วิศวกรรมคอมพิวเตอร์ช่วย

วิศวกรรมคอมพิวเตอร์ช่วย ( CAE ) คือการนำเทคโนโลยีมาใช้โดยทั่วไปเพื่อช่วยในงานที่เกี่ยวข้องกับ การวิเคราะห์ ทาง วิศวกรรม

วิศวกรรมช่วยคอมพิวเตอร์ (CAE) ประกอบด้วยวิธีไฟไนต์เอเลเมนต์หรือการวิเคราะห์ไฟไนต์เอเลเมนต์ (FEA), พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ ( CFD), พลศาสตร์หลายส่วน (MBD), ความทนทาน และการเพิ่มประสิทธิภาพ โดยรวมอยู่ในกลุ่มเดียวกับการออกแบบช่วยคอมพิวเตอร์ (CAD) และการผลิตช่วยคอมพิวเตอร์ (CAM) ในคำรวมและตัวย่อว่าเทคโนโลยีช่วยคอมพิวเตอร์ (CAx)

คำว่า CAE ถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายการใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในงานวิศวกรรมในความหมายที่กว้างกว่าการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมเพียงอย่างเดียว ในบริบทนี้เองที่ Jason Lemon ผู้ก่อตั้ง Structural Dynamics Research Corporation ( SDRC ) ได้บัญญัติศัพท์นี้ขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1970 อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันคำจำกัดความนี้เป็นที่รู้จักกันดีในชื่อ CAx และ การจัดการ วงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ (PLM) ^{[ 1 ]}

ระบบ CAE แต่ละระบบถือเป็นโหนด เดียว ในเครือข่ายข้อมูลทั้งหมด และแต่ละโหนดอาจโต้ตอบกับโหนดอื่นๆ ในเครือข่ายได้

ขอบเขตงาน CAE ที่ครอบคลุม ได้แก่:

• การวิเคราะห์ความเค้นบนชิ้นส่วนและชุดประกอบโดยใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (FEA)
• การวิเคราะห์การไหลของความร้อนและของเหลวด้วยพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD)
• พลศาสตร์และจลนศาสตร์ของระบบหลายวัตถุ (Multibody dynamics and kinematics - MBD )
• เครื่องมือวิเคราะห์สำหรับการจำลองกระบวนการทำงาน เช่นการหล่อการขึ้นรูปและการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์
• การเพิ่มประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการ

โดยทั่วไป งานด้านวิศวกรรมที่ใช้คอมพิวเตอร์ช่วยนั้นประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก:

• ขั้นตอนการประมวลผลเบื้องต้น – การกำหนดแบบจำลองและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่จะนำมาใช้กับแบบจำลองนั้น (โดยทั่วไปจะใช้แบบจำลององค์ประกอบจำกัด แต่ก็มีการใช้วิธีแบบเหลี่ยม แบบว็อกเซลและแบบแผ่นบางด้วย)
• โปรแกรมแก้ปัญหาการวิเคราะห์ (โดยปกติจะดำเนินการบนคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง)
• การประมวลผลผลลัพธ์ขั้นสุดท้าย (โดยใช้เครื่องมือแสดงผลข้อมูล)

กระบวนการนี้สามารถทำซ้ำได้ทั้งด้วยตนเองหรือโดยใช้ซอฟต์แวร์เพิ่มประสิทธิภาพเชิงพาณิชย์

เครื่องมือ CAE ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์การใช้งานเครื่องมือเหล่านี้ช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์ลดต้นทุนและเวลาในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงความปลอดภัย ความสะดวกสบาย และความทนทานของรถยนต์ที่ผลิตได้ ความสามารถในการทำนายของเครื่องมือ CAE ได้พัฒนาไปถึงจุดที่การตรวจสอบการออกแบบส่วนใหญ่ทำได้โดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (การวินิจฉัย) แทน การทดสอบ ต้นแบบทาง กายภาพ ความน่าเชื่อถือของ CAE ขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ถูกต้องทั้งหมดเป็นข้อมูลป้อนเข้า และต้องระบุข้อมูลป้อนเข้าที่สำคัญ (BJ) แม้ว่าจะมีพัฒนาการมากมายใน CAE และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในสาขาวิศวกรรม แต่การทดสอบทางกายภาพยังคงเป็นสิ่งจำเป็น ใช้สำหรับการตรวจสอบและการปรับปรุงแบบจำลองเพื่อกำหนดภาระและเงื่อนไขขอบเขตอย่างแม่นยำ และสำหรับการอนุมัติต้นแบบขั้นสุดท้าย

แม้ว่า CAE จะมีชื่อเสียงที่ดีในฐานะเครื่องมือตรวจสอบ แก้ไขปัญหา และวิเคราะห์ แต่ก็ยังมีความเข้าใจผิดว่าผลลัพธ์ที่แม่นยำเพียงพอจะได้รับค่อนข้างช้าในวงจรการออกแบบซึ่งไม่สามารถขับเคลื่อนการออกแบบได้อย่างแท้จริง คาดว่านี่จะกลายเป็นปัญหามากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากผลิตภัณฑ์สมัยใหม่มีความซับซ้อนมากขึ้น รวมถึงระบบอัจฉริยะซึ่งนำไปสู่ความต้องการการวิเคราะห์แบบหลายฟิสิกส์มากขึ้น รวมถึงระบบควบคุมและมีวัสดุน้ำหนักเบาแบบใหม่ ๆ ที่วิศวกรมักไม่คุ้นเคย บริษัทซอฟต์แวร์ CAE และผู้ผลิตต่างมองหาเครื่องมือและการปรับปรุงกระบวนการอย่างต่อเนื่องเพื่อเปลี่ยนแปลงสถานการณ์นี้

ในด้านซอฟต์แวร์ พวกเขาพยายามพัฒนาตัวแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง เพื่อใช้ทรัพยากรคอมพิวเตอร์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด และรวมความรู้ทางวิศวกรรมเข้าไว้ในการประมวลผลก่อนและหลัง การพัฒนาล่าสุดได้เห็นการบูรณาการปัญญาประดิษฐ์และการเรียนรู้ของเครื่องเข้ากับเครื่องมือ CAE ทำให้สามารถจำลองแบบเรียลไทม์และสร้างแบบจำลองเชิงทำนายได้^{[ 2 ]}ในด้านกระบวนการ พวกเขาพยายามสร้างความสอดคล้องที่ดีขึ้นระหว่าง CAE 3 มิติ การจำลองระบบ 1 มิติ และการทดสอบทางกายภาพ ซึ่งควรจะเพิ่มความสมจริงของแบบจำลองและความเร็วในการคำนวณ

บริษัทซอฟต์แวร์ CAE และผู้ผลิตพยายามบูรณาการ CAE เข้ากับการจัดการวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ โดยรวมให้ดียิ่งขึ้น ด้วยวิธีนี้ พวกเขาสามารถเชื่อมโยงการออกแบบผลิตภัณฑ์กับการใช้งานผลิตภัณฑ์ ซึ่งจำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์อัจฉริยะ กระบวนการทางวิศวกรรมที่ได้รับการปรับปรุงนี้ยังถูกเรียกว่าการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมเชิงทำนาย^{[ 3 ] [ 4 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ช่วย (Computer-aided engineering )

• เหตุใดเราจึงต้องการซอฟต์แวร์ CAE หรือการจำลองเชิงตัวเลข?
• วารสารวิศวกรรมช่วยคอมพิวเตอร์ WP:LINKROT (FEA, CAD, ...)
• วารสารวิศวกรรมคอมพิวเตอร์แบบบูรณาการ
• แกลเลอรี่ภาพ CAE AVI ที่เว็บไซต์ CompMechLab ประเทศรัสเซีย
• วิศวกรรมโยธาและโครงสร้างพื้นฐานโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย
• การวิเคราะห์เชิงวิศวกรรมเชิงทำนาย