BIM与相关技术方法(五) - BIM和CAE

访客:18603  发表于:2012-12-14 20:38:35

英文维基百科对CAE有如下解释:

Computer-aided engineering (often referred to as CAE) is the use of information technology to support engineers in tasks such as analysissimulationdesignmanufacture, planning, diagnosis, and repair.  Software tools that have been developed to support these activities are considered CAE tools. CAE tools are being used, for example, to analyze the robustness and performance of components and assemblies. The term encompasses simulation, validation, and optimization of products and manufacturing tools. In the future, CAE systems will be major providers of information to help support design teams in decision making.

简单地讲,CAE就是国内同行常说的分析、计算、模拟、优化等软件,这些软件是项目设计团队决策信息的主要提供者。

CAE的历史比CAD早,当然更比BIM早,电脑的最早期应用事实上是从CAE开始的,包括历史上第一台用于计算炮弹弹道的ENIAC计算机,干的工作就是CAE。

CAE涵盖的领域包括以下几个方面:

1. 使用有限元法(FEA)进行应力分析如结构分析等;
2. 使用计算流体动力学(CFD)进行热和流体的流动分析如风-结构相互作用等; 
3. 运动学如建筑物爆破倾倒历时分析等 
4. 过程模拟分析例如日照、人员疏散等; 
5. 产品或过程优化如施工计划优化等; 
6. 机械事件仿真(MES). 
 
大家知道,设计是一个根据需求不断寻求最佳方案的循环过程,而支持这个过程的就是对每一个设计方案的综合分析比较,也就是CAE软件能做的事情。一个典型的设计过程可以图示如下:

一个CAE系统通常由前处理、求解器和后处理三个部分组成,三者的主要功能如下:
1. 前处理:根据设计方案定义用于某种分析、模拟、优化的项目模型和外部环境因素(统称为作用-例如荷载、温度等);
2. 求解器:计算项目对于上述作用的反应(例如变形、应力等);
3. 后处理:以可视化技术、数据集成等方式把计算结果呈现给项目团队,作为调整、优化设计方案的依据。
 
目前大多数情况下,CAD作为主要设计工具,CAD图形本身没有或极少包含各类CAE系统所需要的项目模型非几何信息(如材料的物理、力学性能)和外部作用信息,在能够进行计算以前,项目团队必须参照CAD图形使用CAE系统的前处理功能重新建立CAE需要的计算模型和外部作用;在计算完成以后,需要人工根据计算结果用CAD调整设计,然后再进行下一次计算。
 
由于上述过程工作量大、成本过高且容易出错,因此大部分CAE系统只好被用来对已经确定的设计方案的一种事后计算,然后根据计算结果配备相应的建筑、结构和机电系统,至于这个设计方案的各项指标是否达到了最优效果,反而较少有人关心,也就是说,CAE作为决策依据的根本作用并没有得到很好发挥。
 
CAE在CAD以及前CAD时代的状况,可以用一句话来描述:有心杀贼,无力回天。
 
 
由于BIM包含了一个项目完整的几何、物理、性能等信息,CAE可以在项目发展的任何阶段从BIM模型中自动抽取各种分析、模拟、优化所需要的数据进行计算,这样项目团队根据计算结果对项目设计方案调整以后又立即可以对新方案进行计算,直到满意的设计方案产生为止。
 
因此可以说,正是BIM的应用给CAE带来了第二个春天(电脑的发明是CAE的第一个春天),让CAE回归了真正作为项目设计方案决策依据的角色。

评论(2)

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    1. 张卡尔由于上述过程工作量大、成本过高且容易出错,因此大部分CAE系统只好被用来对已经确定的设计方案的一种
      事后计算,
      。。。至于这个设计方案的各项指标是否达到了最优效果,反而较少有人关心,
      ”。这里的“由于”是不是把握的不那么准确?据我所知,许多进行这种优化的方法还不是那么成熟。此外,其实一直都有在优化。我设计一个机械零件,计算之后,发现强度超过了要求太多,我当然就会重新设计。反过来,如果强度不够,当然就也会重新计算。这个不是优化。搞工程的会不关心这个?如果不关心,还去计算它干什么?

      回复[0] 2012/12/15 10:37

    1. 张卡尔 文中的“CAE涵盖的领域包括以下几个方面:”的提法,有点容易误解。你这里只是举了几个例子。并不是说,CAE由着几个方面组成。

      回复[0] 2012/12/15 10:30

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