计算机辅助工程和现代化生产

CAE初学者

　　我们今天正处在以计算机的普及、应用为起点的高科技时代，即信息经济时代。这一经济时代的生产特点是：生产手段上采用了机械、电子和智能等方面的高新技术，产品的科技信息含量高;生产过程高度自动化、集成化、和柔性化，目的是为了适应多品种、小批量、甚至可以定制的市场需求，因此，生产形式必须富有集成性和柔性(灵活性、适应性、易变性)，甚至带有虚拟性(即所谓虚拟企业);作业一体化，带有团队作业的性质;管理上采用网络管理的形式。在这样的生产方式的要求下，计算机在生产中的应用愈来愈具有重要的作用，如计算机辅助设计(CAD)，计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助制造(CAM)。
　　所谓计算机辅助工程即CAE，实际上就是指在计算机上利用相应的计算机分析软件进行的分析计算，如静应力、动应力和温度应力计算，各种载荷作用下的变形计算，振动频率和振动模态的计算，温度计算，甚至高速冲击产生的应力波计算，等等。
　　在实现设计自动化的过程中，人们往往重视计算机辅助设计(CAD)，而忽略了计算机辅助工程。或者说，人们一般对于计算机辅助设计和辅助制造比较了解，但是对计算机辅助工程在现代化生产过程中的作用比较生疏。因此，着重介绍一下在现代化(信息化)的生产过程中，CAE究竟扮演了什么角色，可以起到什么样的作用，是很必要的。
　　传统的生产方式是，产品开发人员先根据销售人员进行市场需求调查的结果，在头脑中进行构思，然后在纸面上进行设计出用户所需求的产品，当然在设计时也要考虑到产品的材料、工艺性和维修性以及成本;产品生产人员再按照纸面设计进行工艺准备，做出样机，然后进行(各种使用环境下的)功能试验、可靠性试验和寿命试验。如果出现问题或不满足预定设计要求的情况，就要修改设计，然后再从头开始。这样，一方面把产品从开始设计到正式投放市场的周期拉得很长，从而痛失良机，二是增加了开发成本(也就是增加了产品的价格或减少了利润)，甚至丧失了市场。
　　现代化(计算机化)的生产过程则不然。现代化和智能化生产的最终目的，是要以最快的速度和最低的成本，生产出质量和功能最优的、符合国际和国家标准的、不仅可满足尽可能多的用户需求、而且也可以生产出专门为满足个别用户特殊需求而研制的产品。首先，设计人员可以通过网络了解(调查)市场需求，同样地通过网络了解已有的同类产品在使用过程中经常出现的故障和弊端，以及用户的反映;在此基础上提出新的设计方案，并通过CAD软件将这一设计方案图形化。分析人员可以根据图形化的设计方案通过CAE软件的前处理功能将图形方案数据化，并使用CAE中的相关软件进行快速的精确分析，分析结果不仅可以是数据(数字)结果，而且可以通过CAE的后处理功能将这一数字结果图形化，无论是静止的还是动化的图形，以及应力、位移和温度等的分布图形。实际上，这一后处理的过程，就是计算机仿真或计算机试验(实验)。
　　最早研制的用于实际产品设计的商业软件恐怕是始于60年代美国NASA为完成登月计划而专门开发的分析程序了，也就是NASTRAN分析软件，后来科技不断发展到今天已经开发了无以数计的各种各样的分析软件，时至今天，分析软件的种类已经日趋集中，而分析的功能则更加强大。不仅能够分析一般的静应力和动应力，而且可以分析温度场和温度应力、冲击应力等等。有些分析软件的功能已经扩大到电学和声学等领域。元计算科技发展公司研制的FELAC软件就是其中之一，其产品被广泛应用于各个行业的工程仿真分析，包括国防，航空航天，机械制造，汽车，船舶，兵器，电子，铁道，石化，能源，材料工程，科学研究及大专院校等各个工业领域，
　　显而易见，随着分析软件以及相应的前、后处理软件功能的不断增强，CAE在现代化生产中的作用，无论是缩短研制周期、降低成本、提高产品质量，还是提升产品的市场占有率，满足多种用户的需求，都是不能低估的。