你說(shuō)CAE“算不準(zhǔn)”，但為何它偏偏是設(shè)計(jì)端非常重要的一環(huán)？
我們?cè)踉?/span>CAE行業(yè)已經(jīng)十多年，會(huì)聽(tīng)到很多不同的聲音，有來(lái)自業(yè)內(nèi)的，也有業(yè)外的。有人說(shuō)CAE仿真就是“大忽悠”，質(zhì)疑仿真分析的準(zhǔn)確性；也有人說(shuō)CAE仿真是很好的工具，不僅能來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)估產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效果和性能，還能節(jié)省研發(fā)成本和縮短時(shí)間等。
為什么一個(gè)CAE在他們的意識(shí)里，會(huì)有這樣的巨大的認(rèn)知差別呢？為了讓更多人明白這其中的一些底層邏輯，我搜集了一些網(wǎng)友關(guān)于CAE的觀點(diǎn)。他們分享的角度很新穎也蠻有趣，我相信你看完這會(huì)有啟發(fā)性。
一針見(jiàn)血型觀點(diǎn)：
CAE準(zhǔn)不準(zhǔn)，要分情況，如果輸入的是供應(yīng)商給的材料參數(shù)，準(zhǔn)不準(zhǔn)鬼知道。有沒(méi)有用？肯定有用！怎么有用，精髓在對(duì)比，而不是絕對(duì)值。
現(xiàn)身說(shuō)法型觀點(diǎn)：
這位朋友經(jīng)驗(yàn)很豐富，干過(guò)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)，最后干了CAE。他說(shuō)CAE算的準(zhǔn)還是試驗(yàn)的準(zhǔn)，不是簡(jiǎn)單的幾句話能說(shuō)清的。試驗(yàn)結(jié)果始終是有限樣本和很多未知因素的結(jié)果，甚至有些結(jié)果并沒(méi)有被捕捉到，也不可能捕捉到。CAE是在確定條件下給出確定結(jié)果，是經(jīng)典算法的發(fā)展，并不是拿來(lái)替代試驗(yàn)的，也不是和試驗(yàn)結(jié)果直接做簡(jiǎn)單的比對(duì)的。每個(gè)對(duì)標(biāo)都是一個(gè)全新的課題。剛做CAE還和人爭(zhēng)論準(zhǔn)確與否，做久了發(fā)現(xiàn)把準(zhǔn)確與否掛在嘴上的多數(shù)沒(méi)法深入討論，還是不爭(zhēng)論的好。遇到能討論的人也不會(huì)討論這么低級(jí)的問(wèn)題。
通俗易懂型觀點(diǎn)：
就這么說(shuō)吧，沒(méi)了CAE做指導(dǎo)，很多產(chǎn)品都不知道怎么做優(yōu)化和設(shè)計(jì)了。在產(chǎn)品追求極致輕量化的今天，產(chǎn)品可不是像以往一樣，你加點(diǎn)料，改個(gè)材料就能實(shí)現(xiàn)想要的目的。一個(gè)靠譜的結(jié)構(gòu)可能起到的作用比你加幾倍的材料還要好。這種結(jié)構(gòu)的探索，基本上只有CAE能實(shí)現(xiàn)。我可以算的不是100%的準(zhǔn)，但是我可以給你一個(gè)優(yōu)化的方向。 我可以不準(zhǔn)，但是我可以通過(guò)對(duì)比來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)品是否可靠。當(dāng)然，CAE還要和試驗(yàn)相配合，相互驗(yàn)證才能打出有效的組合拳。
形象比喻型觀點(diǎn)：
問(wèn)仿真跟實(shí)驗(yàn)對(duì)比準(zhǔn)不準(zhǔn)的？我感覺(jué)前提就沒(méi)弄明白仿真到底是為啥而存在。
早期，當(dāng)數(shù)值分析和仿真軟件尚未問(wèn)世之時(shí)，設(shè)計(jì)師們僅憑一些基礎(chǔ)的手算公式來(lái)進(jìn)行受力分析，或是運(yùn)用彈性力學(xué)公式對(duì)板殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。這一過(guò)程，可稱之“手工CAE”。談及手算CAE與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，想必大家心中都有一桿秤。然而，這能說(shuō)明手算CAE就毫無(wú)價(jià)值嗎？當(dāng)然不能。前面已提及，手算CAE的局限性顯而易見(jiàn)，能解決的問(wèn)題相對(duì)有限，正因如此，數(shù)值分析應(yīng)運(yùn)而生，將理論解進(jìn)一步拓展為基于理論的數(shù)值解，姑且稱之為“電腦CAE”。電腦CAE的出現(xiàn)，無(wú)疑彰顯了其巨大的價(jià)值。隨著計(jì)算方法的不斷革新，“電腦CAE”相較于手工CAE，能更貼近實(shí)際工程情況，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差也大幅縮小。
回到原點(diǎn)，根據(jù)馬斯克的第一性原理，電腦CAE的初衷正是為了取代手工CAE，而非取代實(shí)驗(yàn)。因此，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，并非其首要任務(wù)，而是錦上添花之舉，非剛需也。無(wú)論是電腦CAE還是手工CAE，它們本質(zhì)上都是對(duì)實(shí)際工程系統(tǒng)的一種物理抽象。只要“電腦CAE”能解決“手工CAE”無(wú)法解決的問(wèn)題，且精度更高，那便足夠了。這一點(diǎn)，不僅外行可能不甚了解，甚至許多仿真工程師自己也未能充分意識(shí)到，他們時(shí)常因電腦CAE結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差距而自責(zé)、懷疑甚至否定自己。
相信你看完上面這幾個(gè)觀點(diǎn)，心里應(yīng)該有自己的答案了。下面我們繼續(xù)來(lái)探討CAE“算不準(zhǔn)”。
在工程技術(shù)領(lǐng)域，CAE作為一種強(qiáng)大的輔助工具，其地位不容忽視。然而，對(duì)于有些產(chǎn)品工程師而言，似乎總帶著一層“算不準(zhǔn)”的偏見(jiàn)。
他們發(fā)現(xiàn)，CAE計(jì)算的理論值與試驗(yàn)的測(cè)試值往往存在一些出入，他們就斷定CAE不可信，如果信了那些用軟件分析的數(shù)據(jù)，那還要試驗(yàn)測(cè)試干嘛。因此，在面對(duì)CAE優(yōu)化方案時(shí)，他們可能會(huì)心生疑慮：這些仿真分析方案真的可靠嗎？
確實(shí)，對(duì)于部分CAE工程師來(lái)說(shuō)，他們也無(wú)法百分之百確定CAE的準(zhǔn)確性。這其中的根源，部分在于他們可能缺乏實(shí)際項(xiàng)目操作經(jīng)驗(yàn)。僅是在虛擬仿真環(huán)境中進(jìn)行多輪迭代、制定多個(gè)方案，這并不足以讓他們對(duì)CAE的準(zhǔn)確性產(chǎn)生充分的信心。真正的考驗(yàn)在于，他們是否能夠通過(guò)仿真解決實(shí)際問(wèn)題，并且這些問(wèn)題都有試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐，形成閉環(huán)驗(yàn)證。
然而，這是否意味著CAE真的“算不準(zhǔn)”呢？
答案并非絕對(duì)。在線性范圍內(nèi)，CAE實(shí)際上具有較高的精度。但要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要滿足一系列前提條件：合理的模型簡(jiǎn)化方法、準(zhǔn)確的材料性能數(shù)據(jù)，以及與物理試驗(yàn)一致的邊界條件。當(dāng)這些條件得到滿足時(shí)，CAE在分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)、剛度等方面都能夠達(dá)到較高的精度。
但在非線性范圍內(nèi)的情況則相對(duì)來(lái)說(shuō)有些復(fù)雜，由于部件相互作用的摩擦因子、材料性能參數(shù)等多方面的不確定性，CAE分析值大概率會(huì)存在偏差。此外還存在不同的分析軟件和網(wǎng)格差異也可能導(dǎo)致結(jié)果的不同。
那么，既然CAE存在“算不準(zhǔn)”的問(wèn)題，它為何偏偏是設(shè)計(jì)頂端非常重要的一環(huán)？
首先，我們需要明確的是，工程本身就是一種近似，其中充滿了太多的不確定因素。而CAE在其中扮演的是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的角色，它并不需要像解算術(shù)問(wèn)題那樣得到一個(gè)精確值。相反，CAE的精髓在于簡(jiǎn)化工程問(wèn)題，用最短的時(shí)間、最低的代價(jià)找到解決工程問(wèn)題的方向。雖然簡(jiǎn)化過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生一定的失真，但現(xiàn)代的商業(yè)軟件已經(jīng)具備了成熟的理論體系與算法，能夠基于規(guī)范化的建模盡可能地減小這種失真。
其次，從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，CAE已經(jīng)證明了其巨大的價(jià)值。在汽車(chē)、電子電器、機(jī)械等領(lǐng)域，CAE已經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展歷史，其理論和算法已經(jīng)趨于成熟。同時(shí)，CAE在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用成果也充分驗(yàn)證了其能夠驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提質(zhì)、增效、降本的能力。例如，在新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)周期的不斷縮短中，CAE功不可沒(méi)。它幫助工程師們更快地找到問(wèn)題的解決方案，從而加速了產(chǎn)品的上市進(jìn)程。
盡管你說(shuō)CAE存在“算不準(zhǔn)”，但它在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的核心地位仍然不可動(dòng)搖。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，我們有理由相信，CAE將在未來(lái)發(fā)揮更加重要的作用，為工程技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)更多的創(chuàng)新和突破。
