概述

    随着计算机技术及应用的迅速发展,特别是大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,使计算机图形学(Computer Graphics,CG)、计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)与计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM)等新技术得以十分迅猛的发展。CAD、CAM已经在电子、造船、航空、航天、机械、建筑、汽车等各个领域中得到了广泛的应用,成为最具有生产潜力的工具,展示了光明的前景,取得了巨大的经济效益。

    计算机技术的迅速发展还推动了现代企业管理的发展,企业管理借助于管理信息系统的支持与帮助,利用信息控制国民经济部门或企业的活动,做出科学的决策或调度,从而提高管理水平与效益。企业生产经营活动的各个环节,从工程的立项、签约、设计、施工(生产),一直到交工(交货),是一个连续的过程,有机的整体。计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)技术的提出就是要把工程(生产)的各个环节有机地组织起来,其关键就是将有关的信息集成,使其产生并存在于工程(产品)的整个生命周期。因此,CAE系统是一个包括了相关人员、技术、经营管理及信息流和物流的有机集成且优化运行的复杂的系统。

    计算机图形学是研究用电子数字计算机及其图形输入输出设备生成图形的技术。它建立在图学、应用数学及计算机科学相结合的基础上,是CAD、CAM、CAE的基础之一。   计算机辅助设计是建立某种模式和算法、支撑及应用软件,使计算机按设计人员的意图去进行科学分析和计算,做出判断和选择,最后输出满意的设计结果并生成图纸。   计算机辅助制造是通过把计算机与生产设备联系起来,实现用计算机系统进行生产的计划、管理、控制及操作的过程,是应用计算机进行制造信息处理的总称。   计算机辅助工程是研究用计算机来帮助设计人员和工程(生产)管理人员进行工程(生产)计划、管理、设计和控制的技术。CAE包括有工程项目计划管理、工程项目的辅助设计、工程项目的辅助施工管理等内容。当然,工厂生产某种产品,例如造船厂的船舶建造或其他机械产品的生产过程都可以看作是某工程项目的实施。所以,CAE比CAD、CAM有更广泛的内涵,它包含更大的应用范围和更全面的功能,例如,房屋、桥梁等建筑,大型工程的实施(水库、水坝、电站等),造船等。


功能及用途


    CAE技术是将工程的各个环节有机地组织起来,应用计算机技术、现代管理技术、信息科学技术等科学技术的成功结合,实现全过程的科学化、信息化管理,以取得良好的经济效益和优良的工程质量。


    CAE的功能结构应包含计算机辅助工程计划管理、计算机辅助工程设计、计算机辅助工程施工管理及工程文档管理等项。


    计算机辅助工程计划管理包括工程项目的可行性论证、标书、成本与报价、工程计划进度、各子项工程计划与进度、预决算报告等。


    计算机辅助工程设计包括工程的设计指标、工程设计的有关参数及CAD系统,在CAD系统中应强调设计人员的主导作用,同时注重计算机所提供的支撑与帮助,以在最短的时间内拿出最优的设计方案来。同时,还要注意设计数据的提取和保存,以使其有效地服务于工程的整个生命周期。


    计算机辅助施工管理包括工程进度、工程质量、施工安全、施工现场、施工人员、物料供给等方面的管理、控制和调度。它涉及到工程管理学、运筹学、统计学、质量控制等科学技术。当然,管理人员的自身素质是管理工作中的决定因素,必须十分重视管理人员在管理环节中的作用。


    CAE技术可广泛地应用于国民经济的许多领域,像各种工业建设项目,例如工厂的建设,公路、铁路、桥梁和隧道的建设;像大型工程项目,例如电站、水坝、水库、船台的建造,船舶及港口的建造和民用建筑等。它还可应用于企业生产过程之中,及其它的企业经营、管理控制过程中,例如工厂的生产过程、公司的商业活动等。

关键技术


    CAE技术是一门涉及许多领域的多学科综合技术,其关键技术有以下几个方面。


计算机图形技术
    CAE系统中表达信息的主要形式是图形,特别是工程图。在CAE运行的过程中,用户与计算机之间的信息交流是非常重要的。交流的主要手段之一是计算机图形。所以,计算机图形技术是CAE系统的基础和主要组成部分。

三维实体造型
    工程设计项目和机械产品都是三维空间的形体。在设计过程中,设计人员构思形成的也是三维形体。CAE技术中的三维实体造型就是在计算机内建立三维形体的几何模型,记录下该形体的点、棱边、面的几何形状及尺寸,以及各点、边、面间的连接关系。


数据交换技术
    CAE系统中的各个子系统,个个功能模块都是系统有机的组成部分,它们都应有统一的几类数据表示格式,是不同的子系统间、不同模块间的数据交换顺利进行,充分发挥应用软件的效益,而且应具有较强的系统可扩展性和软件的可再用性,以提高CAE系统的生产率。各种不同的CAE系统之间为了信息交换及资源共享的目的,也应建立CAE系统软件均应遵守的数据交换规范。目前,国际上通用的标准有GKS、IGES、PDES、STEP等。


工程数据管理技术
    CAE系统中生成的几何与拓扑数据,工程机械,工具的性能、数量、状态,原材料的性能、数量、存放地点和价格,工艺数据和施工规范等数据必须通过计算机存储、读取、处理和传送。这些数据的有效组织和管理是建造CAE系统的又一关键技术,是CAE系统集成的核心。采用数据库管理系统(DBMS)对所产生的数据进行管理是最好的技术手段。


管理信息系统
    工程管理的成败,取决于能否做出有效的决策。一定的管理方法和管理手段是一定社会生产力发展水平的产物。市场经济环境中企业的竞争不仅是人才与技术的竞争,而且是管理水平、经营方针的竞争,是管理决策的竞争。决策的依据和出发点取决于信息的质量。所以,建立一个由人和计算机等组成的能进行信息收集、传输、加工、保存、维护和使用的管理信息系统,有效地利用信息控制企业活动是CAE系统具有战略意义、事关全局的一环。工程的整个过程归根结蒂是管理过程,工程的质量与效益在很大程度上取决于管理。


CAE系统

    CAE系统是一个包括工程各个环节的集成系统,是计算机应用的一个重要方面。从系统结构上看,大致可分为两类:集中式系统和工作站网络系统。


    在集中式系统中,视系统的需要配置一台中、小型机或大型机,构造成CAE系统的信息中心和指挥中心,其各个工程环节的分系统可以是该中心计算机的终端机、工作站,甚至是小型机,它们与中心机通过网络连接。这种系统的中心机功能较强,是信息存储的中心,也是信息传送、处理的中心。这样的系统一次性投资较大,使用起来灵活性不强。

    采用工作站网络来构造CAE系统,各工程分系统分别设置一台或多台工作站,各自实现所担负的功能,完成所分配的工作,通过网络来进行信息的交换。这样的系统造价较低,而且具有较强的灵活性,适合于工程项目复杂多变的特点。

 

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