Computer-Aided Engineering (CAE) là một công cụ không thể thiếu trong ngành công nghiệp và kỹ thuật hiện đại. Bằng cách sử dụng phần mềm và công nghệ máy tính, CAE giúp mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa các sản phẩm và quy trình kỹ thuật. Từ việc thiết kế cấu trúc đến mô phỏng quá trình sản xuất và đánh giá độ tin cậy, CAE đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời đảm bảo tính bền vững của các dự án công nghiệp.
1. CAE là gì?
CAE, hay Computer-Aided Engineering, là việc sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng các hoạt động, nhằm cải thiện thiết kế sản phẩm hoặc hỗ trợ giải quyết các vấn đề kỹ thuật cho nhiều ngành công nghiệp. Công việc này bao gồm mô phỏng, xác nhận và tối ưu hóa các sản phẩm, quy trình và công cụ sản xuất. Trong tương lai, hệ thống CAE sẽ trở thành công cụ chính cung cấp thông tin để hỗ trợ quyết định cho các nhà thiết kế.
- Hiện nay, với sự tiến bộ liên tục của Khoa học và Kỹ thuật, việc áp dụng các phần mềm máy tính trong nhiều lĩnh vực ngành nghề trở nên ngày càng phổ biến. Trong các lĩnh vực kỹ thuật như cơ khí, xây dựng, công việc thường đòi hỏi làm việc với những mô hình phức tạp và số liệu mà các phương pháp truyền thống hoặc máy tính thông thường không thể xử lý được. Do đó, cần có các phần mềm hỗ trợ xử lý số liệu, hình ảnh và tính toán để đạt được kết quả chính xác và nhanh chóng nhất, giúp kỹ sư tiết kiệm thời gian và tăng cường hiệu suất làm việc.
- Nếu CAD (Computer Aided Design) là phần mềm dùng để thiết kế sản phẩm theo định dạng 2D hoặc 3D, thì CAE (Computer Aided Engineering) được coi là bước tiếp theo sau CAD. CAE sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng và phân tích ứng xử của sản phẩm, từ đó đưa ra các điều chỉnh để tối ưu hóa sản phẩm. CAE là nguồn thông tin chính để hỗ trợ người kỹ sư và thiết kế đưa ra quyết định trong giải quyết vấn đề.
- Trong CAE, ba công cụ phân tích chính là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method – FEM), phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method – FDM) và phương pháp phần tử biên (Boundary Element Method- BEM). Do đó, việc xây dựng quá trình mô phỏng và phân tích đòi hỏi người sử dụng có kiến thức cơ bản về cơ khí và vật lý (ví dụ: lực, ứng lực, ứng suất, biến dạng,…).
2. Ứng dụng đa ngành của CAE
Các lĩnh vực ứng dụng của phần mềm mô phỏng CAE bao gồm:
- Ngành công nghiệp ô tô: Mô phỏng khí động học, độ bền cơ học, va đập, và các yếu tố khác.
- Ngành hàng không vũ trụ: Phân tích ứng suất, rung động, nhiễu động, và các vấn đề khác liên quan đến độ an toàn và hiệu suất.
- Ngành xây dựng: Mô phỏng tải trọng, độ ổn định, và các yếu tố liên quan đến cấu trúc và an toàn của công trình xây dựng.
- Ngành điện tử: Phân tích nhiệt độ, nhiễu điện từ, và các vấn đề khác liên quan đến hiệu suất và an toàn của các sản phẩm điện tử.
2.1 Phân tích chi tiết bằng phương pháp phần tử hữu hạn
Bằng cách chia nhỏ chi tiết thành nhiều phần tử, tính toán có thể cho ra kết quả chính xác nhất, đặc biệt là ở các chi tiết có bề mặt phức tạp. Quá trình này giúp kỹ sư hiểu rõ hơn về cách các chi tiết ứng xử cơ học khi ở các trạng thái nhất định.
2.2 Phân tích dòng chảy và truyền nhiệt (CFD).
Bài toán phân tích lưu chất nhằm xác định vận tốc, áp suất và hệ số truyền nhiệt của dòng chất lỏng trong sản phẩm là một giải pháp được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực và nghiên cứu thực tiễn. Ví dụ như xây dựng các công trình đập thủy điện, thiết kế hệ thống thông gió, khảo sát khí tượng, và thử nghiệm các phương tiện quân sự. Các ứng dụng khác bao gồm khảo sát các dòng chảy của vật liệu trong khuôn và đánh giá tác động của yếu tố ngoại cảnh lên các đối tượng khảo sát.
Trong các bài toán nhiệt, kỹ sư CAE có thể kiểm soát và đánh giá các quá trình tương tác và trao đổi nhiệt trong các sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao như bộ vi mạch, chip xử lý trong bo mạch điện tử. Đặc biệt, việc phát hiện kịp thời những lỗi thiết kế giúp tránh gây thiệt hại khi sản xuất hàng loạt.
2.3 Phân tích động học các cơ cấu
Hoạt động này giúp mô phỏng chuyển động của các chi tiết cơ cấu, để hiểu về cách các chi tiết ứng xử dưới điều kiện làm việc cụ thể. Từ đó, có thể phát hiện các sai sót trong thiết kế và đề xuất các phương án khắc phục, giảm thiểu thời gian cần cho các thử nghiệm thực tế và rủi ro về lỗi kỹ thuật trong quá trình vận hành.
Các bài toán thường gặp trong hoạt động này bao gồm:
- Các bài toán về va chạm.
- Đánh giá độ an toàn cho người sử dụng.
- Mô phỏng vật rơi tự do.
Đây là một trong những yếu tố chính quyết định đến sự thành công của các thương hiệu ô tô nổi tiếng trên toàn cầu như Ford, Tesla, BMW, Ferrari, Volkswagen, Audi,… Với tiêu chuẩn an toàn và chất lượng sản phẩm, những ông lớn trong ngành này đã xây dựng và củng cố tên tuổi của mình.
2.4 Mô phỏng các quá trình công nghệ như đúc, dập…
Sử dụng công cụ CAE trong giai đoạn đầu của quá trình thiết kế khuôn đúc hoặc dập có thể mang lại các lợi ích sau cho khách hàng:
- Đánh giá và lựa chọn phương án tối ưu nhất cho quá trình sản xuất.
- Giảm thiểu thời gian tinh chỉnh khuôn thử nghiệm.
- Dự đoán và giải quyết các vấn đề, đặc biệt là độ co ngót của kim loại trước khi bắt đầu quá trình sản xuất.
- Nâng cao tỷ lệ thành phẩm và giảm tỷ lệ phế phẩm.
3. Những lợi ích khi sử dụng CAE
- Tiết kiệm thời gian và chi phí
So với việc thử nghiệm thực tế, mô phỏng CAE giúp giảm chi phí sản xuất và thời gian phát triển sản phẩm.
- Cải thiện thiết kế
Phân tích kết quả mô phỏng cho phép xác định các điểm yếu trong thiết kế và đề xuất các cải tiến hiệu quả.
- Tăng độ tin cậy
Mô phỏng CAE giúp dự đoán khả năng hoạt động của sản phẩm trong điều kiện thực tế, từ đó tăng độ tin cậy cho sản phẩm.
4. Ưu nhược điểm của CAE
4.1. Ưu điểm
- Việc sử dụng CAE để kiểm tra tính năng và nâng cao chất lượng sản phẩm có thể giúp giảm chi phí của quá trình Nghiên cứu và Phát triển (R&D), cùng với việc rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.
- Khả năng kiểm tra chi tiết các đại lượng vật lý như trường ứng suất, biến dạng, áp suất, nhiệt độ, lực, v.v. một cách dễ dàng trong CAE cung cấp nhiều ý tưởng độc đáo và sáng tạo cho quá trình thiết kế.
- Đối với các hiện tượng vật lý khó quan sát và kiểm tra bằng phương pháp thông thường, CAE là công cụ hữu ích giúp quan sát và đánh giá một cách dễ dàng.
- Kết quả từ CAE ngày nay thường được xem như là tài liệu kỹ thuật cơ bản trong quá trình thuyết trình ý tưởng và thuyết phục đối tác cũng như khách hàng.
4.2. Nhược điểm
- Do hầu hết phần mềm CAE sử dụng phương pháp tính toán ước lượng, kết quả không thể đạt đến mức 100% so với thực tế, nhưng vẫn hữu ích khi được so sánh tương đối.
- Độ chính xác và đáng tin cậy của kết quả CAE phụ thuộc vào các yếu tố như cách chia lưới, điều kiện biên được thiết lập, v.v., và do đó phụ thuộc vào kinh nghiệm và kiến thức của người sử dụng.
AES Việt Nam, đối tác chính thức của các hãng phần mềm hàng đầu như Dassault Systèmes, Cogiscan, Technia, BetaCAE, Human Solutions, Autoform,… cung cấp đa dạng các phần mềm công nghiệp CAD/CAM/CAE/PLM chính hãng cho khách hàng.
Với mong muốn mang những công nghệ tiên tiến, cao cấp nhất trên thế giới về Việt Nam, nhằm hỗ trợ các doanh nghiệp nước nhà đổi mới sản xuất, chúng tôi luôn nỗ lực mỗi ngày để mở rộng mạng lưới cung ứng và nâng cao chất lượng dịch vụ.
Để tìm hiểu thêm về các phần mềm công nghiệp vui lòng liên hệ hotline (+84) 96 1402 699 để được tư vấn. Cập nhật thông tin mới nhất về sản phẩm và các hoạt động của AES Việt Nam – Đơn vị phân phối phần mềm công nghiệp số 1 Việt Nam tại facebook.com/aesvietnamsoftware
