1 / CAE là gì ?
CAE đã được viết tắt của Computer-Aided Engineering là việc sử dụng các phần mềm máy tính để mô phỏng hoạt động để cải thiện thiết kế sản phẩm hoặc hỗ trợ trong việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật cho một loạt các ngành công nghiệp. Điều này bao gồm mô phỏng, xác nhận, và tối ưu hóa các sản phẩm, quy trình , và công cụ sản xuất. Trong tương lai, hệ thống CAE cũng sẽ là dụng cụ chính cung ứng thông tin để giúp các nhà thiết kế trong quy trình đưa ra quyết định.
Hiện nay, với sự tiến bộ chưa ngừng nghỉ của Khoa học – Kỹ thuật, việc ứng dụng các phần mềm máy tính hỗ trợ các lĩnh vực ngành nghề ngày càng phổ biến. Đặc biệt, đối với khối ngành kỹ thuật cơ khí, xây dựng… tính chất công việc đòi hỏi phải làm việc với những mô hình phức tạp trên thực tế, với những số liệu chưa thể xử lý chỉ bằng phương pháp truyền thống hay máy tính thông thường, do đó, cần một phần mềm trợ giúp xử lý số liệu, hình ảnh, tính toán cho kết quả nhanh , và chính xác nhất nhằm trợ giúp người kỹ sư, giúp cho tiết kiệm đã được thời gian, , nâng nao hiệu suất, năng suất và hiệu quả nhất thực hiện việc.Nếu CAD (Computer Aided Design) chính là phần mềm đã được dùng để thiết kế các chi tiết, sản phẩm theo định dạng 2D hoặc 3D, thì CAE (Computer Aided Engineering) có thể đã được hiểu chính là quy trình tiếp nối theo sau CAD. Đó chính là việc sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng hoạt động , phân tích ứng xử của sản phẩm, đến từ đó có hướng điều chỉnh để sản phẩm được tối ưu hơn. CAE sẽ chính là nguồn cung ứng thông tin chủ yếu hỗ trợ người kỹ sư, người thiết kế đưa ra quyết định giải quyết vấn đề đặt ra.Trong CAE người ta sử dụng 3 công cụ giải tích chính là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method – FEM), phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method – FDM) và phương pháp phần tử biên (Boundary Element Method- BEM). Vì vậy, việc xây dựng quá trình mô phỏng và phân tích đòi hỏi người sử dụng có một nền tảng kiến thức về cơ khí, vật lý số 1 định (ví dụ: lực, ứng lực, ứng suất, biến dạng,…)
2 / Ứng dụng của CAE trong kỹ thuật
Phân tích động lực học các thành phần của bộ phận lắp ráp bằng cách phân tích phần tử hữu hạn FEA (finite element analysis)Phân tích nhiệt và chất lỏng sử dụng động lực học chất lỏng CFD (computational fluid dynamics)Phân tích chuyển động và động lực học của cơ cấu máy mócMô phỏng hệ thống cơ điện tử, thiết kế hệ thống cơ điện tử đa miền.Phân tích hệ thống điều khiểnMô phỏng các quy trình sản xuất như đúc và dậpTối ưu hóa các sản phẩm hoặc quy trình
2.1 / Phân tích cụ thể bằng biện pháp thành phần hữu hạn
Bằng cách chia nhỏ chi tiết thành nhiều phần tử, khi tính toán cho ra kết quả chuẩn xác nhất, đặc biệt ở các chi tiết có bề mặt phức tạp. Việc này giúp cho người kỹ sư biết đã được ứng xử cơ học của chúng khi ở các trạng thái nhất định.
CAE là gì? Những ứng dụng trong kỹ thuật
2.2 / Phân tích dòng chảy , truyền nhiệt ( CFD ) .
Bài toán nghiên cứu , phân tích lưu chất nhằm mục đích xác lập tốc độ, áp suất, thông số truyền nhiệt của dòng chất lỏng trong mẫu sản phẩm. Đây là một biện pháp đã được ứng dụng rất nhiều trong những nghành, điều tra , điều tra thực tiễn như : thiết kế xây dựng những khu công trình đập thủy điện, phong cách thiết kế những mạng lưới hệ thống thông gió, khảo sát khí tượng, cũng như thử nghiệm những phương tiện đi lại, khí tài quân sự chiến lược – trinh thám, điều tra những dòng chảy của vật tư trong khuôn, … Giúp nhìn nhận đã được những tác động tác động của những yếu tố ngoại cảnh ( thực tiễn ) lên những đối tượng người dùng nghiên cứu . Đối với bài toán nhiệt, bằng những tài liệu điều tra và phân tích và đo lường , thống kê, những kỹ sư CAE hoàn toàn có thể trấn áp và nhìn nhận được những quy trình tương tác và trao đổi nhiệt trong những mẫu sản phẩm nhu yếu độ đúng chuẩn cao như những bộ vi mạch, chip giải quyết và xử lý trong những bo mạch, nhưng quan trọng là phát hiện kịp thời những lỗi phong cách thiết kế để hạn chế gây thiệt hại khi sản xuất hàng loạt .
2.3 / Phân tích động học những cơ cấu tổ chức
Hoạt động này giúp cho mô phỏng hoạt động của cơ cấu tổ chức những cụ thể, khám phá ứng xử của cụ thể trên nhu yếu của điều kiện kèm theo thao tác. Từ đó, chỉ ra sai sót trong phong cách thiết kế , tìm hướng khắc phục, giảm thiểu thời hạn thử nghiệm thực tế , và phát sinh lỗi kỹ thuật trong thời hạn quản lý , vận hành .
Các bài toán thường gặp:
Các bài toán về va chạm.Đánh giá độ an toàn cho người sử dụng.Mô phỏng vật rơi tự do.
Đây là một trong những chìa khóa quan trọng trong sự thành công xuất sắc của những tên thương hiệu xe xe hơi nổi tiếng ở trên quốc tế như : Ford, Tesla, BMW, Ferrari, Volkswagen, Audi, … với tiêu chuẩn đảm bảo an toàn , và chất lượng của mẫu sản phẩm đã tạo nên tên tuổi cho những ông trùm trong ngành này .
2.4 / Mô phỏng những quá trình công nghệ tiên tiến như đúc, dập …
Áp dụng công cụ CAE vào tiến trình đầu của quá trình phong cách thiết kế khuôn đúc ( hoặc dập ) giúp cho người mua hoàn toàn có thể :
Đánh giá, chọn lựa phương án tối ưu số 1 cho quy trình sản xuấtRút ngắn quá trình tinh chỉnh khuôn thử nghiệmDự đoán các khuyết tật, đặc biệt chính là độ co ngót của kim các loại trước khi quy trình sản xuất bắt đâù , và đưa ra biện pháp khắc phục kịp thời.Nâng cao tỷ lệ thành phẩm, giảm tỷ lệ phế phẩm.
3 / Những quyền lợi khi sử dụng CAE
Thiết kế có thể được đánh giá , và hoàn thiện chỉ bằng sử dụng mô phỏng máy tính hơn chính là mẫu thử nghiệm vật lý, tiết kiệm tiền bạc , thời gian.CAE có thể cung cấp những thông tin trước đó khi quy trình đã được triển khai, thực hiện cho thay đổi thiết kế ít tốn kém hơn.CAE giúp cho các nhóm kỹ thuật quản lý rủi ro và hiểu được ý nghĩa làm các thiết kế của họ.Tỉ lệ sản phẩm bảo hành giảm xuống bằng cách xác định , và loại bỏ các vấn đề tiềm năng.Khi kết hợp phù hợp vào phát triển sản phẩm và sản xuất, CAE có thể cho phép giải quyết vấn đề trước đó, có thể làm giảm đáng kể các chi phí liên quan đến sản phẩm.
4 / So sánh giữa CAD, CAM , và CAE
Nhiều năm trở lại đây, nhiều ứng dụng sinh ra , và tăng cấp để giúp cho cho con người tiết kiệm chi phí thời hạn trong việc phong cách thiết kế, đo lường , và thống kê, sản xuất nhằm mục đích tăng hiệu suất lao động. Có những ứng dụng tích hợp của CAD / CAM / CAE nhằm mục đích giúp cho cho con người thuận tiện hơn trong việc sử dụng. Nhưng đồng thời cũng làm cho tất cả chúng ta khó phân biệt được sự khác nhau giữa chúng . CAD chính là gì ? CAE chính là gì ? CAM là gì ? Những ứng dụng này là gì và chúng khác nhau như thế nào ? Điều tiên phong cần biết về cả ba mạng lưới hệ thống này chính là hai vần âm tiên phong trong mỗi chữ viết tắt. “ CA ” là viết tắt của Computer-Aided, có nghĩa chính là cả ba mạng lưới hệ thống đều được gây ra để giúp cho người dùng đạt đã được tiềm năng của mình nhanh hơn bằng cách sử dụng sức mạnh của máy tính để giải quyết , xử lý. Chữ cái ở đầu cuối cho CAD là Thiết kế ( Design ), cho CAE là Kỹ thuật ( Engineering ), , cho CAM, là Sản xuất ( Manufacturing ). Đây là những chương trình ứng dụng kỹ thuật , sản xuất. Mỗi cái trong số chúng đều có những ứng dụng riêng .
Ví dụ: Để sản xuất một chiếc xe ôtô thì CAD sẽ chịu trách nhiệm phần thiết kế của xe ( kiểu dáng, kích thước của xe.. ) CAE sẽ tính toán phần kỹ thuật của xe ( tính toán độ lực, va chạm.. ) , và CAM cũng sẽ chịu trách nhiệm sản xuất, đưa sản phẩm ra thực tế.
5 / Nhận xét về ưu , và điểm yếu kém của CAE
ƯU ĐIỂM
Có thể kiểm tra tính năng , nâng cao chất lượng sản phẩm dẫn đến việc giảm chi phí giá cả của quy trình R&D và thời gian cung cấp sản phẩm ra thị trường.Nhờ vào việc dễ dàng kiểm tra chi tiết các đại lượng vật lý như trường ứng suất, biến dạng, áp suất, nhiệt độ, lực, v.v. giúp cho mọi người có nhiều ý tưởng độc đáo, sáng tạo cho bản thiết kế.Đối với các hiện tượng vật lý khó , chưa thể quan sát, kiểm tra, thực hiện thí nghiệm bằng phương pháp thông thường, thì CAE sẽ giúp mọi người dể dàng quan sát.Hầu như ngày nay, kết quả CAE còn đã được xem là tài liệu kỹ thuật cơ bản dùng trong thuyết trình ý tưởng , và thuyết thục đối tác cũng như khác hàng.
NHƯỢC ĐIỂM
Vì hầu hết phần mềm CAE dùng phương pháp tính toán sai số, cho nên kết quả không thể 100% như thực tế, nhưng sẽ hữu ích khi so sánh tương đối.Vì kết quả CAE phụ thuộc vào cách chia lưới, áp đặt điều kiện biên, v.v. nên độ chính xác và tin cậy phụ thuộc vào kinh nghiệm, kiến thức của người sử dụng