Definition und Zweck:
CAE steht für Computer-Aided Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) und ist ein Oberbegriff für den Einsatz von Computersoftware zur Unterstützung von Ingenieuraufgaben in der Produktentwicklung, Analyse und Optimierung. Das Hauptziel von CAE ist es, die Entwicklungsprozesse zu beschleunigen, die Qualität zu verbessern, Kosten zu senken und die Notwendigkeit physischer Prototypen und aufwändiger Tests zu reduzieren, indem Ingenieure Produkte und Prozesse virtuell simulieren und analysieren.
CAE umfasst eine Reihe von Disziplinen und Werkzeugen:
- FEM (Finite-Elemente-Methode): Für Strukturmechanik (Festigkeit, Steifigkeit, Verformung).
- CFD (Computational Fluid Dynamics): Für Strömungssimulationen (Flüssigkeiten, Gase).
- MKS (Mehrkörpersimulation): Für die Analyse der Dynamik komplexer mechanischer Systeme (z.B. Roboter, Kinematiken).
- Simulation elektronischer Schaltungen: Für das Design und die Verifikation von Leiterplatten und Elektronik.
- Prozesssimulation: Für die Optimierung von Produktionsabläufen oder chemischen Prozessen.
Relevanz in der Automatisierungstechnik:
CAE-Tools sind in der modernen Automatisierungstechnik und im Maschinenbau unverzichtbar geworden:
- Maschinendesign: Simulation der Festigkeit von Roboterarmen, des Verformungsverhaltens von Maschinengestellen oder der Thermik in Schaltschränken.
- Antriebs- und Motion-Control-Design: Optimierung von Motor, Getriebe und Regelalgorithmen durch Simulation des Antriebsstrangs.
- Virtuelle Inbetriebnahme (Virtual Commissioning): Simulation des Verhaltens von Maschinen mit realem SPS-Code, um Fehler frühzeitig zu erkennen und die Inbetriebnahmezeit zu verkürzen.
- Sicherheitsanalyse: Simulation von Fehlern und ihren Auswirkungen, um die funktionale Sicherheit von Systemen zu validieren.
- Optimierung von Prozessen: Simulation von Materialflüssen, Kühlprozessen oder chemischen Reaktionen zur Effizienzsteigerung.
Durch den Einsatz von CAE können Unternehmen fundierte Designentscheidungen treffen, Risiken minimieren und innovative Produkte schneller auf den Markt bringen. Es ist ein zentraler Bestandteil des Digitalen Zwillings und der Industrie 4.0-Strategie.
→ Siehe auch: Simulation, Digitaler Zwilling, Virtual Commissioning, Industrie 4.0, ANSYS
