CAE là gì? Những ứng dụng của CAE trong ngành kỹ thuật

Mục lục

Ngoài thông tin lý giải để các bạn quan tâm hiểu rõ CAE là gì thì Bích Phượng còn gửi tới bạn nhiều thông tin hữu ích xoay quanh khái niệm này, từ đó giúp bạn củng cố hiệu quả một phần kiến thức quan trọng của mảng ngành Kỹ thuật.

1. Đi tìm lời đáp CAE là gì?

CAE vốn dĩ là một từ viết tắt của cụm từ Computer – Aided Engineering. CAE nói về việc con người dùng phần mềm máy tính để mô phỏng lại mọi hoạt động thực tế của các sản phẩm. Đi từ mô phỏng lại cho đến đưa ra các giải pháp cải thiện sản phẩm trên phương diện thiết kế. Hoặc CAE tham gia vào quá trình hỗ trợ trong rất nhiều ngành công nghiệp nói chung để giải quyết các vấn đề liên quan đến mặt kỹ thuật. Dù là giúp cải thiện hay hỗ trợ giải quyết vấn đề thì quy trình của CAE cũng đều bao gồm các thao tác, nhiệm vụ như mô phỏng – xác nhận, tối ưu – đưa sản phẩm vào quy trình – sử dụng công cụ sản xuất. Với chức năng vốn có, CAE trở thành một công cụ hữu dụng trong tương lai khi được các nhà kỹ thuật đưa vào chiến lược: trở thành công cụ chính của quá trình cung cấp thông tin , từ đó giúp cho người thiết kế dễ dàng đưa ra quyết định.

2. Tìm hiểu lĩnh vực – giai đoạn của CAE

2.1. Lĩnh vực mà CAE thể hiện

- Phân tích ứng suất của những bộ phận lắp ráp và thành phần có dùng FEA (Finite Element Analysis)

- Ứng dụng trong MBD (Multibody dynamics) và trong Kinematics

- Phân tích chất lỏng CDF (Computational Fluid dynamics) và dòng chảy của chất lỏng

- Làm công cụ phân tích đối với những mô phỏng quá trình đối với những hoạt động như làm khuôn, khuôn đúc, đúc sản phẩm

- Tối ưu hóa quy trình, tối ưu hóa sản phẩm

2.2. Giai đoạn của CAE

CAE có ba giai đoạn thực hiện chính bao gồm:

Giai đoạn đầu: xác định rõ ràng mô hình như mô hình tấm mỏng, phần tử hữu hạn, phương thức voxel, phương thức facet; xác định yếu tố thuộc về môi trường được lựa chọn sử dụng

Giai đoạn giữa: giai đoạn Analysis solver. Giải đoạn này thường sẽ được các kỹ thuật viên thực hiện tại những máy tính có đặc điểm cấu hình cao.

Giai đoạn kết thúc: xử lý kết quả bằng những công cụ trực quan.

Ba giai đoạn này tạo thành một chu kỳ mang đặc điểm được lặp đi lặp lại nhiều lần với tần suất thường xuyên. Nhân viên kỹ thuật có thể thực hiện chu trình đó theo hai cách, thứ nhất là thực hiện thủ công, cách thứ hai là vận dụng những phần mềm có chức năng giúp tối ưu hóa thương mại cao.

3. Tìm hiểu những ứng dụng phổ biến của CAE trong ngành kỹ thuật

3.1. Phân tích chi tiết

CAE có khả năng giúp con người phân tích các sản phẩm kỹ thuật một cách chi tiết nhất. Khả năng này được thực hiện nhờ vào phương pháp phần tử hữu hạn. Người kỹ thuật viên sẽ chia nhỏ các chi tiết sản phẩm ra nhiều phần tử để tiến hành tính toán, bằng cách này tỉ lệ cho ra kết quả chính xác sẽ ở mức cao nhất. Nó đặc biệt hiệu quả đến cả những loại chi tiết có đặc điểm bề mặt phức tạp. Kết quả phân tích các chuẩn xác thì càng có giá trị cao khi có thể giúp cho các kỹ sư nắm rõ về ứng xử cơ học của mỗi chi tiết khi chúng ở từng trạng thái cụ thể nào đó.

3.2. Truyền nhiệt CFD – Phân tích dòng chảy

Đây là hai bài toán khó đặt ra thử thách cho người kỹ sư. Tuy nhiên, nếu biết sử dụng CAE để giải quyết chúng thì không còn trở ngại quá lớn. Vậy CAE được ứng dụng như thế nào để xử lý hai bài toàn kỹ thuật này?

Thứ nhất, đối với bài toán truyền nhiệt CFD, thông qua các dữ liệu có được, kỹ sư sẽ dễ dàng đưa ra đánh giá, nhận xét quá trình diễn ra sự tương tác, trao đổi nhiệt độ ở nhiều sản phẩm mang đặc điểm đòi hỏi mức chính xác cao, điển hình như chip xử lý có trong bo mạch, các bộ vi mạch,  và kết quả quan trọng nhất vẫn là giúp kỹ sư phát hiện kịp lỗi xảy ra trong quá trình thiết kế. Điều đó đặc biệt quan trọng để giúp hạn chế sự thiệt hại trong quá trình sản xuất hàng hóa.

3.3. CAE giúp phân tích động học cơ cấu

CAE sẽ mang đến sự hỗ trợ tuyệt vời khi giúp các kỹ sư có thể mô phỏng lại sự chuyển động của cơ cấu, hiểu hơn về cách ứng xử của chi tiết để biết được chúng có tương thích với điều kiện thực tế trong công việc hay không. Nhiệm vụ này sẽ giúp con người tìm ra nhanh chóng mọi lỗi sai từ trong các bản thiết kế, đồng thời có định hướng rõ ràng về cách khắc phục, hiệu quả tuyệt vời nhất đó chính là giúp nhà máy giảm được thời gian cho quá trình thử nghiệm, hạn chế sự phát sinh lỗi khi hệ thống máy móc đi vào thực tiễn thực hành.

Trong quá trình phân tích động học cơ cấu, kỹ sư thường sẽ phải đối diện với một số bài toán như sau:

- Đánh giá mức độ an toàn đối với những người trực tiếp sử dụng sản phẩm

- Các bài toán liên quan đến sự va chạm

- Mô phỏng lại sự rơi tự do của các vật

Với việc tận dụng triệt để ứng dụng này, nhiều hãng ô tô nổi tiếng đã mang đến sự cải tiến vô cùng tuyệt vời cho các dòng xe của mình và đưa chúng lên tầm thương hiệu như BMW, Ford, Audi, Volkswagen, Ferrari, Tesla,…

3.4. CAE mô phỏng nhiều quá trình: đúc, làm khuôn,… sản phẩm

Thường thì CAE sẽ được người ta áp dụng trong rất nhiều quá trình ngay từ giai đoạn đầu tiên trong hoạt động thiết kế khuôn, đúc. Nhờ vậy mà khách hàng sẽ nhận lại được những tiện ích nhất định:

- Khách có thể tự mình đánh giá sản phẩm để từ đó đưa ra được một phương án tốt nhất và áp dụng vào toàn quy trình sản xuất

- Làm ngắn lại quá trình điều chỉnh khuôn đúc trong giai đoạn thử nghiệm

- Dễ dàng đưa ra dự đoán sát nhất về nguy cơ xảy ra các khiếm khuyết mà đặc biệt là khiếm khuyết của kim loại có thể bị co hoặc bị ngót bớt ở giai đoạn trước khi bắt đầu đi vào sản xuất. Quan trọng hơn cả là thông qua các dự đoán đó có thể đưa ra những biện pháp hiệu quả để khắc phục.

- Tăng tỷ lệ thành phẩm và giảm tỷ lệ phế phẩm cho quá trình sản xuất

4. Những lợi ích thiết thực khi vận dụng CAE vào trong sản xuất

Dựa vào sự hiểu biết rõ ràng CAE là gì và thông qua rất nhiều ứng dụng vừa nêu trên, có thể thấy CAE có được rất nhiều lợi ích lớn. Nắm bắt rõ về những lợi ích này cũng là cách giúp cho bạn, cho những ai đang là kỹ sư CAE dễ dàng vận dụng nó vào nhiều lĩnh vực của đời sống hơn.

- Thứ nhất, bản thiết kế có khả năng được đánh giá chuẩn xác và nhanh chóng thông qua máy tính thay vì xét từ mô hình thử nghiệm, giúp cả người kỹ sư lẫn khách hàng tiết kiệm hiệu quả thời gian lẫn tiền bạc

- CAE có khả năng cung cấp thông tin hữu ích về bản thiết kế trước khi được đưa vào triển khai trong quá trình. Do đó bản thiết kế sẽ ít phải thay đổi, chỉnh sửa nên đỡ tốn kém chi phí hơn

- Con người thông qua CAE sẽ hiểu rõ hơn ý nghĩa mà các bản thiết kế của mình mang lại, đồng thời cũng giúp họ thuận lợi khi quản lý mọi nguy cơ rủi ro có thể xảy ra

- Ở một phạm vi rộng lớn hơn, CAE còn có thể đưa vào áp dụng ở quy mô sản xuất và phát triển phẩm với chức năng tham gia vào giai đoạn trước của quá trình sản xuất để kịp thời phát hiện các vấn đề lỗi, làm cho cả quá trình sản xuất được đảm bảo diễn ra đúng quy chuẩn và suôn sẻ do không còn lỗi sai tồn tại, từ đó không gây tốn kém chi phí phát sinh.

5. So sánh giữa CAE với CAM và CAD

Công nghệ số hiện đại lên ngôi đã mang đến cho thế giới con người không ít những công cụ thông minh, tiện dụng. Để đảm bảo cho hoạt động thiết kế sản phẩm ngày một chuyên nghiệp, tạo điều kiện thuận lợi cho các giai đoạn sản xuất, tính toán ở phía sau và hướng tới mục tiêu tăng hiệu quả năng suất lao động thì người ta đã cho ra đời rất nhiều phần mềm tối ưu. Quá trình hình thành và nâng cấp các phần mềm đã tạo ra rất nhiều sản phẩm công nghệ “na ná” giống nhau và trong đó cũng có những chương trình giống với CAE đó là CAM và CAD. Nhiệm vụ của bạn là phải phân biệt rõ ràng ba thuật ngữ này để có thể vận dụng chúng đúng đắn, hiệu quả trong quá trình sản xuất.

Về cơ bản, cả CAE, CAM và CAD đều thuộc vào một hệ thống CA (Computer – Aided, như vậy có nghĩa là cả ba chương trình này đều phục vụ cho việc tối ưu quá trình của con người thông qua máy tính. Sự khác nhau của từng loại nằm ở chữ cái cuối cùng, mỗi yếu tố thể hiện vai trò ở lĩnh vực khác nhau: CAE thiên về phương diện kỹ thuật – E = Engineering, CAD – D = Design sử dụng trong mảng ngành thiết kế, CAM – M = Manufacturing chỉ sự sản xuất. Rõ ràng, phương diện mà chúng thể hiện chính là sự khác biệt rõ ràng nhất nhưng có thể cùng kết hợp theo quy trình.

Chẳng hạn như trong quy tình sản xuất ô tô, CAD tham gia vào quá trình thiết kế với những chi tiết rõ ràng về kích thước, kiểu dáng ô tô; CAE sẽ phụ trách tính toán những thông số kỹ thuật và CAM trực tiếp sản xuất ô tô để cung cấp cho thị trường.

Với những thông tin cụ thể về CAE là gì, CAE có những đặc điểm gì,… nêu ở trên đây, Bích Phượng nghĩ rằng, những ai có ý định tham gia vào lĩnh vực kỹ thuật sẽ dễ dàng hình dung được những nhiệm vụ mình cần thực hiện, đồng thời định hướng dần việc nắm bắt cơ hội việc làm trong lĩnh vực này như thế nào. Nếu đã nắm được những kiến thức cơ bản của kỹ thuật viên mà Bích Phượng vừa chia sẻ ở trên, bạn hãy trực tiếp tham gia tìm việc tại website timviec24h.vn nhé. Chúc các bạn thành công.

Đăng ngày 20/11/2020, 55 lượt xem