CAE在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【摘要】CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）是采用虛擬分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)（場(chǎng)）的性能進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)（場(chǎng)）的性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)（場(chǎng)）的設(shè)計(jì)，為產(chǎn)品研發(fā)提供指南，為解決實(shí)際工程問題提供依據(jù)。本文主要針對(duì)CAE在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過對(duì)CAE在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，結(jié)合具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐，提出進(jìn)一步優(yōu)化和增強(qiáng)CAE在設(shè)計(jì)中應(yīng)用的對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】CAE；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；有限元分析；應(yīng)用

1、引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的不斷加快以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈程度不斷提高，生產(chǎn)制造企業(yè)迫切需要縮短產(chǎn)品研發(fā)的周期和成本投入，CAE技術(shù)的大規(guī)模普及正式滿足了這樣的要求。CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）的實(shí)質(zhì)就是為工程設(shè)計(jì)提供一種用于計(jì)算和仿真的平臺(tái)。目前的CAE應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋了電子設(shè)計(jì)、飛機(jī)、汽車等大量的工程領(lǐng)域，CAE技術(shù)在這些領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用大大的縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，加快了產(chǎn)品研發(fā)的速度，而且通過CAE虛擬模擬技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了產(chǎn)品研發(fā)的成本，也為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)了條件。

2、CAE內(nèi)涵及設(shè)計(jì)

通常情況下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)采取的是首先進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，然后通過CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行后期的基于軟件平臺(tái)的分析，在這種意義來(lái)講，CAE技術(shù)是CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)的后續(xù)過程。然而，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷激烈，同時(shí)也是為了滿足公司降低產(chǎn)品開發(fā)成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的需要，將CAE技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用進(jìn)行了新的調(diào)整，更加傾向于將CAE技術(shù)置于CAD技術(shù)的前一階段，即首先通過基于計(jì)算機(jī)的軟件仿真技術(shù)對(duì)產(chǎn)品就行仿真，可以大幅度的縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時(shí)對(duì)于降低產(chǎn)品開發(fā)成本也有著顯著效果。CAE技術(shù)本身就是一種典型的設(shè)計(jì)方法，它的應(yīng)用對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)流程都有著重要影響。一般情況下，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路雖然能夠取得一定的效果，但是如果加入CAE技術(shù)的理性元素，就會(huì)使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期更短、質(zhì)量更好。而且可以通過計(jì)算機(jī)軟件的仿真大幅度的降低產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)過程中的成本，對(duì)提高公司產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力、增加公司經(jīng)濟(jì)效益有著顯著的作用。而且CAE技術(shù)的應(yīng)用不僅僅是在提高制造企業(yè)的創(chuàng)新能力，同時(shí)對(duì)于理論研究和結(jié)論的驗(yàn)證有著重要的作用，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)的制造行業(yè)的快速成長(zhǎng)意義重大。目前，CAE技術(shù)已經(jīng)成為了很多行業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)收的重要依據(jù)，足見其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣。

3、CAE在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用

CAE技術(shù)的應(yīng)用貫穿于企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)流程，并且在各個(gè)環(huán)節(jié)都發(fā)揮著重要作用，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。其中，CAE技術(shù)的計(jì)算機(jī)軟件仿真能力主要體現(xiàn)在產(chǎn)品開發(fā)的初期，同時(shí)也可以為產(chǎn)品的材料采購(gòu)、機(jī)床準(zhǔn)備等環(huán)節(jié)提供重要參考，對(duì)于保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性和正確的方向有著重要作用。因此，可以說(shuō)CAE技術(shù)為產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)過程提供了十分重要的參考依據(jù)，大大縮短的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期。

（1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期的仿真

在企業(yè)產(chǎn)品的初期階段，企業(yè)需要結(jié)合市場(chǎng)的實(shí)際需求情況、產(chǎn)品能夠完成的功能、產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值等因素對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行綜合的規(guī)劃設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的確定，在此階段采用CAE技術(shù)可以對(duì)產(chǎn)品的初期設(shè)計(jì)思路進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)還能夠通過CAE技術(shù)對(duì)不同的后續(xù)方案進(jìn)行篩選，以使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案更好的滿足產(chǎn)品性能、市場(chǎng)的要求，而且還能夠通過CAE的仿真結(jié)果為企業(yè)公司高層進(jìn)行決策提供一定的參考?？偟膩?lái)說(shuō)，初期階段CAE技術(shù)的應(yīng)用主要解決的是產(chǎn)品的可行性以及產(chǎn)品功能性要求的滿足情況的仿真分析，對(duì)于企業(yè)合理確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案有著重要指導(dǎo)意義。

（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的仿真

產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段是CAE技術(shù)應(yīng)用的核心階段，主要是應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件的輔助仿真技術(shù)完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，包括產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、圖紙、用料、加工工藝等各個(gè)方面。根據(jù)對(duì)CAE技術(shù)的設(shè)計(jì)思路可知，在這個(gè)階段的CAE技術(shù)應(yīng)用主要是對(duì)不同的零部件功能性進(jìn)行驗(yàn)證，以確定其是否能夠滿足產(chǎn)品的功能要求，而且仿真可以既可以是系統(tǒng)級(jí)的也可以是某個(gè)單獨(dú)的零件。這些仿真的結(jié)果能夠?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)師提供很好的參考，對(duì)于加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度有著重要作用。

（3）產(chǎn)品試驗(yàn)階段仿真

在整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期中，產(chǎn)品性能的試驗(yàn)是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。以往傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中，大都是采用先行制造產(chǎn)品的樣品，然后對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，一旦樣品的某個(gè)方面不能夠滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，就需要對(duì)樣品重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、試驗(yàn)，整個(gè)階段需要反復(fù)進(jìn)行數(shù)次，這種傳統(tǒng)的實(shí)際方法極大的浪費(fèi)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)間，同時(shí)增加了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成本。

目前，CAE技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用對(duì)于降低產(chǎn)品試驗(yàn)階段的時(shí)間和試驗(yàn)次數(shù)有著顯著效果。其主要原因是可以在產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)軟件仿真過程中就可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中存在的問題，及時(shí)的對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，有效的避免在實(shí)際產(chǎn)品試驗(yàn)階段的復(fù)雜修改，可以大幅度的節(jié)約產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，CAE技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于產(chǎn)品成功完成試驗(yàn)階段有著重要意義，設(shè)計(jì)人員可以在產(chǎn)品的實(shí)際試驗(yàn)前就通過CAE技術(shù)完全的掌握產(chǎn)品的實(shí)際特點(diǎn)，可以在產(chǎn)品的試驗(yàn)階段加快產(chǎn)品的性能分析，縮短產(chǎn)品試驗(yàn)階段所需的時(shí)間。

（4）產(chǎn)品制造階段的仿真

產(chǎn)品的實(shí)際制造階段是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最后一個(gè)流程。在產(chǎn)品制造階段的計(jì)算機(jī)仿真主要是對(duì)產(chǎn)品制造的工藝進(jìn)行分析，通過CAE技術(shù)的應(yīng)用可以有效的簡(jiǎn)化產(chǎn)品的加工工藝，同時(shí)可以有效的避免產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的缺陷問題，使得產(chǎn)品具有實(shí)際的產(chǎn)品化特點(diǎn)，降低產(chǎn)品制造中的成本支出。

4、提高CAE分析效果的措施

通過對(duì)以上CAE技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析可以發(fā)現(xiàn)，做好CAE分析對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)具有重要意義。因此，需要根據(jù)實(shí)際的市場(chǎng)情況和產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況，加強(qiáng)CAE在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的效果。CAE分析看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上卻包含著巨大的工作量。通過CAE技術(shù)確定合適的產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)是十分復(fù)雜的過程，需要對(duì)CAE軟件的特點(diǎn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn)等進(jìn)行詳細(xì)的分析后才能夠得出較為合理的結(jié)論，最后還需要通過CAE技術(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果等進(jìn)行合理性驗(yàn)證。加強(qiáng)CAE分析的應(yīng)用能力，經(jīng)驗(yàn)和理論都占有重要的位置。首先專業(yè)的CAE分析設(shè)計(jì)人員要通過相關(guān)的專業(yè)學(xué)習(xí)以及培訓(xùn)，對(duì)產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)、CAE軟件特點(diǎn)等熟練掌握，同時(shí)在實(shí)際的應(yīng)用中要不斷的積累和總結(jié)，通過經(jīng)驗(yàn)更好的指導(dǎo)今后的工作。

5、結(jié)束語(yǔ)

CAE技術(shù)提供了從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整解決方案，在產(chǎn)品制造之前，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整個(gè)運(yùn)行過程，幫助研判潛在的問題，有效地防止問題發(fā)生，大大縮短了開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的過程中，利用先進(jìn)的CAD/CAE技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)省事、省力，而且最為重要的是保證了產(chǎn)品成型后的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，減少了產(chǎn)品測(cè)試的次數(shù)，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的周期。