiàn)問題或不滿足預(yù)定設(shè)計(jì)要求的情況，就要修改設(shè)計(jì)，然后再從頭開始。這樣，一方面把產(chǎn)

7、品從開始設(shè)計(jì)到正式投放市場的周期拉得很長，從而痛失良機(jī)，二是增加了開發(fā)成本（也就是增加了產(chǎn)品的價(jià)格或減少了利潤），甚至喪失了市場。現(xiàn)代化（計(jì)算機(jī)化）的生產(chǎn)過程則不然?，F(xiàn)代化和智能化生產(chǎn)的最終目的，是要以最快的速度和最低的成本，生產(chǎn)出質(zhì)量和功能最優(yōu)的、符合國際和國家標(biāo)準(zhǔn)的、不僅可滿足盡可能多的用戶需求、而且也可以生產(chǎn)出專門為滿足個(gè)別用戶特殊需求而研制的產(chǎn)品。首先，設(shè)計(jì)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)了解（調(diào)查）市場需求，同樣地通過網(wǎng)絡(luò)了解已有的同類產(chǎn)品在

8、使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的故障和弊端，以及用戶的反映；在此基礎(chǔ)上提出新的設(shè)計(jì)方案，并通過CAD軟件將這一設(shè)計(jì)方案圖形化。分析人員可以根據(jù)圖形化的設(shè)計(jì)方案通過CAE軟件的前處理功能將圖形方案數(shù)據(jù)化，并使用CAE中的相關(guān)軟件進(jìn)行快速的精確分析，分析結(jié)果不僅可以是數(shù)據(jù)（數(shù)字）結(jié)果，而且可以通過CAE的后處理功能將這一數(shù)字結(jié)果圖形化，無論是靜止的還是動化的圖形，以及應(yīng)力、位移和溫度等的分布圖形。實(shí)際上，這一后處理的過程，就是計(jì)算機(jī)仿真或計(jì)算機(jī)試驗(yàn)（實(shí)

9、驗(yàn)）。最早研制的用于實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)的商業(yè)軟件恐怕是始于60年代美國NASA為完成登月計(jì)劃而專門開發(fā)的分析程序了，它也就是后來聞名于世的NASTRAN分析軟件，后來相繼出現(xiàn)了SAP，ADINA等等分析軟件，到今天已經(jīng)開發(fā)了無以數(shù)計(jì)的各種各樣的分析軟件，如MSC.MarcMSC.DytranMSC.Fatigue這些分析軟件，絕大多數(shù)是以有限元素法作為分析的理論基礎(chǔ)的，雖然后來也曾出現(xiàn)過一些特殊的、例如以邊界元素法、等參元法和其它特殊理論為基

10、礎(chǔ)的分析軟件，但時(shí)至今天，分析軟件的種類已經(jīng)日趨集中，而分析的功能則更加強(qiáng)大。不僅能夠分析一般的靜應(yīng)力和動應(yīng)力，而且可以分析溫度場和溫度應(yīng)力、沖擊應(yīng)力等等。有些分析軟件的功能已經(jīng)擴(kuò)大到電學(xué)和聲學(xué)等領(lǐng)域。MSC.Software公司作為CAE領(lǐng)域最大的工程校驗(yàn)，有限元分析和計(jì)算機(jī)仿真預(yù)測應(yīng)用軟件供應(yīng)商，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的工程仿真分析，包括國防，航空航天，機(jī)械制造，汽車，船舶，兵器，電子，鐵道，石化，能源，材料工程，科學(xué)研究及大專