Computergestütztes Engineering (CAE)

Computer Aided Engineering wird seit Jahrzehnten erfolgreich für die Produktentwicklung eingesetzt. Parallel dazu gab es eine kontinuierliche Entwicklung sowohl für High-Fidelity-Modellierungsansätze als auch für pragmatischere Ansätze, mit denen man schneller hinreichend genaue Ergebnisse erzielen kann. Heutzutage können und müssen Ingenieure den Genauigkeitsgrad wählen, der ihren Anforderungen am besten entspricht, um technische Fragen mit minimalem Rechenaufwand zu beantworten. Der Genauigkeitsgrad reicht von High-Fidelity-Modellierungstechniken, die die Vorhersage des realen Verhaltens innerhalb weniger Prozent oder sogar weniger ermöglichen, bis hin zu schnellen Methoden, die schnelle Trendvorhersagen ermöglichen.

Auf dieser Basis sind heute Zertifizierungs- und Verifizierungsprozesse für CAE-Tools etabliert. Sie werden ein entscheidender Bestandteil für den Fortschritt von CAE, seine Zuverlässigkeit und sein Vertrauen in digitale Zwillinge und seine Etablierung in neuen Bereichen bleiben. Während die prädiktive Simulation den Bedarf an teuren Messungen und Prototyping kontinuierlich reduzieren wird, wird sie weiterhin strenge CAE-Methoden und die Validierung von Best Practices durch Experimente erfordern.

Das Erlernen von CAE erfordert Zeit, Hingabe, gründliches Studium und Übung. Es ist wichtig, die zugrunde liegende fundamentale Physik der Domäne zu verstehen, in der Sie tätig sind, numerische Methoden und ihre Grenzen zu verstehen und die praktische Verwendung tatsächlicher CAE-Softwaretools zu üben. Dank der Automatisierung, der steigenden Rechenleistung und der kontinuierlichen Verbesserung der Benutzeroberflächen in moderner CAE-Software werden die Hürden für High-Fidelity-CAE über alle Benutzerebenen hinweg weiter sinken - der Spielraum verlagert sich auf die Erkundung von Ergebnissen und das Treffen simulationsbasierter Entscheidungen.  Darüber hinaus ist es wichtig, die grundlegende physikalische Dynamik zu verstehen, um die Ergebnisse zu beurteilen und sinnvolle technische Entscheidungen auf der Grundlage von CAE-Ergebnissen zu treffen.

CAE-Software wird in einer Vielzahl von technischen Anwendungen eingesetzt, wenn es darum geht, zu verstehen oder vorherzusagen, wie sich verschiedene Arten von Physik auf die Leistung eines Produktdesigns oder Systems auswirken. In der industriellen Produktentwicklung ist das Computer Aided Engineering inzwischen so weit fortgeschritten, dass das multiphysikalische Verhalten in komplexen Geometrien simuliert wird, so dass Unternehmen ihr Produktdesign virtuell vollständig verstehen und optimieren können, bevor sie überhaupt einen Prototyp bauen.

Zu den Branchen, in denen Computer Aided Engineering weit verbreitet ist, gehören:

• Luft- und Raumfahrt
• Automobilbranche
• Konsumgüterunternehmen
• Marine (Schiffsdesign, Antriebssysteme, Motorendesign)
• Elektronik
• Energie (Kernkraft, Öl & Gas, Stromerzeugung)
• Haustechnik
• Biowissenschaften
• Turbomaschinen
• Sport
• Andere allgemeine Anwendungen mit Strukturen, Vibrationen, Elektromagnetik, Schall, Wärme und Flüssigkeitsströmung

CAD ist die Verwendung von Computerprogrammen zur Erstellung, Änderung, Analyse und Dokumentation von zwei- oder dreidimensionalen (2D- oder 3D-) grafischen Darstellungen physischer Objekte als Alternative zu manuellen Entwürfen und Produktprototypen. CAD konzentriert sich nur auf die Geometrie eines Teils oder Produkts.

Computergestütztes Engineering ist der nächste Schritt im Entwicklungsprozess und ermöglicht es Ingenieuren, das in CAD definierte Teil oder Produkt zu simulieren, um zu verstehen, ob das Design wie erwartet funktioniert, um die Anforderungen zu erfüllen. CAD-Daten speisen den CAE-Prozess, bei dem Ingenieure mit CAE-Tools ein Simulationsmodell auf der Grundlage der im CAD definierten Geometrie erstellen. Die Ergebnisse der Simulation geben den Ingenieuren dann Aufschluss darüber, ob das Design den Anforderungen entspricht oder nicht, und entwickeln Ideen, um das Design zu ändern, um die Leistung zu verbessern.

CAD zusammen mit CAE ist ein iterativer Prozess, der es Ingenieurteams ermöglicht, innovative neue Produkte in kürzerer Zeit zu entwickeln als physische Testmethoden, die auf dem Bau realer Prototypen beruhen.