CAE(Computer-Aided Engineering)とは、高度な解析アルゴリズムを用いた設計、仮想テストから製造計画まで、製品エンジニアリングプロセス全体の手順を表す用語です。

CAEは、製品開発に何らかの設計ソフトウェアを使用するほぼすべての業界で標準的に使用されています。CAEは、製品の設計だけでなく、エンジニアリングプロセスをサポートするステップを指します。物理的なプロトタイプを必要とせずに、製品の物理的特性のテストやシミュレーションをうことができます。CAEの文脈では、最も一般的に使用されるシミュレーションの種類が含まれます：

• 有限要素解析
• 数値流体力学
• 熱解析
• マルチボディダイナミクス
• 製品や設計の最適化

シミュレーション主導の設計

物理的なプロトタイプの作成には数日から数週間を要しますが、シミュレーションには最大でも数時間しかかかりません。物理的なプロトタイピングを完全に避けることはできませんが、シミュレーションは生産前に必要なプロトタイプの数を減らすのに役立ちます。

標準的なCAEワークフローでは、初期設計を生成し、適切な条件でCAD形状をシミュレーションします。シミュレーション結果から得られた知見に基づいて、設計の改善を行います。このプロセスは、製品の要件が満たされ、仮想的に確認されるまで繰り返されることもあります。デジタルプロトタイプと期待値との間に挙動の不一致がある場合、CADモデルやインプットをさらに改良することができます。このプロセスは、開発の初期段階で物理的なプロトタイプを作成する必要がないため、より迅速な製品開発をサポートします。

クラウド上のCAE

高性能なクラウドコンピューティングと組み合わせてエンジニアリングシミュレーションを使用することで、各設計サイクルのコストと期間を削減し、開発プロセス全体を短縮することができます。

シミュレーション技術を製品開発プロセスに組み込むことを計画する場合、製品がさらされる環境(力、温度など)について知っておくことが重要です。これらの条件を知ることは、シミュレーションを適切に設定する上で非常に重要です。使用する境界条件の精度は、シミュレーションの予測値に重要な役割を果たします。

これまでは、環境要因を予測するだけでなく、エンジニアリングシミュレーションはそれ自体が複雑な作業であり、経験豊富なエンジニアやシミュレーションの専門家しか行うことができませんでした。SimScaleのような最新のCAEツールは、このような障壁を取り除き、シミュレーションに関する深い知識を持たないユーザーでも洞察に満ちた結果を出せるようにしようとしています。

複雑な形状のシミュレーションは、性能のために膨大な計算能力を必要とするため、最新のコンピュータでも困難です。高度なITインフラを持つ大企業は、自社のサーバーを使用してシミュレーションをホストし、実行しています。しかし、クラウドにおけるHPC(高性能コンピューティング)の台頭により、通常は必要なハードウェアを購入・維持する余裕のない中小企業も、同じシミュレーションツールや機能を利用できるようになりました。このようなシミュレーション製品市場の混乱により、誰もが設計した製品をシミュレーションできるようになりました。

CAEの主な目的は、コンポーネントやアセンブリのロバスト性、効率性、耐久性をテスト、予測、改善することです。最終的には、より良い製品を生み出し、必要な物理的プロトタイプの数を減らし、市場投入までの時間を短縮します。流体流れ、物質・熱輸送、流体・固体相互作用、静的・動的解析、コンポーネントやアセンブリの応力解析、共役熱伝導、伝導、対流、放射など、CAEソフトウェアを使用してさまざまな設計をテストできます。

コンピュータ支援エンジニアリング(CAE)は、さまざまな環境にさらされる製品を設計するほぼすべての産業で使用できます。コンピュータ支援エンジニアリングを使用する業界には、自動車、航空宇宙、プラントエンジニアリング、エレクトロニクス、エネルギー、消費財、HVACなどがありますが、これらに限定されるものではありません。製品は、非常に小さな部品から、レーシングカー、橋、あるいは発電所のような複雑な構造物まで多岐にわたります。

特定の荷重を支えるクレーンの構造的完全性のテスト、コンサートホールの音響解析、電球内部の対流解析など、これらはすべて、シミュレーションによって大きな、時には命を救うような違いを生み出すことができるアプリケーションの例です。