本文定义了计算机辅助工程CAE,探讨了电机CAE的发展,说明了电机电磁场有限元分析。
一、计算机辅助工程(CAE)
计算机辅助工程是随着CAD/CAM技术的发展而出现的一种新技术,它的含义和功能范围还没有统一的提法,有些专家将CAE看成是包含工程分析在内的广义的CAD/CAM,同时由于CAE在机械工程中的应用最广泛(如铁路货车产品结构有限元分析系统),因而把广义的CAE称做MCAE。但是,很多数学者目前还是把CAE看成是以计算力学为基础,以计算机仿真(模拟)为手段的工程分析技术,并相应地把它归入广义的CAD功能中,作为实现产品优化设计的主要支持模块。按照后一看法,CAE技术包括有限元FEM和边界元BEM分析、运动机构分析、气动或流场分析、电路设计和磁场分析等。其中有限元分析在机械CAD中应用最广泛。这种方法,首先在几何上把分析对象划分成有限个单元,由互相交叉的网格节点形成有限个元素,然后通过计算每个单元或节点的特性,分析整体的特性。有限元分析法是近20年来发展起来的技术,随着应用规模和范围的不断扩大,其理论和技术日益完善,它最突出的优点是通用性强,可用于工程结构力学、热传导、液压、气动力学等的分析中,适用于包括电子、航空、航天在内的各种机械工程领域。同时,对于各类工程分析问题,有相当一部分相似的处理过程,因而非常适用于标准化。
二、电机CAE的发展
20世纪70年代以来,随着科学技术的迅猛发展与社会需求日趋多样化,市场变化频繁,竞争激烈。表现在电机产品方面,产品更新换代的周期越来越短,产品的性能、质量、价格以及交货期的竞争越来越激烈。对大数电机厂来说,一个明显的特点是多品种、小批量生产占主导地位。在进行多品种、小批量生产时,由于产品的品种和工艺过程的多样性,环境条件(如用户订货、外购、外协、交货期等)的不确定性,以及生产计划与生产调度的动态性等因素,致使物料过程复杂多变,信息流的数据和信息庞杂,信息的处理、贮存与传输频繁。因此,按常规的单件生产或按刚性自动化的方式都无法适应,必须解决物流既具高效自动化,又具生产“柔性”即柔性自动化的问题;同时,也必须相应地解决信息流(包括产品设计、工艺设计以及生产管理)的自动化问题。所谓柔性(flexibility)是指,当生产对象改变时,具有灵活的适应性。
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