Computer-Aided Engineering (CAE) bezeichnet die Verwendung von Computerprogrammen zur Simulation der Leistung, damit für eine Vielzahl an Branchen die Produktkonstruktion verbessert oder die Lösung technischer Probleme erleichtert werden kann. Dies umfasst die Simulation, Validierung und Optimierung von Produkten, Prozessen und Fertigungswerkzeugen.

Ein typischer CAE-Prozess umfasst eine Vorverarbeitung, Lösungsschritte und eine Nachbearbeitung. In der Vorverarbeitungsphase modellieren die Ingenieure die Geometrie und die physikalischen Eigenschaften der Konstruktion sowie die Umgebung in Form von angewandten Lasten und Randbedingungen. Als Nächstes wird das Modell mithilfe einer entsprechenden mathematischen Formulierung der zugrunde liegenden Physik gelöst. In der Nachbearbeitungsphase werden die Ergebnisse dem Ingenieur zur Prüfung vorgelegt.

CAE-Anwendungen unterstützen eine breite Auswahl ingenieurwissenschaftlicher Disziplinen und Phänomene. Hier einige Beispiele:

• Spannungs- und Dynamikanalysen an Komponenten und Baugruppen mit Finite-Elemente-Analysen (FEA)
• Temperatur- und Strömungsanalysen mithilfe numerischer Strömungssimulationen
• Kinematik- und Dynamikanalysen von Mechanismen (Mehrkörperdynamik)
• Mechanische Ereignissimulation (MES)
• Steuerungssystemanalysen
• Simulation von Fertigungsprozessen wie Gießen, Formen und Formpressen
• Optimierung von Produkten oder Prozessen

Einige technische Probleme erfordern die Simulation mehrerer Phänomene, um die zugrunde liegende Physik darzustellen. CAE-Anwendungen, die sich mit derartigen Problemen befassen, werden oft als Multiphysiklösungen bezeichnet.

Vorteile von CAE

Die Vorteile von CAE umfassen niedrigere Produktentwicklungskosten und kürzere Entwicklungszeiten sowie eine verbesserte Produktqualität und -lebensdauer.

• Konstruktionsentscheidungen können basierend auf ihren Auswirkungen auf die Leistung getroffen werden.
• Konstruktionen können statt mit Tests an physikalischen Prototypen mit Computersimulationen evaluiert und verfeinert werden, wodurch Zeit und Geld gespart wird.
• CAE-Anwendungen können bereits frühzeitig im Entwicklungsprozess, wenn Konstruktionsänderungen noch mit geringem finanziellen Aufwand verbunden sind, einen Einblick in die Produktleistung geben.
• CAE unterstützt Entwicklungsteams bei der Risikoverwaltung und sorgt für ein besseres Verständnis der Leistungsimplikationen ihrer Konstruktionen.
• Ein integriertes CAE-Daten- und -Prozessmanagement dehnt die Möglichkeit zur effektiven Nutzung von Einblicken in die Produktleistung und zur Optimierung von Konstruktionen auf einen größeren Personenkreis aus.
• Gewährleistungsrisiken werden gesenkt, indem mögliche Probleme frühzeitig erkannt und behoben werden können. CAE-Anwendungen, die sauber in die Produkt- und Fertigungsentwicklung integriert sind, ermöglichen die frühzeitige Lösung von Problemen, wodurch sich die über den gesamten Produktlebenszyklus anfallenden Kosten erheblich senken lassen.

CAE Software

Beispiele für CAE-Softwareanwendungen:

NX ist eine Suite integrierter, vollständig assoziativer CAD-, CAM- und CAE-Anwendungen. Zu den Simulationsanwendungen von NX zählen dynamische Bewegungssimulationen, lineare und nicht lineare Spannungsanalysen, Leistungssimulationen auf Systemebene, dynamische Reaktionssimulationen, Schwingungsberechnungen, Strömungs- und Temperaturanalysen, Lebensdaueranalysen, Multiphysik-Berechnungen sowie Analysen physikalischer Zusammenhänge.

NX Nastran ist ein Finite-Elemente-Solver zur Analyse von Spannungen, Schwingungen, strukturellem Versagen bzw. struktureller Lebensdauer, Wärmeübertragung, Geräuschen bzw. Akustik und Flattern bzw. Aeroelastizität.

Femap ist ein CAD-unabhängiger, Windows-basierter Pre- und Postprozessor für fortschrittliche FEA-Analysen. Femap bietet Konstrukteuren und Berechnungsspezialisten selbst für komplexeste Aufgaben eine einfach anzuwendende, genaue und kostengünstige FEA-Lösung.

Solid Edge Simulation ist ein integriertes FEA-Tool, mit dem Konstrukteure Teile und Baugruppen innerhalb der Solid Edge-Umgebung digital überprüfen können. Da es auf der bewährten Modellierungstechnologie Femap für Finite Elemente basiert, reduziert Solid Edge Simulation die Verwendung realer Prototypen erheblich. Auch Material- und Testkosten sowie Konstruktionszeit werden eingespart.

Die folgenden Softwarekomponenten werden von den Entwicklern von CAE-Software als Grundlage für ihre Anwendungen verwendet:

Parasolid ist eine Komponentensoftware für die geometrische 3D-Modellierung, die Benutzern von auf Parasolid basierenden Produkten die Modellierung komplexer Teile und Baugruppen ermöglicht. Sie kommt als Geometriekern in einer Vielzahl verschiedener CAD-, CAM- und CAE-Anwendungen zum Einsatz.

Bei den D-Cubed-Komponenten handelt es sich um sechs Softwarebibliotheken, die von Softwareentwicklern zur Integration in ihre Produkte lizensiert werden. Die von ihnen bereitgestellten Möglichkeiten umfassen parametrische Entwürfe, die Konstruktion von Teilen und Baugruppen, Bewegungssimulationen, das Erkennen von Kollisionen, Abstandsmessungen sowie die Visualisierung versteckter Linien.