Đôi nét về thế giới của những kỹ sư CAE

Xin chào mọi người, mình mới tìm hiểu về CAD/CAM/CAE. Bài viết này của mình không mang tính học thuật cao, chủ yếu là trong quá trình tìm hiểu về công việc CAE mà tổng hợp lại được, rất mong nhận được những ý kiến phản hồi của những chuyên gia, người đi làm lâu năm, kinh nghiệm về mảng CAE trong các tập đoàn trong nước và nước ngoài; và hỗ trợ phần nào hiểu biết để định hướng sớm cho các bạn sinh viên kỹ thuật muốn trang bị kiến thức và hiểu biết thêm về một trong những lĩnh vực rất quan trọng và mới mẻ này.
Các phần mềm về CAE rất nhiều và đang ngày càng phổ biến và một phần đã được tích hợp vào các giải pháp tổng thể CAD/CAM/CAE nên mình sẽ không nhắc đến các phần mềm về CAE, mà chủ yếu là một vài công việc mà một kỹ sư CAE phải làm trong các phòng R&D của những công ty, tập đoàn về kỹ thuật trên thế giới. Đây là một vấn đề rất sâu và rộng, cả về kiến thức nền tảng và kỹ năng sử dụng phần mềm để giải quyết các bài toán thực tế đó, cùng khả năng đánh giá chất lượng sản phẩm đó.

• CAE (Computer Aided Engineering):

Là một khái niệm để chỉ các phần mềm được ứng dụng để hỗ trợ đắc lực cho các kỹ sư, đội ngũ thiết kế và R&D trong việc phân tích mô phỏng, tính toán thiết kế công nghiệp.
Các lĩnh vực ứng dụng cho của CAE trong các ngành công nghiệp là không giới hạn: Hàng không, quốc phòng, không gian vũ trụ, năng lượng, kiến trúc, cơ khí, xây dựng, thiết bị công nghiệp, hàng tiêu dùng, công nghệ cao, vận tải, khoa học đời sống,...thậm chí là trong các quy trình, tiện ích và dịch vụ, giáo dục,...đều có những vai trò nhất định.
Các ông lớn trong lĩnh vực này phải kể đến như: Dassault Systemes (Pháp), Siemens PLM Software (Đức), Autodesk(Mỹ),...Với các giải pháp CAD/CAM/CAE toàn diện, hỗ trợ đắc lực cho việc sản xuất, tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu suất.Tổng quan chung để giải quyết các vấn đề mang tính thực tiễn: Cơ học kết cấu, dao động - đàn hồi, biểu diễn các hệ tuyến tính và phi tuyến, các đặc trưng mang tính động lực học (Dynamic Response), cách thức hoạt động của hệ thống cơ điện tử, rơi tự do, va chạm, âm hưởng, cơ học chất lưu, phân tích cơ cấu, mô phỏng các quá trình truyền nhiệt, giải tích về điện từ trường, đặc biệt là các bài toán về khuôn (khuôn đúc, khuôn nhựa, khuôn dập liên hoàn,...) và mô phỏng dòng chảy trong khuôn,..
Các lĩnh vực khảo sát chính của CAE bao gồm:
1. Simulation: Mô phỏng quá trình, tính toán độ bền, chất lượng sản phẩm. Trong đó, cơ sở của phần này là các kiến thức về :
- FEA (Finite Element Analysis): Phân tích phần tử hữu hạn - Phân tích ứng suất trong từng thành phần và cụm chi tiết bằng công cụ FEM (Finite Element Method - Phương pháp phần tử hữu hạn). Bằng giải pháp này, các doanh nghiệp sản xuất có thể tối đa hóa thiết kế của mình.


Phân tích ứng suất trong chi tiết máy. Nguồn: http://www.patriotengineeringco.com

Bằng giải pháp này, các doanh nghiệp sản xuất có thể tối ưu hóa thiết kế của mình, khắc phục các lỗi trong kết cấu của sản phẩm, tiết kiệm chi phí sản xuất và vật liệu tạo nên sản phẩm, từ đó đưa ra được sản phẩm có chất lượng phù hợp nhất với nhu cầu thực tiễn.
- CFD( Computational Fluid Dynamics): Tính toán động lực học chất lưu, các vấn đề về khí động học, mô phỏng tác động của dòng chảy nhiệt trong các quá trình.

Khảo sát tác động của dòng khí đối với máy bay trong quá trình bay. Nguồn: F-16.net

Giải pháp này rất được quan tâm trong các lĩnh vực như : quốc phòng, trinh sát (quân sự), khảo sát địa chất, khí tượng học, các vấn đề liên quan tới khí động học trong kỹ thuật, khảo sát các dòng chảy của vật liệu trong khuôn,... Giúp đánh giá được những tác động của các yếu tố (ngoại cảnh) thực tế lên các đối tượng khảo sát.
- MBS (Mutli-Body System): Bài toán hệ nhiều vật, các bài toán về va chạm.


Thử nghiệm tai nạn ô tô, đánh giá khả năng tác động tới người lái. Nguồn: https://ctag.com

Đây là một trong những chìa khóa quan trọng trong sự thành công của các thương hiệu xe ô tô nổi tiếng trên thế giới như: Ford, Tesla, BMW, Ferrari, Volkswagen, Audi,... với tiêu chí an toàn và chất lượng của sản phẩm đã tạo nên tên tuổi cho những ông trùm trong ngành này.
- Kinematics & Thermal : Mô phỏng các bài toán về động học và động lực học, những quá trình dưới sự tác động của nhiệt.

Mô tả các dữ liệu nhiệt trong chip vi xử lý bằng ANSYS. Nguồn: http://www.ansys-blog.com



Dữ liệu quá trình đốt trong động cơ bằng mô phỏng nhiệt. Nguồn: Siemens.com

Bằng các dữ liệu phân tích và tính toán, những kỹ sư CAE có thể kiểm soát và đánh giá được các quá trình tương tác và trao đổi nhiệt trong các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao như các bộ vi mạch, chip xử lý trong các bo mạch; nhưng quan trọng là phát hiện kịp thời những lỗi thiết kế để tránh gây thiệt hại khi sản xuất hàng loạt.
2. Validation: Kiểm tra, xác nhận thông tin sản phẩm.
3. Optimization: Tối ưu hóa sản phẩm hoặc quy trình.
4. Manufacturing tools: Công cụ sản xuất.
- Tối ưu hóa thiết kế.
- Đánh giá, kiểm tra chất lượng thiết kế.
- Đánh giá khả năng gia công, chế tạo.
- Phân tích mức độ an toàn của sản phẩm trước khi đưa ra sản xuất.

Các phương pháp giải tích trong CAE :
1. Finite Element Method (FEM): Phương pháp phần tử hữu hạn.
2. Finite Difference Method (FDM): Phương pháp sai phân hữu hạn.
3. Boundary Element Method (BEM): Phương pháp phần tử biên.
Ba phương pháp trên chỉ là một phần nhỏ và cơ bản nhất giới hạn trong một số lĩnh vực kỹ thuật, trong hành trang của mỗi kỹ sư CAE, những người được đào tạo bài bản và kinh nghiệm trong ngành. Là một sinh viên kỹ thuật thì nên trang bị thêm cho bản thân các kiến thức chuyên ngành và cơ sở ngành vững chắc để có thể theo đuổi được giấc mơ công việc.

Tổng quan chung để giải quyết các vấn đề mang tính thực tiễn: Cơ học kết cấu, dao động - đàn hồi, biểu diễn các hệ tuyến tính và phi tuyến, các đặc trưng mang tính động lực học (Dynamic Response), cách thức hoạt động của hệ thống cơ điện tử, rơi tự do, va chạm, âm hưởng, cơ học chất lưu, phân tích cơ cấu, mô phỏng các quá trình truyền nhiệt, giải tích về điện từ trường, đặc biệt là các bài toán về khuôn (khuôn đúc, khuôn nhựa, khuôn dập liên hoàn,...) và mô phỏng dòng chảy trong khuôn,...

 

Dạ cảm ơn ạ, mình sẽ bổ sung và cập nhật thêm vào nội dụng ạ

 

Các giải pháp về CAE khá nổi tiếng như Altair Hyperworks, ANSYS, ADAM, Abaqus, Nastran, Cosmos, Simulia,... Nhưng nhiều phần mềm trong số đó, đã được một số hãng phần mềm lớn mua lại như Dassault Systemes (Pháp), Siemens PLM Software (Đức), Autodesk(Mỹ),... để tích hợp vào các giải pháp CAD/CAM mà chúng ta thường xuyên nghe nói như DS Solidworks, DS Catia, Siemens NX, PTC Pro- Engineer, Autodesk Inventor,.... tạo nên bộ giải pháp CAD/CAM/CAE toàn diện, chạy trên cùng một giao diện phần mềm mà không phải cài đặt một phần mềm về CAE nữa.
Mình cũng mới nghiên cứu tìm hiểu, thì việc tích hợp, hoàn thiện bộ giải pháp CAD/CAM/CAE để tạo nên 1 thuật ngữ mới trong ngành 3D này, ứng dụng vào công nghiệp gọi là PLM Software (Product Lifecycle Management - Quản lý vòng đời sản phẩm), sẽ có một vai trò quan trọng trong việc định hình nền công nghiệp (trên nền tảng số hóa) sắp tới gần, trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0
Các giải pháp CAE (nói riêng) và bộ giải pháp CAD/CAM/CAE (bao gồm CAE nói chung) được phát triển ở những khu vực có nền khoa học - kỹ thuật rất phát triển và tiên tiến. Mỗi bộ giải pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, thích hợp cho từng điều kiện thực tiễn ở các khu vực đó, hoặc một số những nền sản xuất có đặc điểm tương đương. Điều này rất khó giải thích, vì có những giải pháp được phát triển chỉ để giải quyết một lượng vấn đề hữu hạn cho sản xuất đó. Mà nền sản xuất càng phát triển, nhu cầu sản phẩm đưa ra thị trường càng phải cạnh tranh, thì càng phải giải quyết thêm rất nhiều các vấn đề được phát sinh thêm trong quá trình nghiên cứu và phát triển sản phẩm, đây có thể là một trong những nhiệm vụ dành cho những chuyên, gia, kỹ sư phòng ban R&D ở trong các ngành công nghiệp.
Lĩnh vực mô phỏng trong CAE giờ đây đã không còn bị '' trói chặt '' trong các lĩnh vực công nghiệp - kỹ thuật chung, mà giờ đây đã mở rộng ra rất nhiều lĩnh vực, hỗ trợ đắc lực trong giải quyết các vấn đề trong đời sống mà tất cả chúng ta không để ý tới, hoặc biết nhưng có thể không nghĩ tới ứng dụng đầy tiềm năng trong những buổi bình minh của một thời đại khoa học - kỹ thuật mới.
Mặc dù, ngành này ở Việt Nam trong những năm gần đây vẫn còn là mới, và rất ít người biết tới. Nhưng sớm hay muộn thì chúng ta cũng phải tiếp nhận sức ảnh hưởng của những làn sóng công nghệ mới, hiểu biết mới về kỹ thuật du nhập vào nền công nghiệp và trong một tương lai không xa có thể tái định hình lại bộ mặt của nền công nghiệp và điều kiện xã hội ở Việt Nam. Để làm được điều đó vẫn là rất gian nan, nhưng một dân tộc nhỏ bé đã tạo nên những khoảnh khắc vĩ đại trong lịch sử thế giới, thì dân tộc đó có quyền được hy vọng về một tương lai tốt đẹp hơn cho chính mình.

 

Cảm ơn anh thanhhlh84 đã đính chính lại một vài thông tin, nhưng em viết bình luận trên cũng do hiểu biết có hạn của mình nên vẫn còn nhiều hạn chế, nhưng xin bổ sung ý như sau :
1) Anh nói tương đối chính xác, đúng là chưa hoàn toàn có thể tích hợp lại, nhưng do em chưa nói rõ là những bộ giải pháp của các hãng phần mềm đó là tổng thể rất nhiều các giải pháp nhỏ, chia thành các modul như là về CAD/CAM/CAE nhưng thực ra vẫn là chạy trên cùng một giao diện phần mềm để giảm thiểu tài nguyên trên một máy tính khi vận hành máy tính.
Xin được lấy ví dụ: Solidworks Dassault Systemes (Mỹ) chia các modul như sau SolidCAM (Lập trình gia công), Solidwork Simulation - FEA(Phân tích mô phỏng), các công cụ tạo khuôn nhanh như:3D QuickTools, 3D QuickPress, 3D QuickMold ... tất cả đều có thể chạy trên cùng một giao diện phần mềm chủ lực của hãng là Solidworks ( chủ yếu về CAD 3D và một số modul nữa đã bao gồm trong nó). Anh có thể tìm hiểu thêm thông tin tại: http://www.solidworks.com/.
Hãng Siemens cũng đã tách riêng ra phần CAE trong Siemens NX sang thành modul Simcenter để thuận tiện hơn cho việc mô phỏng, phân tích. Nhưng modul đó cũng hoàn toàn chạy trên giao diện của phần mềm NX.
Và theo em nhận thấy, đây rất có thể là một xu hướng chung cho việc phát triển hay tích hợp ( hiểu một cách tương đối chỉ là chạy trên cùng một giao diện, dùng xong thì tắt đi để chuyển sang dùng modul khác chẳng hạn) của các phần mềm CAD/CAM hàng đầu thế giới hiện nay.
2) Đúng là em hiểu về thuật ngữ PLM là chưa hoàn toàn chính xác. Thuật ngữ PLM bao hàm rất rộng, cá nhân em nghĩ như thế, nhưng em viết thế để thu hẹp nó trong tình hình phát triển của những giải pháp 3D này trong việc hỗ trợ việc sản xuất công nghiệp. Việc gây hiểu lầm này cũng do em chưa trích dẫn thêm nhiều thông tin về việc là các hãng phần mềm về CAD/CAM trong nhiều năm gần đây họ không đơn thuần là chỉ phát triển đơn thuần CAD/CAM/CAE mà đã và đang phát triển thêm những '' hạng mục hỗ trợ '' từ những dữ liệu CAD/CAM/CAE để phục vụ cho dữ liệu sản xuất công nghiệp. Những nội dung này, nếu anh ở Hà Nội thì mỗi năm có thể tìm hiểu các buổi hội thảo về giới thiệu các phiên bản mới của các phần mềm đình đám trong giới CAD/CAM như Solidworks Innovation Day, hay sắp tới là Giới thiệu các tính mới của NX 12 do các đơn vị ủy quyền chính hãng của Solidworks và Siemens tổ chức như Vihoth Corporation hay Vietbay Technology Center. Cái này anh tự tìm hiểu để biết thêm, em chỉ bổ sung thêm và không hề quảng cáo cho họ.
3) Thì em hoàn toàn đồng ý với anh, có thể do em viết chưa diễn tả đúng nội dung và nó vẫn còn nhiều thông tin em cũng chưa đính chính mà vội viết theo quan điểm bản thân mình
Do hiểu biết bản thân thì có hạn (và bản thân mới bắt đầu quan tâm và tìm hiểu về vấn đề này trong thời gian gần đây), nhưng nguồn thông tin lại vô cùng phong phú, và những hạn chế về thời gian nên em không thể đưa thêm được thêm nhiều thông tin hơn về lĩnh vực này, nhưng rất cảm ơn đã thông cảm cho và đọc bài này.

 

Cảm ơn anh đã phản hồi lại ý kiến của em, mặc dù hơi đi quá một chút so với mục đích của bài viết, nhưng có nhiều nội dung em khá để ý đó là anh nói về những dữ liệu hay lĩnh vực về CAE trong công việc của kỹ sư, hơn là những vấn đề như là việc tích hợp hay cấu hình máy để chạy những phần mềm CAE này.
Mặc dù, em chưa có kinh nghiệm làm thực tế về CAE nhưng sắp tới em sẽ đăng một bài tìm hiểu nữa về CAE và những ứng dụng nữa của nó trong các lĩnh vực - chưa cần quá nặng về học thuật, rất mong anh theo dõi và ủng hộ, góp ý và bổ sung.

 

Dạ cảm ơn anh, em sẽ cố gắng tìm hiểu thêm nhiều thông tin hơn nữa để chia sẻ cho mọi người có cùng sự quan tâm.

 

Vâng mình xin cảm ơn mọi người đã ủng hộ mình rất nhiều, mình sẽ cố gắng đóng góp hơn nữa.

 

Xin cảm ơn mọi người về những thông tin đã trao đổi về lĩnh vực CAE, mình đã hoàn thành được bài viết tương đối thông tin thêm về CAE và định nghĩa rõ ràng hơn về công việc mà mình muốn hướng tới. Xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người trong diễn đàn đã quan tâm, giúp đỡ, cung cấp những hiểu biết, kiến thức quý giá để trao đổi, hoàn thiện thêm thông tin về bài viết cho minh.
Bài viết này là bài viết đầu tiên, chỉ là về vấn đề tìm hiểu chung, nội dung vẫn còn sơ sài, khô khan, chưa được rõ ràng, nhưng vẫn mong nhận được sự phản hồi và đóng góp quý giá từ những người quan tâm tới chủ đề này trong diễn đàn.
Link bài viết (đầy đủ nhất): http://meslab.vn/2017/11/cae-di-tu-ao-hoa-den-hien-thuc/

 

Cảm ơn những bài chia sẻ của anh quyct về những kinh nghiệm của mình, em xin ghi nhận điều đó, tuy là khó khăn và thách thức nhưng điều đó học hỏi được nhiều từ những người như anh. Mong anh chia sẻ thêm ý kiến của bản thân về lĩnh vực này, bài viết của em chỉ nói chung chung, mở rộng chủ yếu để gây hứng thú, và động lực để theo đuổi chứ không hề có chiều sâu, hay những tâm đắc trong ngành vì hiểu biết còn hạn chế, em và các thành viên khác trong diễn đàn rất cần những người có kinh nghiệm trong nghề như anh đưa ra quan điểm của mình.

 

Cảm ơn đóng góp của anh vào nguồn thông tin thiếu của em, em cũng đang tìm hiểu về Simcenter, rất mong anh có thể chỉa sẻ thêm về modul này của NX.