CAE ( computer-aided engineering ) je obecný název pro programy a softwarové balíky určené k řešení různých inženýrských problémů : výpočty, analýzy a simulace fyzikálních procesů. Vypočtená část balíků je nejčastěji založena na numerických metodách řešení diferenciálních rovnic (viz: metoda konečných prvků , metoda konečných objemů , metoda konečných diferencí atd.).
Moderní systémy inženýrské analýzy (nebo systémy automatizace inženýrských výpočtů) (CAE) se používají ve spojení se systémy CAD (často do nich integrovanými, v takovém případě se získají hybridní systémy CAD / CAE).
CAE systémy jsou různé softwarové produkty, které umožňují pomocí výpočtových metod (metoda konečných prvků, metoda konečných diferencí, metoda konečných objemů) vyhodnotit, jak se počítačový model výrobku bude chovat v reálných provozních podmínkách. Pomáhají zajistit, aby produkt fungoval, aniž by utrácel spoustu času a peněz.
V ruštině existuje výraz CAD , což znamená CAD / CAM / CAE / PDM .
Historii vývoje trhu CAD/CAM/CAE systémů lze spíše podmíněně rozdělit do tří hlavních etap, z nichž každá trvala přibližně 10 let.
První etapa začala v 70. letech 20. století . V jeho průběhu byla získána řada vědeckých i praktických výsledků, které prokázaly zásadní možnost navrhování složitých průmyslových výrobků. Během druhé etapy ( 80. léta 20. století ) se objevily a začaly se rychle šířit CAD/CAM/CAE systémy masové aplikace. Třetí etapa vývoje trhu (od 90. let do současnosti) je charakterizována zlepšováním funkčnosti CAD / CAM / CAE systémů a jejich další distribucí v high-tech odvětvích (kde nejlépe prokázaly svou efektivitu).
V počáteční fázi uživatelé CAD/CAM/CAE systémů pracovali na grafických terminálech připojených k sálovým počítačům vyráběným IBM a Control Data nebo minipočítači DEC PDP-11 a Data General Nova . Většinu těchto systémů nabízely firmy, které prodávaly hardware i software (v těchto letech byly lídry na daném trhu Applicon , Auto-Trol Technology , Calma , Computervision a Intergraph ). Tehdejší sálové počítače měly řadu významných nedostatků. Když například příliš mnoho uživatelů sdílelo systémové prostředky, zatížení CPU vzrostlo do té míry, že bylo obtížné pracovat v interaktivním režimu. Ale v té době neměli uživatelé systémů CAD / CAM / CAE co nabídnout, než objemné počítačové systémy se sdílením zdrojů (podle stanovených priorit), protože mikroprocesory byly stále velmi nedokonalé. Podle Dataquestu stála na počátku 80. let jedna licence CAD systému až 90 000 USD.
Rozvoj aplikací pro návrh šablon desek plošných spojů a vrstev mikroobvodů umožnil vznik vysoce integrovaných obvodů (na jejichž základě vznikly moderní výkonné počítačové systémy). Během 80. let 20. století došlo k postupnému přechodu CAD systémů ze sálových počítačů na osobní počítače (PC). V té době byly počítače rychlejší než multitaskingové systémy a byly levnější. Koncem 80. let klesly náklady na licenci CAD na přibližně 20 000 USD, uvádí Dataquest.
Na počátku 80. let došlo ke stratifikaci trhu CAD systémů do specializovaných sektorů. Elektrické a mechanické CAD segmenty se rozdělily na odvětví ECAD a MCAD. Výrobci pracovních stanic pro CAD systémy založené na PC se také rozcházeli ve dvou různých směrech:
Výkon PC CAD systémů v té době byl omezen 16bitovým adresováním mikroprocesorů Intel a MS-DOS . V důsledku toho uživatelé vytvářející komplexní pevné modely a struktury upřednostňovali použití unixových grafických pracovních stanic s 32bitovým adresováním a virtuální pamětí ke spouštění aplikací náročných na zdroje.
V polovině 80. let byly možnosti architektury Motorola zcela vyčerpány. Na základě pokročilého konceptu architektury mikroprocesorů s zkrácenou instrukční sadou RISC byly vyvinuty nové procesory pro pracovní stanice pod operačním systémem Unix (například Sun SPARC ). Architektura RISC výrazně zlepšila výkon CAD systémů.
Od poloviny 90. let umožnil pokrok v mikrotechnologii Intelu snížit náklady na výrobu svých tranzistorů zvýšením jejich výkonu. Výsledkem byla příležitost k úspěšné konkurenci mezi pracovními stanicemi na bázi PC a pracovními stanicemi RISC/Unix. Systémy RISC/Unix byly rozšířeny ve 2. polovině 90. let a jejich pozice je stále silná v segmentu designu integrovaných obvodů. Nyní však Windows NT a Windows 2000 téměř zcela dominují atd.oblastech konstrukčního návrhu a strojírenství, návrhu desek plošných spojův V průběhu let od příchodu systémů CAD / CAM / CAE se náklady na jejich licenci snížily na několik tisíc dolarů (například 6 000 $ pro Pro / Engineer ).
Mezi hlavní oblasti CAE patří:
Obecně existují tři fáze jakéhokoli počítačem podporovaného konstrukčního problému:
Tento cyklus se často opakuje ručně nebo pomocí optimalizačního softwaru.
CAE nástroje jsou velmi široce používány v automobilovém průmyslu . Ve skutečnosti jejich použití umožnilo výrobcům automobilů snížit náklady a čas na vývoj produktu a zároveň zlepšit bezpečnost, pohodlí a životnost vozidel, která vyrábějí. Prediktivní schopnost CAE pokročila do bodu, kdy se velká část ověřování návrhu nyní provádí pomocí počítačových simulací (diagnostiky) spíše než fyzického testování prototypu. Spolehlivost CAE je založena na všech vhodných předpokladech jako vstupech a měla by identifikovat kritické vstupy. Ačkoli existuje mnoho pokroků v CAE a metoda je široce používána v oblasti vývoje, fyzické testování je stále nutné. Používá se k ověření a aktualizaci modelu, k přesnému určení zatížení a okrajových podmínek ak dokončení prototypu .
I když si CAE získalo silnou reputaci jako nástroj pro ověřování, řešení problémů a analýzu, stále existuje názor, že dostatečně přesné výsledky přicházejí v cyklu návrhu poměrně pozdě na to, aby skutečně řídily projekt. Lze očekávat, že se to stane problémem, protože moderní produkty se stávají složitějšími. Zahrnují inteligentní systémy, což vede ke zvýšení potřeby multifyzikální analýzy včetně ovládacích prvků, a obsahují nové lehké materiály, se kterými jsou inženýři často méně obeznámeni. Společnosti a dodavatelé softwaru CAE neustále hledají nástroje a vylepšení procesů, jak to změnit. Pokud jde o výrobce softwaru, neustále se snaží vyvíjet výkonnější řešiče, lépe využívat počítačové zdroje a začleňovat inženýrské znalosti do pre- a post-processingu. Na straně procesu se snaží dosáhnout lepšího sladění mezi 3D CAE, 1D simulací systému a fyzickým testováním. To by mělo zvýšit realističnost simulace a rychlost výpočtu. Kromě toho se podnikají pokusy o lepší integraci CAE do celkového řízení životního cyklu produktu . Design produktu tedy může souviset s funkčností produktu, což je předpoklad pro chytré produkty. Tento pokročilý inženýrský proces se nazývá analytické prognózování. [1] [2]