CAE là gì? Ứng dụng và những điều cần biết về CAE

CAE là gì? Hiểu về CAE như thế nào cho đúng?

CAE là một từ được viết tắt của cụm từ Computer - Aided Engineering. CAE nói về việc sử dụng các phần mềm máy tính để mô phỏng loại hoạt động thực tế của sản phẩm nhằm cải thiện thiết kế hoặc hỗ trợ trong việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật cho các ngành công nghiệp.

Dù có vai trò cải thiện hay hỗ trợ giải quyết vấn đề thì CAE vẫn phải thực hiện theo các thao tác bao gồm mô phỏng, xác nhận, tối ưu hóa đưa sản phẩm vào quy trình, sử dụng công cụ sản xuất. Trong tương lai CAE sẽ trở thành công cụ chính cung cấp thông tin để giúp các nhà thiết kế trong quá trình đưa ra quyết định.

Các lĩnh vực, giai đoạn của CAE

Sau khi đã tìm hiểu CAE là gì, để hiểu thêm hơn về thuật ngữ này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu thông tin về các lĩnh vực, giai đoạn cụ thể của CAE.

Các lĩnh vực của CAE

CAE thể hiện các lĩnh vực sau:

• Phân tích ứng suất của các bộ phận lắp ráp và thành phần có sử dụng FEA - Finite Element Analysis.
• Ứng dụng trong MBD (Multibody dynamics) và Kinematics.
• Phân tích chất lỏng CFD (Computational Fluid dynamics) và dòng chảy của chất lỏng.
• Dùng làm công cụ phân tích với những mô phỏng quá trình đối với các hoạt động làm khuôn, khuôn đúc, đúc sản phẩm.
• Tối ưu hóa quy trình và sản phẩm.

Các giai đoạn của CAE

CAE bao gồm ba giai đoạn thực hiện chính, cụ thể như sau:

• Giai đoạn đầu: giai đoạn xác định rõ mô hình như mô hình tấm mỏng, phần tử hữu hạn, phương thức voxel hay phương thức facet; đồng thời xác định những yếu tố thuộc về môi trường được lựa chọn để sử dụng.
• Giai đoạn giữa: hay còn được gọi là giai đoạn Analysis solver, đây là giai đoạn sẽ được các kỹ thuật viên thực hiện tại những chiếc máy tính có đặc điểm cấu hình cao.
• Giai đoạn kết thúc: giai đoạn này thường sẽ được xử lý bằng những công cụ trực quan.

Ba giai đoạn của CAE tạo thành một chu kỳ lặp đi lặp lại với tần suất thường xuyên. Chu trình này có thể được các nhân viên kỹ thuật thực hiện theo hai cách là thực hiện thủ công hoặc vận dụng những kỹ thuật phần mềm có chức năng tối ưu hóa thương mại cao.

Một số ứng dụng phổ biến của CAE trong ngành kỹ thuật

Bên cạnh việc tìm hiểu CAE là gì thì chắc chắn một điều không thể bỏ qua để nắm bắt rõ hơn về thuật ngữ này đó chính là những ứng dụng của nó. Trong chuyên ngành kỹ thuật CAE có những ứng dụng phổ biến sau:

Phân tích chi tiết thông qua phương pháp phần tử hữu hạn

Một trong những ứng dụng phổ biến của CAE đó chính là phân tích chi tiết. CAE có khả năng giúp con người phân tích các sản phẩm kỹ thuật một cách chi tiết nhất nhờ vào phương pháp phần tử hữu hạn. Cụ thể, kỹ thuật viên sẽ chia nhỏ các chi tiết sản phẩm thành nhiều phần tử sau đó tính hành tính toán. Dựa trên cách tính này tỷ lệ cho ra kết quả chính xác ở mức độ cao nhất cho cả những loại chi tiết nhỏ có đặc điểm bề mặt phức tạp.

Khi kết quả phân tích chuẩn xác có giá trị càng cao thì sẽ càng giúp cho các kỹ sư dịch vụ kỹ thuật - service engineer nắm rõ hơn về ứng xử cơ học của từng chi tiết sản phẩm khi chúng ở từng trạng thái cụ thể.

Phân tích dòng chảy, truyền nhiệt CFD

Bài toán về phân tích dòng chảy và truyền nhiệt CFD là bài toán khó được đặt ra đối với kỹ sư. Thông qua bài toán này có thể xác định được vận tốc, áp suất, hệ số truyền nhiệt của dòng chất lỏng trong sản phẩm. Phương pháp này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu thực tiễn như xây dựng công trình đập thủy điện, thiết kế hệ thống thông gió, khảo sát khí tượng…. Nhờ đó đánh giá được những tác động của yếu tố ngoại cảnh lên các đối tượng khảo sát.

Để giải đáp bài toán nhiệt các kỹ sư có thể thông qua những dữ liệu có được để đưa ra đánh giá, nhận xét cho quá trình diễn ra sự tương tác, trao đổi nhiệt độ trong các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao. Một số sản phẩm có thể kể đến như các bộ vi mạch, chip xử lý trong bo mạch… Đặc biệt điều quan trọng nhất là giúp phát hiện kịp thời các lỗi thiết kế nhằm hạn chế thiệt hại xảy ra trong quá trình sản xuất hàng hóa.

Ứng dụng trong phân tích động học cơ cấu

CAE có tác dụng rất lớn trong việc hỗ trợ kỹ sư mô phỏng lại sự chuyển động của cơ cấu, nắm bắt rõ hơn cách ứng xử của chi tiết. Nhờ đó biết được từng chi tiết có tương thích với điều kiện thực tế trong công việc hay không. Việc này sẽ giúp các kỹ sư nhanh chóng tìm ra lỗi sao từ bản thiết kế và có cách khắc phục rõ ràng. Trên cơ sở đó giúp nhà máy giảm thời gian thử nghiệm, hạn chế phát sinh lỗi khi hệ thống máy móc đi vào hoạt động thực tiễn.

Một số bài toán mà cách kỹ sư thường gặp trong quá trình phân tích động học cơ cấu:

• Các bài toán về sự va chạm
• Đánh giá mức độ an toàn với những người trực tiếp sử dụng sản phẩm
• Mô phỏng lại sự rơi tự do của vật

Mô phỏng các quá trình làm khuôn, đúc sản phẩm

CAE thường được áp dụng vào ngay từ giai đoạn đầu của quá trình thiết kế khuôn, đúc (hoặc dập) nhờ đó giúp khách hàng nhận điện những tiện ích như:

• Tự mình đánh giá sản phẩm để đưa ra một phương án tốt nhất và áp dụng vào toàn bộ quy trình sản xuất.
• Rút ngắn quá trình điều chỉnh khuôn đúc ngay từ giai đoạn thử nghiệm.
• Đưa ra các dự đoán sát nhất về nguy cơ xảy ra các khiếm khuyết, đặc biệt là khiếm khuyết của kim loại do bị co hoặc ngót bớt ở giai đoạn trước khi bắt đầu sản xuất. Từ đó đưa ra những giải pháp khắc phục kịp thời.
• Nâng cao tỷ lệ thành phẩm, giảm tỷ lệ phế phẩm cho quá trình sản xuất.

Lợi ích khi vận dụng CAE trong các lĩnh vực đời sống

Hiểu được CAE là gì và thông qua những ứng dụng của CAE trong ngành kỹ thuật chúng ta có thể thấy CAE có rất nhiều lợi ích lớn. Những lợi ích này khi vận dụng sẽ giúp đỡ chúng ta rất nhiều trong các lĩnh vực đời sống.

• Giúp các bản thiết kế có khả năng được đánh giá một cách chuẩn xác và nhanh chóng thông qua máy tính thay vì xét từ mô hình thử nghiệm. Từ đó tiết kiệm hiệu quả về thời gian, chi phí cho cả kỹ sư và khách hàng.
• Cung cấp các thông tin hữu ích về bản thiết kế trước khi đưa vào triển khai. Nhờ đó bản thiết kế sẽ ít phải chỉnh sửa giúp tiết kiệm chi phí.
• Làm rõ hơn ý nghĩa của các bản thiết kế giúp các kỹ sư thuận lợi để quản lý mọi rủi ro có thể xảy ra.
• Giúp giải quyết các vấn đề trước khi đưa vào phát triển sản phẩm và sản xuất, làm giảm đáng kể các chi phí liên quan đến sản phẩm.

Lời kết

CAE có một vai trò rất quan trọng đối với chuyên ngành kỹ thuật nói chung và đời sống nói riêng. Thông qua những chia sẻ về CAE là gì, những ứng dụng và lợi ích của CAE trong các lĩnh vực hy vọng đã giúp các bạn có thêm những thông tin bổ ích dành riêng cho mình.