副標(biāo)題#e#

    1.前言

    
    設(shè)計(jì)分析一體化是目前所有CAD公司追求的一個(gè)主要目標(biāo)，其核心意圖就是為了實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中，充分考慮產(chǎn)品的性能和優(yōu)化，提升產(chǎn)品質(zhì)量和改善產(chǎn)品性能。
   
    2.幾個(gè)重要概念及其誤區(qū)
   
    a)什么是CAD？
   
    CAD，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design,CAD），其概念和內(nèi)涵正在不斷地發(fā)展中。1972年10月，國際信息處理聯(lián)合會(huì)（IFIP）在荷蘭召開的“關(guān)于CAD原理的工作會(huì)議”上給出如下定義：CAD是一種技術(shù)，其中人與計(jì)算機(jī)結(jié)合為一個(gè)問題求解組，緊密配合，發(fā)揮各自所長，從而使其工作優(yōu)于每一方，并為應(yīng)用多學(xué)科方法的綜合性協(xié)作提供了可能。CAD是工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，對產(chǎn)品和工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。
   
    b)什么是CAE？
   
    CAE（Computer Aided Engineering）計(jì)算機(jī)輔助工程的特點(diǎn)是以工程和科學(xué)問題為背景，建立計(jì)算模型并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析。一方面，CAE技術(shù)的應(yīng)用，使許多過去受條件限制無法分析的復(fù)雜問題，通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬得到滿意的解答；另一方面，計(jì)算機(jī)輔助分析使大量繁雜的工程分析問題簡單化，使復(fù)雜的過程層次化，節(jié)省了大量的時(shí)間，避免了低水平重復(fù)的工作，使工程分析更快、更準(zhǔn)確。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、新產(chǎn)品的開發(fā)等方面發(fā)揮了重要作用，同時(shí)CAE這一新興的數(shù)值模擬分析技術(shù)在國外得到了迅猛發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展又推動(dòng)了許多相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)的進(jìn)步。
   
    c)什么是設(shè)計(jì)（Design）
   
    最簡單的關(guān)于設(shè)計(jì)的定義、就是一種“有目地的創(chuàng)作行為”。
   
    根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)師 Victor Papanek 的定義，設(shè)計(jì)（design）是為構(gòu)建有意義的秩序而付出的有意識的直覺上的努力。更詳細(xì)的定義如下：
   
    第一步：理解用戶的期望、需要、動(dòng)機(jī)，并理解業(yè)務(wù)、技術(shù)和行業(yè)上的需求和限制；
   
    第二步：將這些所知道的東西轉(zhuǎn)化為對產(chǎn)品的規(guī)劃（或者產(chǎn)品本身），使得產(chǎn)品的形式、內(nèi)容和行為變得有用、能用，令人向往，并且在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上可行。（這是設(shè)計(jì)的意義和基本要求所在）
   
    這個(gè)定義可以適用于設(shè)計(jì)的所有領(lǐng)域，盡管不同領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)從形式、內(nèi)容到行為上均有所不同。
   
    1978年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng) Herbert Simon 發(fā)表著名文章對設(shè)計(jì)給出著名定義“設(shè)計(jì)就是找到一種行動(dòng)方式 ，目的是把現(xiàn)狀變成自己更喜歡的樣子 ”
   
    d)幾個(gè)誤區(qū)：
   
    i.誤區(qū)1 計(jì)算機(jī)輔助制圖是CAD
   
    計(jì)算機(jī)輔助制圖（Computer Aided Drafting），簡寫為CAD，譬如我們熟知的AutoCAD輔助制圖軟件，幾乎成了CAD的代名詞。目前我國絕大數(shù)機(jī)械工程師都是二維或三維軟件的使用者，他們最終都需要生成二維工程圖紙。三維制圖和二維制圖最大的區(qū)別是直觀性大為增強(qiáng)，但是本質(zhì)上沒有改變制圖的地位。因此計(jì)算機(jī)輔助制圖不是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
   
    ii.誤區(qū)2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)就是CAD
   
    從前面關(guān)于設(shè)計(jì)的定義，設(shè)計(jì)包含了人、知識、工具、環(huán)境等多方面的結(jié)合，因此CAD僅僅只是工具，利用適合設(shè)計(jì)者的工具可以幫助設(shè)計(jì)者更快、更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)。
   
    iii.CAE是有限元分析（FEA）
   
    CAE（Computer Aided Engineering）計(jì)算機(jī)輔助工程，涉及到多學(xué)科的問題，針對不同的學(xué)科，產(chǎn)生了各種仿真分析的數(shù)學(xué)工具。如FEA（有限元分析），多體動(dòng)力學(xué)，CFD（計(jì)算流體力學(xué)），有限差分法，邊界元法，無網(wǎng)格法，加權(quán)余量法等等。他們針對不同的領(lǐng)域，各具優(yōu)勢。如FEA適合解決結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、疲勞等問題；多體動(dòng)力學(xué)適合解決多剛體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性；CFD適合解決流體的流動(dòng)和熱問題；因此FEA僅僅是CAE的一個(gè)領(lǐng)域。
   
    iv.誤區(qū)3 CAE獨(dú)立于CAD
   
    從前面關(guān)于CAD的定義“ CAD是工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，對產(chǎn)品和工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。”CAD中必須含有分析（CAE），也就是說面對設(shè)計(jì)，CAE是CAD的子集，缺少了CAE的CAD系統(tǒng)是不完整的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
   
    下圖徹底揭示了計(jì)算機(jī)輔助制圖、CAE和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的真正內(nèi)涵。
   
    現(xiàn)在幾乎所有的CAD廠家都認(rèn)識到CAE的重要性，都先后在CAD環(huán)境中加入了CAE，雖然功能有弱有強(qiáng)，但是都充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)分析一體化是CAD/CAE系統(tǒng)的發(fā)展方向。下面將具體論述設(shè)計(jì)分析一體化的CAD/CAE系統(tǒng)的將成為發(fā)展的必然。
   

    3.以設(shè)計(jì)為導(dǎo)向
   
    在制造型企業(yè)中CAE的目的優(yōu)化和改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，因此分析應(yīng)該無縫融入到設(shè)計(jì)過程中。因此，單一無縫的CAD/CAE界面是使用的基礎(chǔ)。另外，仿真分析如何無縫的融入設(shè)計(jì)過程，減少設(shè)計(jì)人員使用CAE系統(tǒng)的難度也是目前發(fā)展的方向。仿真向?qū)У燃夹g(shù)精彩的體現(xiàn)了“以設(shè)計(jì)為導(dǎo)向”的先進(jìn)思路。
   
    下面以SolidWorks的Simulation產(chǎn)品簡單介紹，從SolidWorks2009開始，其著名的FEA軟件COSMOSWorks改名為SolidWorks Simulation。其為了體現(xiàn)設(shè)計(jì)仿真一體化的解決方案，在無縫集成界面做了創(chuàng)造性的改變，將仿真界面，仿真流程無縫融入到SolidWorks的設(shè)計(jì)過程中。
   
    SolidWorks Simulation的仿真向?qū)В韵骂檰栂驅(qū)В核憷檰枺▓D2）、性能顧問（圖 3）、約束和載荷顧問、連接顧問、結(jié)果顧問
   

    圖2算例顧問 圖3性能顧問