הנדסה בעזרת מחשב, או הנדסה מבוססת מחשב, הינה השימוש הנרחב בתוכנת מחשב במטרה לסייע במשימות ניתוח הנדסיות. הנושא כולל את התחומים אנליזת אלמנטים סופיים - FEA Finite Element Analysis, דינמיקה חישובית של זורמים - CFD Computational Fluid Dynamics, דינמיקה של גופים מרובים Multibody Dynamics, ואופטימיזציה.
רקע לתחום
כלי תוכנה אשר פותחו במטרה לתמוך בפעילויות מהסוגים הללו נחשבים ככלים של CAE - Computer-Aided Engineering - הנדסה בעזרת מחשב. משתמשים בכלי CAE למשל בניתוח האיתנות והביצועים של רכיבים והרכבים. המונח כולל סימולציה, ולידציה (תיקוף), ואופטימיזציה של מוצרים וכלי ייצור. מערכות CAE מתעתדות להיות, וכבר הופכות לספקיות עיקריות של מידע המסייע לצוותי תכנון בקבלת החלטות. הנדסה בעזרת מחשב מנוצלת בתחומים רבים כמו תעשיות הרכב, התעופה, החלל ובניית אוניות.
בהקשר של תקשורת נתונים, מערכות CAE נחשבות אינדיבידואלית כצומת בודד ברשת תקשורת כוללת, וכל צומת עשוי לתקשר עם צמתים אחרים ברשת.
מערכות CAE מספקות תמיכה לעסקים. הדבר מושג ע"י השימוש בארכיטקטורות התייחסות (Reference Architectures) ויכולתן למקם תצפיות מידע על תהליך העסק. ארכיטקטורת התייחסות היא הבסיס למודלי מידע, בייחוד מודלים של מוצרים ותהליכי ייצור.
תחומים ושלבים בהם משתמשים ב- CAE
* אנליזות חוזק על רכיבים והרכבים ע"י שימוש באנליזת אלמנטים סופיים - Finite Element Analysis.
* אנליזה תרמית ואנליזת זרימה - דינמיקה חישובית של זורמים - CFD - Computational Fluid Dynamics.
* דינמיקת גופים מרובים - Multibody Dynamics, וקינמטיקה.
* כלי אנליזה לתהליכי סימולציה עבור פעולות כגון יציקה, עיצוב בתבנית, עיבוד בלחיצה.
* אופטימיזציה של מוצר או תהליך.
* אנליזות בטיחות למניעת תאונות הנגרמות בשל דליפה גרעינית בכור גרעיני, ע"י שימוש בקוד תרמי-הידראולי מעשי.
באופן כללי ישנם שלושה שלבים בכל משימת הנדסה בעזרת מחשב:
* קדם תהליך - הגדרת המודל והפקטורים הסביבתיים שיהיו מיושמים בו.
* פותרן אנליזה - האלמנט שאחראי על כל תהליך הפתרון של האנליזה הנבדקת (בדרך כלל מבוצע במחשבי-על).
* ניתוח התוצאות לאחר התהליך (ע"י שימוש בכלים ויזואליים).
תהליך זה הוא איטרטיבי, לרוב פעמים רבות, או בצורה ידנית או ע"י שימוש בתוכנת אופטימיזציה מסחרית.
CAE בתעשיית הרכב
כלים של CAE נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית הרכב. למען האמת, השימוש של מפתחי ויצרני הרכב ברחבי העולם בתוכנות CAE אפשרו להם לצמצם את עלויות הפיתוח של מוצרים ואת הזמן בתהליך, בעוד שהם משפרים את הבטיחות, הנוחות והקיימות של כלי הרכב שהם מייצרים. יכולת החיזוי של כליCAEהתקדמה עד לנקודה בה רוב וריפיקציות התכנון נעשות כיום בעזרת סימולציות מחשב במקום בדיקות של אבי-טיפוס ממשיים.