CAE ?

Trích dẫn bài viết của bác Quế Thanh trên Meslab: (vì hay nên mình muốn record lại)

 

1) CAE là cái gì :

CAE là cái gì ? Chắc có lẽ trong các bạn trẻ mới đụng vào thế giới CAD/CAM/CAE sẽ cảm thấy là một cái gì vĩ đại, đáng sợ còn hơn cả CAD. Thực ra cũng chẳng có gì ghê gớm cả. Trong bài viết này tôi xin mô tả một cách đơn giản khái quát về CAE.

CAE là thuật ngữ viết tắt của cụm từ “Computer Aided Engineering” . Hán Nhật , Hán Trung và có lẽ Hán Việt (đọc ké theo âm) thì đọc CAE là “Kế toán Cơ Viện trợ Công học”, dịch đại cho xuôi theo Việt hóa thì CAE là “Môn công học với sự hỗ trợ của máy tính”.Đại khái là vậy, mấy cái vụ ngữ nghĩa này xin dành lại cho các giáo sư Hàn lâm tiếng Việt.

Vậy CAD và khác nhau ra sao và CAE dùng để làm cái gì ? Tôi xin đưa ra một ví dụ đơn giản nhất cho dễ hiểu. Đó là tấm cản đằng trước của xe hơi. Ngày trước chưa có kỹ thuật CAE thì mấy ông thợ gò , làm khuôn v.v.. cứ theo cái mẫu của ông họa sĩ Design vẽ sẵn làm theo, miễn gắn lên xe thấy nó đẹp là được rồi, không cần biết nó nặng nhẹ, rủi bị tông lộn có bể hay không bể , chết người hay không chết thì họ cũng không cần biết, kiểu giống như chế mấy cái xe bục bịch ở trong nam mà người bắc gọi văn hoa hơn là xe Công Nông vậy. Ở xứ chạy xe tông cái đùng , chết đền 10 triệu tặng thêm cái hòm .Mũ bảo hiểm gấp xếp lại được bán chạy và dân trẻ khoái hơn cái mũ bảo hiểm loại “nồi cơm điện” hoặc bác “hai lúa Tây Ninh” chế máy bay đòi bay chơi coi sinh mạng của mình như giấy mà báo chí khen rầm rầm làm các giáo sư đại học nhà ta ê hề mặt mũi thì cỡ vậy là đủ. Mức độ vẽ , design cái xe như vậy với sự trợ giúp của computer chỉ ngừng ở lãnh vực của CAD.

Nhưng mà thời thế thay đổi,mạng người ngày càng đắt giá hơn thì cái xe với cản gò đại vậy chắc là bán không được vì không biết có an toàn hay không.

Muốn chế chiếc xe có cái cản an toàn thì phải thực nghiệm, tính toán ứng lực, tính độ xung kích, tính hệ số an toàn v.v…Vậy thì chúng bắt đầu đi vô thế giới của CAE, thế giới của các ông kỹ sư thiết kế.

Ngày xưa chưa có Computer thì các ông kỹ sư chế vài chục cái đủ kiểu cho nó va đập để làm thực nghiệm va đập, xung kích xong rồi lựa cái còn “sống sót” ít thương tích nhất gắn vô xe. Sau này cao hơn một chút khi khái niệm FEM ra đời thì kỹ sư tính toán bằng tay, nhưng rồi cũng phải chế thật nhiều để lựa ra được cái tốt nhất, vì cái cản mà ngồi tính tay để tìm cho ra các thông số tối ưu thì tính xong một cái cũng mất vài năm. Mới có chuyện tía của tôi thời năm 60 được người Nhật mướn tính tìm giải pháp để chế 24 con ốc gắn cái động cơ máy bay lên chiếc máy bay YS11 cho nó an toàn, chỉ có 24 con ốc phải ngồi tính tay 4 năm. Thành ra cái thời gian và chi phí làm khuôn, làm thử nghiệm, thực nghiệm rất dài và rất đắt đỏ. Khoảng 15 năm trước thôi , tiền để nghiên cứu thành công một cái cản xe hơi cũng phải mất khoảng 10 đến 30 triệu USD, bạn nào làm khuôn sắt thì biết, một bộ khuôn để chế cái cản thực nghiệm không thôi rẻ nhất cũng khoảng từ 400.000USD trở lên. Thữ chừng chục cái mới lựa ra được một cái như vậy thì công ty cũng “méo mặt” vì tiền nghiên cứu. Để tránh bớt những thực nghiệm lãng phí tiền bạc và thời gian thì người ta phải dựa vào CAE để tìm phương pháp tối ưu gần thực tế nhất.

Như vậy có thể tóm tắt công dụng của CAE là làm các thực nghiệm, tính toán, mô phỏng để tìm phương pháp thiết kế tối ưu nhất , giá rẻ nhất , thời gian nhanh nhất trên máy tính dựa trên các thuật toán FEM v.v…

Khoảng 25 năm trước khi mà kỹ thuật hardware còn yếu và kỹ thuật CAD 3 chiều chưa mạnh như bây giờ thì người dùng ngôn ngữ C hay Fortran để giải các bài toán FEM thì cần thiết phải có những kỹ sư chuyên môn về CAE để đọc các trị số trong kết quả mà máy tính đưa ra để phân tích. Gần đây với sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật CAD 3D , nhất là ứng dụng của kỹ thuật Solid Modelling thì không cần đến các kỹ sư CAE chuyên môn, các kỹ sư bình thường cũng có thể nhìn , xem kết quả dự đoán các mô phỏng tính toán bằng mắt trên màn hình máy tính. Mặc dầu vậy những bài toán khó như giải tích va đập , xung kích , biến hình lớn thuộc hệ phi tuyến tính cấu tạo giải tích thì vẫn còn cần các kỹ sư CAE chuyên môn để phân tích.

2) Các bước để thao tác CAE đối với một kỹ sư thiết kế 

1. Thu thập thông tin : Thu thập các thông tin liên quan đến điều kiện thiết kế như Cường độ, không gian, Cơ năng v.v..
2. Xử lý thông tin: Xử lý ,sàng lọc các thông tin , điều kiện ràng liên quan đến sản phẩm thiết kế để tìm ra hướng giải pháp và mục tiêu thiết kế.
3. Đưa ra ý tưởng: Đưa ra ý tưởng gần với cấu tạo của sản phẩm nhất. Trong trường hợp này thì chưa cần đến bước vào thao tác CAD vội, bạn chỉ cần vẽ khái quát ý tưởng trên giấy. Nếu bế tắc thì nên tìm chuyện gì vui vẻ để relax, gặp người yêu , đi tắm , uống cafe,đi hút thuốc chẳng hạn , những ý tưởng bất ngờ tốt nhất lại thường xuất phát từ những lúc ta thoải mái trong đầu óc nhất.
4. Chỉnh lý ý tưởng , dự đoán hiện tượng xảy ra trong quá trình phân tích để đi đến quyết định nội dung phân tích: Bạn tự lập một bảng phân tích và cho điểm về các yếu tố cấu thành sản phẩm thiết kế trong các ý tưởng của bạn như Tính năng, phẩm chất, giá thành, tính sản xuất v..v . Sau đó lọc ra ý tưởng nào điểm cao nhất thì xử lý trước , cái nào điểm ít hơn thì xử lý sau. Từ đó bạn có thể dự đoán tìm ra các khuyết điểm của sản phẩm dự định thiết kế.
5. Dùng CAD để design sản phẫm theo ý của bạn hay của khách hàng.
6. Bắt đầu bước vào CAE. Có 3 bước :
* Pre-processing – Dùng preprocessor để soạn những thông số cần thiết để giải tích, định nghĩa các phần tử hữu hạn trong model và các thông số vùng biên, các thông số hoàn cảnh (enviromental factor) v.v..
* Analysis solver – Thựic hành solver để simulation
* Phân tích hình ảnh hoặc các trị số do kết quả đưa ra từ Post-processing

3) Thủ pháp giải tích CAE

Có 3 thủ pháp giải tích CAE là
1) Hửu hạn yếu tố pháp (Finite Element Method, FEM)
2) Hữu hạn sa phân pháp ( Finite difference method; FDM)
3) Biên giới yếu tố pháp. (Boundary element method; BEM)

4) Các lãnh vực ứng dụng CAE và các phần mềm CAE chuyên dụng

Các lãnh vực ứng dụng của CAE là Cơ khí công học, Điện cơ, Điện tử, Kiến trúc, Công chánh, Hóa học. Tùy theo mỗi ngành mà ứng dụng của CAE và phần mềm chuyên dụng khác nhau .Dưới đây là tên các phần mềm CAE chuyên dụng để giải tích cho từng ngành
(Phần trong ngoặc là tên các phần mềm, các bạn cần tham khảo).

Cấu tạo giải tích ( Giải tích kết cấu) ….. ( MSC.Nastran、ANSYS、ABAQUS、Amps、Mpact、CATI A Analysis, MSC.SIMDESIGNER, NX, ADVC)

Giải tích ứng lực ….. (MSC.SIMDESIGNER,MSC.Fatigue、ANSYS, CATIA Analysis, Amps,Abaqus)
Giải tích dao động, chấn động ….. (Abaqus, ANSYS、MSC.Nastran、CATIA Analysis, NX)
GIải tích âm hưởng ….. (LMS/VirtualLab.Acustics, Auto-SEA、ANSYS)
Giải tích xung kích , va đập ….. (Pam-Crash、LS-DYNA、ABAQUS, RADIOSS, Amps)
Giải tích lưu thể …. (FLUENT、STAR-CD、FLOW-3D、FloWizard、STRAEM、PHOENICS、Pam-Flow、DYNAFLOW、ANSYS CFX、NX)
Giải tích điện từ trường …. (PHOTO-Series、MagNet6、JMAG-Studio、Pam-Cem、ANSYS)
Giải tích cơ cấu ….. (MSC.ADAMS、LMS Virtual.Lab Motion、LMS DADS、FunctionBay RecurDyn、NX)
Giải tích về điện áp ….. (ANSYS)

Đặc biệt trong lãnh vực chế tạo khuôn được ứng dụng rất nhiều. 

Khuôn nhựa (3DTIMON、PLANETS、Moldflow、SimpoeMold)
Khuôn dập (Pam-Stamp、JSTAMP-Works、Autoform)
Khuôn đúc (MAGMASOFT、Procast、ConiferCast、JSCAST、AD STEFAN、CAPCAST、Pam-Cast、AnyCAST)
Khuôn gỗ tạo hình khuôn cát (ArenaFlow)
Khuôn rèn (MSC.SuperForge、DEFORM、FORGE3

——————————-

Comment by Mr. Que Thanh:

Quế thanh (maslab): Nghe anh chàng pari07 này nói có vẻ CAE dễ sợ quá. Thời đại bây giờ là thời đại thông tin mà , như anh ME nói thì Việt nam có một ưu điểm là xài soft lậu được thì cơ hội học và sử dụng CAE ở VIệt nam cũng đâu phải là ít. VIệc sử dụng CAE trong các hãng xưởng thì cũng là việc bình thường thôi, không có gì mà gọi là đào tạo kín đáo như anh chàng pari07 này mô tả cả. Nhật bản mặt dù đi trước các nước khác trong vấn đề nghiên cứu CAD/CAM/CAE lý thuyết nhưng rút cuộc ngoài các phần mềm giá rẻ thuộc hệ thống Kernel DESIGNBASE và Grade-CUBE ( hiện tại là Space-E) dùng ACIS Kernel thì bây giờ Nhật bản cũng không có cái phần mềm CAD/CAM/CAE nào ra hồn cả. Tất cả các tập đoàn chế tạo lớn của Nhật bản đều dùng một trong 4 hệ thống CAD/CAM chính của Mỹ và Pháp đó là UG, CATIA,Pro-E và I-deas gọi là tứ đại CAD/CAM. ( chính vì các tập đaòn lớn chọn tứ đại CAD/CAM mà kỹ thuật CAD của Nhật chết yểu luôn, mặc dầu niên đại 80 , 90 thì các phần mềm CAD của Nhật chạy trên Workstation làm mưa làm gió trên trị trường thế giới). Còn CAE thì ngaòi một số phần mềm cải tiến của Fujitsu chuyên dụng cho từng xí nghiệp riêng( theo hình thức nhượng quyền) thì không có cái phần mềm nào của Nhật cả. Các phần mềm CAE thông dụng trên thị trường như ADINA, C-MOLD,ANSYS,DeignSpace,Star-CD,COMETA/Acoutics, CAEFEM, FEMAP,Moldex, StressCheck,FLUENT, NASTRAN,ABAQUS,Cosmos/DesignSTAR , HICAD v.v…đều là của Mỹ. Hiện tại tại Việt nam thì có rất nhiều công ty ở Sài gòn đang làm việc tính toán giải tích CAE thuê cho các tập đoàn chế tạo của Nhật, với giá lương của kỹ sư CAE ở Nhật khỏang 50USD/h thì trả ở Việt nam chỉ khoảng 10USD/h, một giá quá rẻ vừa xử lý công việc nhanh và vừa nắm được một đội ngũ kỹ sư trẻ , giỏi về các thuật toán giải tích mà không cần phải thành lập công ty , không cần đầu tư thiết bị ở Việt nam ( bạn pari07 nên biết là tiền mua một license phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE ở Nhật có thể lập được vài công ty ở nước ngoài như VIệt nam chẳng hạn). Do đó các hãng trung tiểu xí nghiệp của Nhật bây giớ có khuynh hướng giao cái cơ sở hạ tầng này cho các công ty Việt nam lo (dĩ nhiên họ biết là xài soft lậu) , còn họ thì từ xa chỉ giao dữ liệu CAD thông qua Internet và nhận kết quả tính toán từ Sài gòn thông qua Internet luôn. Vừa nhanh , vừa rẻ, vừa không đụng đến vấn đề bản quyền trong nước Nhật. Pari07 cho rằng CAE không phát triển ở Việt nam là vì bạn thứ nhất chưa hiểu sâu về CAE, thứ nhì là chưa có cơ hội đụng chuyện và làm ăn bằng CAE. Theo tôi biết thì một người bạn của tôi cũng mở hãng và đang làm nghề xử lý CAE mướn này cho người Nhật ở VIệt nam (công ty có khoảng 30 nhân viên và 50 computer chuyên xử lý dữ liệu CAM và CAE), thu nhập tiền xử lý dữ liệu một ngày của anh ta khoảng 5000USD đến 20000USD là chuyện thường . Cơ hội dành cho kỹ sư CAE ở Việt nam nhiều lắm , đừng lo. Vấn đề là các bạn có thể nắm bắt cơ hội được hay là không thôi…

 

  1. Leave a comment

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: