我来回答一下CAx软件是什么。
工业软件是实现智能制造的重要支撑。现代制造是建立在工业软件数字化制造基础 之上的,工业软件广泛应用于制造、电力、石化、国防等行业,与各行业的工艺环节, 如研发、生产、管理、协同等紧密结合,实质是将制造经验、制造工艺等融合到软件 系统内,从而赋能整个生产制造过程。
CAx软件属于研发设计类软件,处于产品全生命周期的上游。根据赛迪顾问的分类, 工业软件主要可划分为研发设计类、生产控制类、信息管理类和嵌入式软件四大类别。 研发设计类软件行业又可细分为CAD/CAE/CAM、BIM、PLM、EDA等。CAx是 CAD/CAE/CAM的总称,其中最早起步的是CAD,后面逐渐丰富了CAM、CAE等系 统的功能。而建筑信息模型BIM由CAD发展而来,在设计、施工阶段实现了可视化。 产品生命周期管理系统PLM对CAD及ERP实现双向对接,实现产品相关设计数据的管 理与集成,而EDA则是CAD/CAE在电子设计领域的进化形态。
CAx软件贯穿产品研发活动始终,从源头控制产品成本,大幅提高产品经济效益。在 制造业产业链中,CAD、CAE、CAPP、CAM等研发设计类工业软件可覆盖工业产品 全生产流程,提升产品开发效率、降低开发成本、缩短开发周期、提高产品质量,实 现可视化、远程操作、智能控制等目标。根据工业软件白皮书的数据,一般产品设计 阶段的成本仅仅占整个产品开发投入成本的5%,但是产品设计却决定了75%的产品 成本。因此,CAx软件可以帮助企业在从源头控制产品成本,提升产品经济效益。
CAx软件是基础学科和工程知识集大成者,技术壁垒极高。CAD/CAE底层逻辑都是 数学建模和数学求解。以CAD来说,因为软件的使用者是专业的画图工程师,所以要 求软件开发者必须懂得工程图学的知识,例如基本的投影知识,要把这些知识融合到 代码里面,通过计算机显示在屏幕上,更是需要计算机图形学方面的知识;再拿CAE 软件来说,要使软件能够计算出设计零件的疲劳极限与寿命,就需要用到材料力学方 面的知识;如果对设计的飞机进行气流分析,这就又涉及到流体力学方面的知识,软件需要计算出流体力学的各种参数,这就需要求解大量的偏微分方程,又涉及到数学 方面的知识。总结而言,CAx是以数学为基础,贯穿了物理、化学、力学、材料科学 等诸多领域的交叉学科。而如何将工业技术和工艺抽象出来变成算法、编码进而固化 成软件,又需要工程知识的深厚积淀。因此,CAx软件具有极高的技术壁垒,需要投 入大量具备软件能力和基础学科背景的复合型人才,进行长期地研发迭代。
CAx软件是CAD/CAE/CAM等系列软件的统称,具体包括以下几个主要类别:
CAD(CAD-Computer Aided Design)指计算机辅助设计:是指利用计算机及其图 形设备帮助设计人员进行数值计算、信息存储和工程制图等项工作。该类软件承 载大量数据信息,能够实现高效、精准处理各类数据,助力设计人员对不同方案 进行大量的计算、分析和比较。CAD软件又可分为2D CAD软件与3D CAD软件。 2D CAD软件主要提供二维视图的绘制,更加侧重于图纸的细节表达,广泛应用 于工程建设的施工图设计以及制造业的二维设计等,可以简化设计,大大降低人 工作图的工作量;3D CAD软件的核心是三维建模,通过实体/曲面等建立三维模 型,以可视化方式进行产品设计,在航空航天、汽车、模具、建筑施工等行业有 着广泛应用。
CAE(Computer Aided Engineering)指计算机辅助分析:主要指用计算机对工程 和产品进行性能与安全可靠性分析,对零部件、装置(整机)乃至生产线、工厂的 工作状态和运行行为进行模拟,从而及早发现设计缺陷,并证实未来工程、产品 功能和性能的可用性与可靠性。CAE涵盖领域包括有限元分析(FEA)、计算流体 动力学(CFD)、多体动力学(MBD)、耐久性和优化等。
CAE通常用于航空航天、船舶、汽车、消费电子等行业。仿真能够使工程师了解 其设计在数百万种真实世界场景中的行为表现,同时能够减少、甚至消除对昂贵 的物理测试的需求。离开了工业软件数字化形式的设计和仿真验证,依托研制一 个个实体样机试错研发推进模式,研发过程就变得极其复杂,研发周期就会大大 拉长,试错成本就变得极大。通常产品价值量和复杂程度越高,对CAE的需求也 就越刚性,因为真实试验往往具有破坏性,价值量越高的产品其真实试验的成本就越高,产品的复杂度越高,真实试验就越复杂,在研发时越需要应用到仿真技 术。因此,CAE多用于航天、船舶、消费电子等行业。
CAM(Computer Aided Manufacturing)指计算机辅助制造:主要是利用计算机辅 助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动,即用计算机系统进行制造过程的 计划、管理以及对生产设备的控制与操作的运行,处理产品制造过程中所需的数 据,控制和处理物料的流动,对产品进行测试和检验等。