- 相關推薦
試析先進制造技術CAE的發展及集成化發展的必要性
論文摘要：計算機輔助工程(CAE)，從字面講它包括工程和制造業信息化的所有方面。但是傳統的CAE主要指用計算機對工程和產品的功能、性能與安全可靠性進行計算、優化設計，對未來的工作狀態和運行行為進行模擬仿真，及早發現設計缺隕，改進和優化設計方案，證實未來工程/產品的可用性與可靠性。
論文關鍵詞：CAE;集成化;發展
計算機輔助工程(CAE)軟件是迅速發展中的計算力學、計算數學、相關的工程科學、工程管理學與現代計算機科學和技術相結合，而形成的一種綜合性、知識密集型信息產品。CAE與CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP軟件一起，已經成為企業家和工程師們實現工程/產品創新的得力助手和有效工具。同時，也已成為專家、教授進行研究重要手段。
一、CAE的發展
CAE的理論基礎起源于20世紀40年代，1943年數學家首先涉及有限元分析領域，但由于手工計算的限制，直到1960年以后，隨著電子計算機的廣泛應用和發展，有限元技術依靠數值計算方法，才迅速發展起來。
隨著計算機的迅猛發展，70年代到80年代初，國外的CAE技術得以蓬勃發展。有限元分析技術在結構分析和場分析領域獲得了很大的成功，出現了許多著名的分析軟件如Nastran，I-DEAS等，此時的CAE主要在航空、航天、軍事等幾個領域中被使用。上世紀90年代是CAE技術的成熟壯大時期。大量的CAE軟件的涌現，使CAE技術幾乎遍及所有的制造業，CAE已經成為支持工程行業和制造企業信息化的重要技術。
CAE在提高工程/產品的設計質量，降低研究開發成本，縮短開發周期方面發揮了重要作用，成為實現工程/產品創新的支撐技術。主要體現在：
(一)CAE功能不斷擴充，實現多結構耦合析，實現多物理場耦合分析，多尺度耦合分析，以及結構、構件及其材料的一體化設計計算與模擬仿真。
(二)基于Internet/Intranet的CAD(計算機輔助設計)/CAE(計算機輔助工程)/CAM(計算機輔助制造)/CAPP(計算機輔助工藝設計)/PDM(產品數據管理)/ERP(企業資源計劃)的集成化、網絡化、智能化。
所謂CAD/CAM集成是指在CAD、CAE、CAPP、CAM各模塊之間有關信息的自動傳遞和轉換。集成化的CAD/CAM系統借助于公共的工程數據庫、網絡通信技術、以及標準格式的中性文件接口，把分散于機型各異的計算機中的CAD/CAM模塊高效地集成起來，實現軟、硬件資源共享，保證系統內信息的流動暢通無阻。
二、CAE應用中存在的問題
目前，在CAE應用中存在以下亟待解決的問題：
(一)標準化
俗話說，國有國法，行有行規。在這個工業時代，標準化就是工業生產的行規。而隨著CAE技術在我國各行各業普及和應用的發展，確保CAE技術應用的標準化和規范化，便成為了迫在眉睫的事情。目前CAE的管理存在著以下幾個不足，其主要表現在：
1、軟件方面近年來，CAE軟件開發成為商家的一塊新蛋糕，市場上CAE軟件各式各樣，其性能的優劣卻是參差不齊。多數企業在應用CAE技術方面面對林林總總的軟件無從選擇，急需規范CAE軟件上市的準入門檻。
2、缺乏對CAE技術人才的培訓和從業資格的認證。各行各業都有自己的資格認證考試，以此來規范和引導從業人員掌握相關技術及規范知識。建筑行業有建造師、監理工程師，學校有教師資格證，打官司要有律師，可是像CAE這樣跨行業的新型學科卻沒有相關的規定，企業只能是跟著感覺走。
3、缺乏對不同行業CAE技術正確合理應用的技術指導�？傊�，隨著CAE技術的普及與發展，制定CAE行業標準也迫在眉睫。不可否認，由于CAE技術應用的多樣化與復雜化，要制定適用于所有行業的CAE技術應用標準規范是有一定難度的，甚至是不可能的。但是，如果分散開來，依據不同的行業特點，制定具體行業的CAE標準規范，如重機制造行業、汽車行業、建筑行業等等，這樣操作起來應該比較容易，也會比較有針對性。
(二)與CAD協同，消除數據交換障礙
長久以來CAD軟件、CAE軟件都是單兵作戰，數據交換障礙很難得到消除。我們希望能在一個統一的環境下直接讀入各種CAD軟件的零件模型，并在這一環境下實現任意模型裝配和CAE分析，整合相同或不同CAD軟件模型數據就能得到CAE分析用的CAD模型庫，這些模型庫中保留了CAD中的設計參數，并通過連接技術實現與CAD軟件之間的共享，其優點是任何CAD和CAE人員對設計的改變都能立即反映到對方軟件環境中，從而實現設計-仿真的同步協調。只有真正消除了數據間的交換障礙，才能真正發揮出CAE軟件的強大功能。
(三)網絡化
計算機支持的協同工作的出現，為異地協同設計提供了環境支持，傳統的CAD/CAE/CAM技術也在向網絡化方向發展。隨著產品設計的復雜化及互聯網通信技術的日趨成熟，傳統的順序設計方式顯然已經過時，很難適應市場快速產品更新的競爭需求，企業各部門之間交互合作及數據共享，構建企業內部甚至企業之間的數字化設計交互虛擬平臺已不再只是概念化的問題，如何高效實現數據的同步及信息交互對提高產品的設計質量，縮短設計周期具有重要的現實意義。
(四)開放性
眾所周知，由于CAD技術和CAE技術的并行發展，使得在傳統意義上的CAD技術并不能實現和CAE技術的無縫對接。同時，根據虛擬仿真的對象、計算方法、物理場、應用行業等不同維度，CAE技術可以細分出很多單元技術。許多單元技術應用于特定行業、特定問題的CAE產品，各個領域的虛擬仿真結果得出了局部的性能仿真和改進建議，但是，單元的CAE產品無法實現產品整體性能提升，只能解決局部優化問題，無法解決全局優化問題。這就需要新開發的CAE軟件必須具有開放性，要為其他軟件提供開放的平臺。
(五)數據和系統兼容性
對產品進行虛擬仿真涉及到十分復雜的流程，而應用單元的CAE產品，需要手工管理仿真流程，導致虛擬仿真的效率不高。同時，數據的接收和系統的兼容成為了CAE技術發展的一個瓶頸。如何實現虛擬仿真流程的自動化，創建完整的仿真流程模板，并且能夠根據各個學科仿真的需求動態調整網格模型，提供統一的接口，這對于提升CAE技術的使用效率和質量非常關鍵。
(六)良好的數據管理機制
在這個信息大爆炸的年代，如何在海量的信息中找到自己有用的信息成為一個難題。同樣，在CAE虛擬仿真的過程中，生成了大量的、不同類型的仿真文檔和數據。例如：同樣的產品模型，應用同樣的CAE軟件，但不同的分析工程師，由于知識和經驗的差異，給出不同的參數，就會產生不同的數據，從而分析出來的結果差異會很大。因此，如何有效管理仿真文檔，如何建立分析文檔與產品模型的對應關系，如何建立虛擬仿真規范和知識庫，實現對虛擬仿真知識的捕捉和重用，是CAE技術深化應用必須解決的問題。
三、現代集成制造系統
現代集成制造系統(CIMS)的內涵是借助計算機，把企業中與制造有關的各種技術系統地集成起來，進而提高企業適應市場競爭的能力。這個概念強調了兩個方面：
(一)企業的各個生產環節是不可分割的，需要統一安排組織
(二)產品制造過程實質上是信息采集、傳遞、加工處理的過程
CIMS是一種先進的制造思想，但是由于當時技術水平的限制，直到80年代初，這個思想才被制造領域重視并采用。近十余年來，在市場競爭的激勵與相關技術進步的推動下，CIMS在實踐中被不斷充實、完善與發展。從這個概念出發，經歷了信息集成、過程集成和企業集成的研究和實踐，我們提出了現代集成制造系統(ContemporaryIntegratedManufacturingSystem，CIMS)的概念。
四、我國的CIMS計劃
(一)信息集成
在企業內部實現信息正確、高速的共享和交換，是改善企業技術和管理水平必須首先解決的問題。信息集成對于提高企業的市場競爭力是有效的，但是直到現在實施信息集成的手段還比較落后。這使得企業CIMS應用工程開發周期長，質量不易得到保證。所以，信息集成在今后仍然是企業信息化的主要內容，也是實施諸如并行工程技術的基礎。在我國以信息集成為主要內容的CIMS應用工程，將仍是今后大多數企業信息化過程中必然要經歷的。
(二)過程集成
傳統串行作業的設計、開發過程，往往會造成產品開發過程中出現反復，使產品開發周期長、成本增加。如果把產品設計中的各個串行過程盡可能多地轉變為并行工程，在設計時考慮到下面工序中的可制造性、可裝配性，則可以減少反復，縮短開發時間。并行工程便是基于這一思想的一種先進制造模式。
(三)企業集成
為提高自身的市場競爭力，企業必須面對全球制造的新形勢，充分利用全球的制造資源，以便更好、更快、更節省地響應市場，這就是敏捷制造的來源。敏捷制造的組織形式是企業之間針對某一特定產品，建立企業動態聯盟(即所謂的虛擬企業)。企業這種不斷結盟的能力正是企業敏捷性的標志之一。
隨著國際經濟的發展，特別是人工成本的增加，在制造業中發展CAE和CIMS已經成為必然趨勢。未來的工廠，將是CIMS的天下。
【試析先進制造技術CAE的發展及集成化發展的必要性】相關文章：
試論我國先進機械制造技術的特點及發展趨勢03-26
機械制造領域測量技術發展11-19
試析藝術教育與全人發展03-20
現代集成制造系統的技術構成及發展策略研究03-19
試析社會誠信與經濟發展03-18
柔性制造系統的關鍵技術及發展趨勢03-18
試析機械模具數控加工制造技術11-27
試析營銷的理論發展及水平營銷理論12-09