Tổng quan Công nghệ Mô phỏng CAE và Xu hướng tương lai

(Weekly Study - Công nghệ CAE) Thị trường phần mềm mô phỏng tổng thể ngày nay bao gồm một loạt các công nghệ và ứng dụng đa dạng và phong phú. Cốt lõi truyền thống của thị trường phần mềm mô phỏng là kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAE), được phát triển chủ yếu để kiểm tra thiết kế sản phẩm.

Tổng Quan

Ngày nay, thị trường phần mềm mô phỏng đã mở rộng đáng kể về phạm vi bao gồm phần mềm mô phỏng cho nhiều ngành và lĩnh vực khoa học. Thị trường công nghiệp toàn diện bao gồm mọi thứ từ truyền thông, ô tô, hàng không vũ trụ, điện tử tiêu dùng, hệ thống quân sự, hệ thống giao thông, các tòa nhà và thành phố thông minh, hệ thống kiểm soát công nghiệp, dược phẩm và phát triển thuốc,.... Các ứng dụng mô phỏng nâng cao cho phép các kỹ sư, nhà khoa học, nhà sản xuất và nhà xây dựng mô phỏng gần như thế giới vật lý để kiểm tra, xác nhận, tối ưu hóa và trải nghiệm các sản phẩm, hệ thống và môi trường của chúng tôi. 

CAE là việc sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng sự phù hợp, hình thức, chức năng và cuối cùng là hiệu suất của sản phẩm nhằm cải thiện thiết kế hoặc hỗ trợ giải quyết các vấn đề kỹ thuật cho các ngành công nghiệp khác nhau. Ứng dụng của phần mềm CAE có thể bao gồm mô phỏng ảo 3D, xác nhận và tối ưu hóa sản phẩm, quy trình và sản xuất. Thông thường, mô hình sản phẩm thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) 3D được phát triển được phần mềm CAE sử dụng để kiểm tra sản phẩm.

Ngoài các giải pháp mô phỏng CAE để thử nghiệm sản phẩm, đã có sự xuất hiện của phần mềm mô phỏng ảo 3D trên nhiều ứng dụng cho khoa học, công nghiệp, cơ sở hạ tầng và người tiêu dùng. Mức độ tiên tiến của phần mềm mô phỏng này cho phép người dùng hầu như đại diện cho thế giới vật lý để xác nhận, thử nghiệm và kiểm tra các sản phẩm, hệ thống và môi trường trước khi sử dụng chúng trong thế giới vật lý.

Các nhà khoa học và nhà nghiên cứu hiện có thể mô phỏng ảo ở cấp độ phân tử, cho phép họ tạo ra các hợp chất mới cho thuốc và vật liệu mới cho các ngành công nghiệp khác nhau. Các nhà thiết kế có thể lập kế hoạch và tạo các thành phố ảo 3D và cơ sở hạ tầng cho thế hệ thành phố thông minh tiếp theo. Các kỹ sư sản xuất hiện có thể tạo và chế tạo các bộ phận bằng cách tạo ra các vật liệu mới đặc biệt cho sản xuất phụ gia và thiết kế các hình dạng và chức năng mà không bao giờ có thể tạo ra bằng các phương pháp thông thường. Tất cả điều này được kích hoạt bởi các công cụ mô phỏng 3D tiên tiến đang biến đổi khoa học, công nghiệp và môi trường vật lý của chúng ta. Báo cáo chiến lược này bao gồm các ứng dụng cho mô phỏng CAE truyền thống và các ứng dụng mô phỏng nâng cao cho khoa học và công nghiệp.

Xu hướng hiện tại và công nghệ trong mô phỏng

Các giải pháp thúc đẩy các nền tảng mô phỏng toàn diện ngày nay đại diện cho các công nghệ tiên tiến hàng đầu trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và khoa học. Các nền tảng mô phỏng này thường là các thành phần của bộ giải pháp thiết kế / thử nghiệm / xác thực / xây dựng hoàn chỉnh vòng đời sản phẩm do các nhà cung cấp PLM cung cấp. Các nhà cung cấp PLM này đang dẫn đầu với các công nghệ và giải pháp cho phép khách hàng của họ phát triển các mô hình kinh doanh mới dựa trên thiết kế sinh đôi, kỹ thuật số cho sản xuất phụ gia và khoa học vật liệu, cũng như các nền tảng công nghiệp IoT thúc đẩy phân tích thế hệ tiếp theo. Khoa học và công nghệ mô phỏng ảo liên quan đến tất cả các công nghệ này.

Kiểm tra công cụ mô phỏng CAE và xác thực thiết kế kỹ thuật

Thông thường, một quy trình CAE bao gồm các bước tiền xử lý, giải quyết và hậu xử lý. Trong giai đoạn tiền xử lý, các kỹ sư lập mô hình hình học và các đặc tính vật lý của thiết kế, cũng như các tác động môi trường lên thiết kế dưới dạng tải trọng tác dụng hoặc các ràng buộc. Trong giai đoạn giải, mô hình được giải bằng cách sử dụng một công thức toán học thích hợp của vật lý cơ bản. Trong giai đoạn xử lý sau, kết quả được trình bày cho nhà thiết kế để xem xét và phân tích.

Một số lợi ích của CAE là:

• Giảm chi phí và thời gian phát triển sản phẩm, nâng cao chất lượng và tuổi thọ của sản phẩm.
• Thiết kế của sản phẩm có thể được thực hiện, đánh giá và cải tiến.
• Thiết kế dựa trên mô phỏng máy tính sẽ thay thế cho thử nghiệm nguyên mẫu vật lý và tiết kiệm chi phí và thời gian.
• CAE có thể cung cấp thông tin chi tiết về hiệu suất của sản phẩm trước giai đoạn phát triển khi việc thay đổi thiết kế sẽ ít tốn kém hơn.
• CAE cung cấp thông tin liên quan đến kỹ thuật rủi ro và độ tin cậy của thiết kế sản phẩm.
• Dữ liệu CAE kết hợp và quản lý quy trình giúp tăng cường hiệu quả thông tin chi tiết về hiệu suất và cải tiến thiết kế cho một ứng dụng rộng rãi hơn.
• Giảm chi phí bảo trì bằng cách xác định và loại bỏ các vấn đề tiềm ẩn. Khi được tích hợp đúng cách vào quá trình phát triển sản xuất và thiết kế sản phẩm, CAE có thể cho phép xác định vấn đề sớm hơn, điều này có thể giảm đáng kể chi phí liên quan đến hao mòn sản phẩm.

Trong nhiều ngành của khoa học ứng dụng, các kỹ sư và nhà nghiên cứu phải đương đầu với các vấn đề thể hiện các hệ thống phức tạp về ứng suất, biến dạng, dao động, truyền nhiệt, dòng chất lỏng, điện trường và từ trường, chẳng hạn như một vài hệ thống phức tạp. Chúng thường được mô hình hóa bằng cách sử dụng các hệ phương trình vi phân phức tạp khó giải.

Một cách tiếp cận cho các học viên là chia nhỏ hệ thống hình học phức tạp đang nghiên cứu thành các phần tử (mắt lưới) nhỏ, có hình dạng đều đặn, mỗi phần tử đều dễ giải. Mỗi phần tử tương tác với các bên cạnh của nó dựa trên các phương trình vật lý và những phương trình này lần lượt được giải quyết. Điều này có thể phải được thực hiện nhiều lần cho đến khi toàn bộ hệ thống bắt đầu thu hẹp (hoặc hội tụ) thành một tập hợp các câu trả lời hữu ích. Phương pháp này được gọi là phân tích phần tử hữu hạn (FEA). Các kỹ sư tận dụng khía cạnh cơ bản này của CAE để thực hiện nhiều phép tính cần thiết nhằm giải quyết các vấn đề kiểm tra sản phẩm vật lý này bằng các mô hình toán học và mô phỏng ảo.

Nền tảng mô phỏng toàn diện thúc đẩy thiết kế và xác thực sản phẩm đồng thời.

Các nền tảng mô phỏng đa chức năng ngày nay do các nhà cung cấp PLM cung cấp cho phép các nhà thiết kế sản phẩm kiểm tra đồng thời các khái niệm thiết kế của họ. Điều này cho phép các kỹ sư di chuyển qua quy trình vòng đời phát triển sản phẩm nhanh hơn và hiệu quả hơn, đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng tất cả các yêu cầu chức năng trước quá trình sản xuất. Khi các sản phẩm ngày càng trở nên phức tạp hơn do các yêu cầu tích hợp đa ngành kỹ thuật, các kỹ sư có thể sử dụng các giải pháp mô phỏng thiết kế dựa trên mô hình (MBD) để đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống vật lý mạng (CPS) và cơ điện tử. Điều này cho phép các kỹ sư CPS mô phỏng, kiểm tra và xác nhận thiết kế hệ thống của họ trong một quy trình vòng đời đồng thời từ giai đoạn phát triển ban đầu cho đến khi xác nhận hiệu suất cuối cùng và kiểm soát hiệu chuẩn.

Quá trình thiết kế / mô phỏng / thử nghiệm / xác thực đồng thời này đã trở thành một phần không thể thiếu của phương pháp MBD đối với kỹ thuật hệ thống. Ngoài việc khuyến khích thiết kế đồng thời, cách tiếp cận kỹ thuật hệ thống để phát triển cơ điện tử thường giúp giảm độ phức tạp, hạ giá thành thành phần và tăng hiệu quả tích hợp. Với số lượng ngày càng nhiều sản phẩm được thiết kế với trí thông minh tích hợp, thiết kế hệ thống dựa trên mô hình thúc đẩy các tổ chức kỹ thuật hướng tới các thực hành kỹ thuật hiệu quả hơn.

Khi ngành công nghiệp ô tô tăng cường sản xuất xe điện, thành phố thông minh và cơ sở hạ tầng thông minh ngày càng phổ biến và trí thông minh được tích hợp trong mọi sản phẩm mới, tất cả các ngành này sẽ cần đối phó với những thách thức tích hợp hệ thống phức tạp. Các nhà cung cấp PLM đang đáp ứng thách thức này với các nền tảng mô phỏng toàn diện cung cấp quy trình phát triển khép kín từ đầu đến cuối.

Nguồn: Arcweb

Tôi có thể giúp gì cho bạn

Với kinh nghiệm nhiều năm làm việc trong lĩnh vực Công nghệ mô phỏng CAE tại Việt Nam và là đối tác của Tập đoàn công nghệ Altair, tôi sẽ giúp doanh nghiệp của bạn chuyển đổi công nghệ cao với các sản phẩm và dịch vụ từ Altair:

• Linear Static and Dynamic
• Non-linear Static and Dynamic, 
• Fatigue, 
• Motion Simulation, 
• Computational Fluid Dynamic, 
• Thermal Static and Transient, 
• Thermal-optical, 
• Thermal-Structural coupling, 
• Thermal-Flow coupling, 
• Fluid-Structure Interaction, 
• Shape and Topology Optimization, 
• Mô phỏng theo ngành cụ thể: Drop test, Snap-fit, Press-fit, Mold flow và cooling, Metal Forming, Explosion, HVAC và Ventilation Simulation, Electronic System Cooling, Laminate Composite, Vehicle Safety và Crashworthiness.