Tietokoneavusteinen suunnittelu (CAE)

Tietokoneavusteista suunnittelua on käytetty menestyksekkäästi tuotesuunnittelussa vuosikymmenien ajan. Tämän lisäksi kehitettiin jatkuvasti sekä korkean tarkkuuden mallinnusmenetelmiä että käytännöllisempiä, joiden avulla voit saada riittävän tarkkoja tuloksia nopeammin. Nykyään insinöörit voivat ja heidän on valittava heidän tarpeisiinsa parhaiten sopivan tarkkuustason vastatakseen suunnittelukysymyksiin pienellä laskennallisella vaivalla. Tarkkuustaso vaihtelee korkean tarkkuuden mallinnustekniikoista, jotka mahdollistavat todellisen käyttäytymisen ennustamisen muutamassa prosentissa tai jopa vähemmän nopeisiin menetelmiin, jotka mahdollistavat nopeat trendiennusteet.

Tänään, tällä perusteella CAE-työkalujen sertifiointi- ja todentamisprosessit ovat vakiintuneet. Ne ovat edelleen kriittinen osa CAE: n edistymistä, sen luotettavuutta ja luottamusta digitaalisiin kaksosiin ja sen perustamiseen uusille alueille. Vaikka ennakoiva simulointi vähentää jatkuvasti kalliiden mittausten ja prototyyppien tarvetta, se vaatii edelleen tiukkoja CAE-menetelmiä ja parhaiden käytäntöjen validointia kokeilun avulla.

CAE: n oppiminen vaatii aikaa, omistautumista, perusteellista tutkimusta ja harjoittelua. On tärkeää ymmärtää toimialueen taustalla oleva perusfysiikka, ymmärtää numeeriset menetelmät ja niiden rajoitukset sekä harjoitella todellisten CAE-ohjelmistotyökalujen käytännön käyttöä. Automaation, kasvavan laskentatehon ja nykyaikaisten CAE-ohjelmistojen käyttöliittymien jatkuvan parantamisen ansiosta korkean tarkkuuden CAE-ohjelmistojen esteet vähenevät edelleen kaikilla käyttäjätasoilla - siirtämällä soveltamisalaa tulosten tutkimiseen ja simulaatioon perustuvien päätösten tekemiseen. Lisäksi on kriittistä ymmärtää fyysinen perustavanlaatuinen dynamiikka tulosten arvioimiseksi ja mielekkäiden teknisten päätösten tekemiseksi CAE-tulosten perusteella.

CAE-ohjelmistoa käytetään monenlaisissa teknisissä sovelluksissa aina, kun on tarpeen ymmärtää tai ennustaa, miten erilaiset fysiikat vaikuttavat tuotesuunnittelun tai järjestelmän suorituskykyyn. Teollisuuden tuotekehityksessä tietokoneavusteinen suunnittelu on edennyt simuloimaan monifysiikan käyttäytymistä monimutkaisissa geometrioissa, mikä antaa yrityksille mahdollisuuden ymmärtää ja optimoida tuotesuunnittelunsa käytännössä ennen prototyypin rakentamista.

Toimialoja, joissa tietokoneavusteista suunnittelua käytetään laajalti, ovat:

• Ilmailu
• Autoteollisuus
• Kuluttajatuotteet
• Merenkulku (alusten suunnittelu, käyttövoimajärjestelmät, moottorisuunnittelu)
• Elektroniikka
• Energia (ydinvoima, öljy ja kaasu, sähköntuotanto)
• Rakennuspalvelut
• Biotieteet
• Turbokoneet
• Urheilu
• Muut yleiset sovellukset, joihin kuuluvat rakenteet, värähtelyt, sähkömagneettiset ominaisuudet, ääni, lämpö ja nestevirtaus

CAD on tietokoneohjelmien käyttö fyysisten objektien kahden- tai kolmiulotteisten (2D tai 3D) graafisten esitysten luomiseen, muokkaamiseen, analysointiin ja dokumentointiin vaihtoehtona manuaalisille luonnoksille ja tuoteprototyypeille. CAD keskittyy vain osan tai tuotteen geometriaan.

Tietokoneavusteinen suunnittelu on todella seuraava askel kehitysprosessissa, ja sen avulla insinöörit voivat simuloida CAD:ssä määriteltyä osaa tai tuotetta ymmärtääkseen, toimiiko suunnittelu odotetulla tavalla vaatimusten täyttämiseksi. CAD-tiedot syöttävät CAE-prosessia, jossa CAE-työkaluja käyttävät insinöörit luovat simulaatiomallin CAD: ssä määriteltyyn geometriaan perustuvan simulaatiomallin. Simulaation tulokset kertovat insinööreille, täyttääkö suunnittelu vaatimukset vai epäonnistuu, ja keksivät ideoita suunnittelun muuttamiseksi suorituskyvyn parantamiseksi.

CAD yhdessä CAE: n kanssa on iteratiivinen prosessi, jonka avulla suunnittelutiimit voivat kehittää innovatiivisia uusia tuotteita nopeammin lyhyemmässä ajassa kuin fyysiset testausmenetelmät, jotka perustuvat todellisten prototyyppien rakentamiseen.