الهندسة بمساعدة الحاسوب

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
التحليل الساكن غير الخطي لهيكل ثلاثي الأبعاد يتعرض لتشوهات لدنة

الهندسة بمساعدة الحاسوب ( CAE ) هي الاستخدام العام للتكنولوجيا للمساعدة في المهام المتعلقة بالتحليل الهندسي .

ملخص

يشمل الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE) طريقة العناصر المحدودة أو تحليلها (FEA)، وديناميكيات الموائع الحسابية (CFD)، وديناميكيات الأجسام المتعددة (MBD)، والمتانة، والتحسين. وهي تُدمج مع التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) والتصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) في مصطلح واحد يُختصر إلى تقنيات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAx).

استُخدم مصطلح CAE لوصف استخدام تكنولوجيا الحاسوب في الهندسة بمفهوم أوسع من مجرد التحليل الهندسي. وفي هذا السياق، صاغ جيسون ليمون، مؤسس شركة أبحاث ديناميكيات الهياكل ( SDRC )، هذا المصطلح في أواخر سبعينيات القرن الماضي. مع ذلك، يُعرف هذا التعريف اليوم بشكل أفضل بمصطلحي CAx وإدارة دورة حياة المنتج (PLM). [ 1 ]

تعتبر أنظمة CAE بشكل فردي بمثابة عقدة واحدة في شبكة معلومات كاملة، ويمكن لكل عقدة أن تتفاعل مع العقد الأخرى على الشبكة.

مجالات ومراحل الهندسة بمساعدة الحاسوب

تشمل مجالات CAE التي يتم تغطيتها ما يلي:

  • تحليل الإجهاد على المكونات والتجميعات باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA)؛
  • تحليل التدفق الحراري وتدفق السوائل باستخدام ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD)؛
  • ديناميكيات الأجسام المتعددة (MBD) وعلم الحركة ؛
  • أدوات تحليل لمحاكاة العمليات لعمليات مثل الصب والقولبة والتشكيل بالضغط؛
  • تحسين المنتج أو العملية.

بشكل عام، هناك ثلاث مراحل في أي مهمة هندسية بمساعدة الحاسوب:

  • المعالجة المسبقة - تحديد النموذج والعوامل البيئية المراد تطبيقها عليه (عادةً ما يكون نموذج العناصر المحدودة، ولكن يتم أيضًا استخدام طرق السطح والفوكسل والصفائح الرقيقة)؛
  • محلل المعادلات (يتم تنفيذه عادةً على أجهزة كمبيوتر عالية القدرة)؛
  • معالجة النتائج لاحقاً (باستخدام أدوات التصور).

يتم تكرار هذه الدورة إما يدويًا أو باستخدام برامج التحسين التجارية .

الهندسة بمساعدة الحاسوب في صناعة السيارات

تُستخدم أدوات الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE) على نطاق واسع في صناعة السيارات . وقد مكّن استخدامها شركات تصنيع السيارات من خفض تكاليف ووقت تطوير المنتجات، مع تحسين سلامة وراحة ومتانة المركبات التي تنتجها. وقد تطورت القدرة التنبؤية لأدوات CAE إلى درجة يتم فيها إجراء جزء كبير من التحقق من التصميم باستخدام محاكاة الحاسوب (التشخيص) بدلاً من اختبار النماذج الأولية المادية . وتعتمد موثوقية CAE على جميع الافتراضات الصحيحة كمدخلات، ويجب أن تحدد المدخلات الحرجة (BJ). وعلى الرغم من التطورات العديدة التي شهدتها CAE، وانتشار استخدامها في المجال الهندسي، إلا أن الاختبار المادي لا يزال ضروريًا. فهو يُستخدم للتحقق من صحة النماذج وتحديثها ، ولتحديد الأحمال وشروط الحدود بدقة، وللموافقة النهائية على النموذج الأولي.

مستقبل الهندسة بمساعدة الحاسوب في عملية تطوير المنتجات

على الرغم من أن الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE) قد رسخت سمعة قوية كأداة للتحقق من صحة التصميم، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها، وتحليلها، إلا أنه لا يزال هناك اعتقاد سائد بأن الحصول على نتائج دقيقة بما يكفي لا يُسهم فعلياً في توجيه عملية التصميم. ومن المتوقع أن يُصبح هذا الأمر مشكلة مع ازدياد تعقيد المنتجات الحديثة، لا سيما الأنظمة الذكية التي تتطلب تحليلاً متعدد الفيزياء يشمل أنظمة التحكم ، فضلاً عن استخدام مواد خفيفة الوزن جديدة، غالباً ما يكون المهندسون أقل دراية بها. ولذلك، تسعى شركات برامج الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE) والمصنعون باستمرار إلى تطوير أدوات وتحسين العمليات لتغيير هذا الوضع.

على صعيد البرمجيات، يسعون باستمرار إلى تطوير برامج حل أكثر قوة، لتحسين استخدام موارد الحاسوب، وإدراج المعرفة الهندسية في عمليات المعالجة المسبقة واللاحقة. وقد شهدت التطورات الأخيرة دمج الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في أدوات الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE)، مما يتيح إجراء عمليات محاكاة فورية ونمذجة تنبؤية. [ 2 ] أما على صعيد العمليات، فيسعون إلى تحقيق توافق أفضل بين الهندسة بمساعدة الحاسوب ثلاثية الأبعاد، ومحاكاة الأنظمة أحادية البعد، والاختبارات الفيزيائية. ومن شأن ذلك أن يزيد من واقعية النمذجة وسرعة الحساب.

تسعى شركات برامج الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE) والمصنّعون إلى دمج هذه التقنية بشكل أفضل في إدارة دورة حياة المنتج الشاملة . وبهذه الطريقة، يمكنهم ربط تصميم المنتج باستخدامه، وهو أمر ضروري للمنتجات الذكية. تُعرف هذه العملية الهندسية المُحسّنة أيضًا باسم تحليلات الهندسة التنبؤية . [ 3 ] [ 4 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ماركس، بيتر. "2007: في ذكرى الدكتور جيسون أ. ليمون، رائد هندسة التصميم بمساعدة الحاسوب" . gfxspeak.com . تم الاطلاع عليه في 2 يوليو 2011 .
  2. ↑ كوهار، كريستوفر ب.؛ غريف، لارس؛ إيلر، توم ك.؛ كونولي، دانيال س.؛ إينال، كان (2021-11-01). "إطار عمل للتعلم الآلي لتسريع عملية التصميم باستخدام محاكاة الهندسة بمساعدة الحاسوب: تطبيق على تحليل العناصر المحدودة في مقاومة الصدمات الهيكلية" . أساليب الحاسوب في الميكانيكا التطبيقية والهندسة . 385 114008. doi : 10.1016/j.cma.2021.114008 . ISSN 0045-7825 . 
  3. ^ فان دير أويراير، هيرمان. أنتونيس، يناير؛ دي بروين، ستيجن؛ لوريدان، يناير (2012). "الهندسة الافتراضية في العمل: تحديات تصميم منتجات الميكاترونيك" . الهندسة مع أجهزة الكمبيوتر . 29 (3): 389-408 . دوى : 10.1007 / s00366-012-0286-6 .
  4. ↑ سيونغ ووك تشو؛ سيونغ ووك كيم؛ جين بيو بارك؛ سانغ ووك يانغ؛ يونغ تشوي (2011). "إطار عمل التعاون الهندسي باستخدام بيانات تحليل CAE". المجلة الدولية للهندسة الدقيقة والتصنيع . 12 .

للمزيد من القراءة

  • ب. رافائيل وإي إف سي سميث (2003). أساسيات الهندسة بمساعدة الحاسوب. جون وايلي. ISBN 978-0-471-48715-9.