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物理电学实验软件 CAE工程师究竟是个哪些岗位?

更新时间:2023-10-24 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

假如有人问我是做哪些的,我发觉在涉及到CAE时,我很难用浅显易懂的语言让他人一听便理解。这不是观众的问题,应当是我沟通的问题。所以我花了较多的时间重新来思索,写下下列文字,期望能解开CAE的神秘面纱,让它平民化。JPj物理好资源网(原物理ok网)

要想了解CAE,首先我们来看人类认识和探求自然大致有以下几种形式。JPj物理好资源网(原物理ok网)

一是观察,这特别好理解;JPj物理好资源网(原物理ok网)

二是推演,从已知的东西、按照一定的逻辑方式,推断未知的世界,也比较好理解;JPj物理好资源网(原物理ok网)

三是试验,虽然应当与观察并为一类,为何我要单列呢?由于试验比观察更未能举办,须要更多的设计、组织、测量、分析,并用到好多复杂的试验设备;最后一种方法是估算模拟,并不是所有的东西都可以通过观察、推演和试验获得,例如受制于漫长的数学时间过程、比如宇宙的演进,例如难以在试验中复制现象发生的化学物理环境、比如核武的爆燃过程。JPj物理好资源网(原物理ok网)

为何还能举办估算模拟呢?由于人类在数千年的知识进化中,对于部份学科,产生了较为完整或严格的理论体系,这个理论体系在物理上早已被证明是合理的、正确的。JPj物理好资源网(原物理ok网)

浅显地说,对于无论是自然现象还是产品工作过程(其实只是一部份),我们早已发展出了可以用一组多项式精确地描述这个过程,我们若希望了解更多的时间或空间上的细节或结果物理电学实验软件,只要设法把多项式解下来即可。JPj物理好资源网(原物理ok网)

假定我们你们理解了上述内容,就理解了CAE的基础。JPj物理好资源网(原物理ok网)

接出来,我们将范围缩小到产品开发,这儿的产品特质狭义上的实体产品。我们来看CAE处于产品开发中的哪些环节。首先我们来重温一下产品开发流程。JPj物理好资源网(原物理ok网)

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我们再聚焦于最重要的开发目标—产品性能,围绕产品性能,大量的不同事科铺陈展开,几乎涵盖了大部份人类文明发展出来的各种理工科学科专业。这是学院教育和社会上专业研制人员分工的基础。企业设置了各种部门和团队来承当那些专业性工作。JPj物理好资源网(原物理ok网)

在产品流程开发中,设计目标例如产品性能,必须通过试验测试来验证设计是否达到性能目标。通常来说,要通过多次迭代设计、不断制造化学样机、并做试验来验证。周期和成本十分高。并且只是知其然、不知其所以然。JPj物理好资源网(原物理ok网)

倘若我们能在产品设计的数字化样机(即在计算机上设计出全三维模型)阶段,能通过在计算机上做试验(即计算机仿真,CAE)判定性能是否符合设计要求,那设计迭代大部份工作就只需在计算机上完成,牵连不到化学样机制造和试验,也就没有花费成本和时间的材料订购、开模、工装治具、生产制造、装备、试验等。等数字化样机和计算机试验反复做的差不多,最后再去做少量化学样机制造和试验,产品能够基本定型。JPj物理好资源网(原物理ok网)

理解了计算机仿真在产品开发中所处的阶段后,我们来瞧瞧为何CAE能在计算机上做实验,是如何实现的?我们以客机设计为例。JPj物理好资源网(原物理ok网)

你们晓得,客机才能克服重力起飞,要靠客机机体(主要是喷管)以一定速率、角度切割空气形成升力。我们在计算机上初步设计出一架客机(这架客机有了特定的规格、曲面、结构布局、关键空间特点)后,怎样判别才能这个设计是否满足这种指标?JPj物理好资源网(原物理ok网)

以升力和阻力为例。这个问题从学科上归结于空气动力学问题,客机以一定速率和角度切割空气,空气会在机身绕流,在机身的不同地方会有不同的空气压力、速度,以翼型为例,上下表面的压力差就构成了向下抬高客机的升力。空气绕流客机的过程,可以由一组偏微分等式可以精确地描述,它叫-多项式,1827年就早已由美国和法国的科学家共同提出来。只要解出这组多项式,客机机身及周边各个点上的压力、速度都有了。这组多项式十分复杂,流体热学专家们这一百多年来主要努力在解这组多项式,仍然在发展各种算法、各类物理和数学模型。辛运的是物理电学实验软件,近几六年人类有了计算机,就可以将复杂的估算通过程序交由计算机来解。JPj物理好资源网(原物理ok网)

我们不花时间来讲怎么解那些多项式的算法和软件实现,只须要你们明白,在算法理论不断进步的前提下,是越来越强悍的计算机在人类的指令(程序)出来解这种多项式,越解越快,越解越精细。JPj物理好资源网(原物理ok网)

实际上这个过程浅显地说就是在计算机上做吹风试验,来验证一种客机设计的空气动热学特点是否满足要求。其实,最后我们还要在真实的风洞中做吹风试验,但次数已大大降低、时间大大节省、成本大大压缩,你们晓得吗?C919小型飞机在德国做风洞试验,一次要几千亿元人民币,虽然在目前有计算机仿真的情况下,也要做几十次、几百次的试验,假如没有计算机仿真呢?代价几乎是难以想像的。JPj物理好资源网(原物理ok网)

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这么最后我们阐述计算机仿真到底有什么类别?目前处于哪些发展状态?JPj物理好资源网(原物理ok网)

通常来说,CAE主要关注产品特点中的具象出的化学性能,例如热学特点、电学特点、光学特点等。根据被关注的数学特点,通常有那么几类软件:JPj物理好资源网(原物理ok网)

结构剖析软件:关注硬度、刚度、振动特点JPj物理好资源网(原物理ok网)

CAE和CAD(计算机辅助设计,浅显地说就是计算机作图或数字化样机设计)、CAM(计算机辅助制造,例如数控车床编程)、CAPP(计算机辅助工艺规划)等合称为CAx,是制造业中最为核心的研制价值链,也是国外制造业和美国差别的主要领域。JPj物理好资源网(原物理ok网)

CAx和PDM产品数据管理都归为一个特定的制造业信息化大领域PLM(产品寿命周期管理)。PLM在全球是一个巨大的产业,2014年全球PLM总产量372亿港元,但在中国仅为14.69亿美元。随着中国制造业的产业变革,中国PLM市场的增长空间巨大无比。JPj物理好资源网(原物理ok网)

从以上剖析可以看出,CAE是一个不折不扣的最低端的高科技领域,也是近四六年来新加坡等国家对中国封锁最严的领域。日本人有一个简单的逻辑思维:一旦中国人获得了顶尖的CAE软件或把握了开发CAE软件的全部技能,理论上设计任何国防和高科技产品都有了可能。由于CAE帮中国人实现了知其然并知其所以然。JPj物理好资源网(原物理ok网)

但事实是,中国与发达国家的差别十分大,中国的科学家(例如热学科学家)、计算技术科学家(算法研究和实现)、计算机图形等方面不缺顶级大神,中国缺位了体制(非常是科研管理体制、高等教育体制)、文化(非常是创业文化、合作文化)、市场化方面的优势,同时中国丧失了从上世纪70年代到90年代宝贵的20年、这个20年是发达国家CAE技术急速发展的20年,以及中国制造业过去整体上以仿造、高密度资本、高人力成本、高资源消耗为主要特点,缺乏对原创性研制的追求,CAE自主化的市场应用环境因而并未产生。JPj物理好资源网(原物理ok网)

但差别也是机遇,希望更多的优秀人才、产业资本才能聚拢到这个领域,那将是一件不但商业上可以创造奇迹、对于整个国家也是形成巨大价值的伟业。JPj物理好资源网(原物理ok网)

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