1、2007CAE領域八大熱點7月2829日，第三屆CAE工程分析年會在大連舉行，參會人數大大超過往屆年會，這從一個側面反映出CAE正受到業界越來越多的關注，預計CAE應用的廣度和深度也都將擴大。通過此次年會以及后續的采訪和溝通我們發現，當前CAE在產品、技術、應用等方面表現出一些值得關注的熱點。 CAE與CAD的集成 多物理場耦合 仿真數據的管理 專業化軟件的發展 CAE知識積累 有限元模型越來越大 中低端市場升溫 自主開發之痛 汽車行業是當前國內參與國際化市場競爭最充分的行業之一，奇瑞公司則成為該行業自主創新的排頭兵。 在國內同行中，奇瑞率先成立了CAE部門。得益于此，奇瑞大大縮短了產品開發周

2、期，提高了產品開發質量，這使得奇瑞每年能夠推出數款全新的產品。 展望未來，奇瑞每年推出數十款新的汽車產品也并不是沒有可能。奇瑞汽車有限公司總經理助理、汽車工程研究院院長顧鐳說：“由于引入CAE技術，我們能夠避免在設計中走彎路，在開發初期就預測未來的產品性能，這是做好正向開發的前提。通過計算機仿真替代樣車試驗，節省了大量樣車和試驗費用。模擬過程具備再現性，可幫助工程師發現實車試驗無法觀察的細節問題。 而對于設計方案選擇和多目標優化，CAE技術更是效果顯著。” 應用永遠是產品技術發展方向的風向標。在CAE深化和普及的狀態下，CAE軟件在市場、技術等方面的一些特點值得用戶共同關注，比如，第一飛機設計

3、研究院研究員寧振波在分析CAE領域的一系列收購事件后認為，CAE產業將迎來一次整合的浪潮，他說：“三維普及以后解決了幾何模型的問題，那么解決性能和功能的CAE軟件將會得到大范圍應用，我認為今后10到15年是將CAE軟件整合的過程。” 本次綜合報道，我們采訪了7位專家，并以問答的形式，向讀者展示了CAE八個方面的熱點。這7位專家分別是：第一飛機設計研究院研究員寧振波、中國鐵道科學研究院研發中心機車車輛部常務副主任王成國、奇瑞汽車有限公司總經理助理/汽車工程研究院院長顧鐳、中科院數學與系統科學研究院研究員/飛箭軟件總工程師梁國平、ANSYS-FluentChina總經理蔣輝國、UGS PLM So

4、ftware亞太區市場副總裁Ron Close和澳汰爾總經理戚國煥。 CAE與CAD的集成e制造：CAE與CAD的集成是當前CAE應用中亟需解決的問題，那么目前集成的現狀如何？是否存在一些挑戰？ 寧振波：CAD與CAE的集成是一個必然的發展趨勢。以前的CAE分析僅限于非常簡單的計算，如果要知道產品的功能和性能的話，必須要造出樣品，然后才能進行試驗，從而進一步把產品的功能和性能確定下來。 而現在三維設計已經比較普遍了。通過三維設計生成數字化模型之后，就比較接近于真實的物理模型，模型中可以加入材料數據，外形也比較精準。以飛機為例，就可以利用數字化模型在計算機上進行數字風洞試驗，代替了以前的物理樣車

5、。這些的基礎是三維設計。 從軟件角度，分析軟件主要集中在三大類，首先是流體，包括大氣、氣流、水流等，然后是結構，包括可靠性和安全性等，第三塊是電磁場，光場是很小的一塊。CAD與CAE的集成中，流場已經集成得非常好了，比如Fluent專門開發了一款產品Fluent for CATIA，我們用CATIA設計飛機外形之后，可以直接用Fluent進行流體計算。 結構方面，CATIA中有幾款網格畫分的模塊，包括面單元，體單元，裝配體單元，設計的CAD模型可以直接畫分網格，這之后，可以用其他軟件直接分析，進行后臺計算。 王成國：高速列車是現代工業的標致性產品。我曾經參觀過國外高速列車制造企業，其車廂制造加

6、工已經實現CAE與CAD的集成技術，對其保證產品質量發揮重要作用。但是我認為，CAE與CAD的集成是當前CAE應用中亟需解決的問題之一，原因有三： 第一，CAE與CAD的集成有利于推動我國機械行業CAE應用技術的整體發展。CAD不僅是CAE的重要組成部分，而且是CAE發展的基石。CAD與有限元的集成可以提高計算精度，CAD與自動加工設備的集成可以提高制造精度，CAD與生產過程控制的集成可以提高產品質量。CAE與CAD的集成可以借助CAD已有的技術平臺，整合技術隊伍，提高技術水平，推動我國機械行業CAE的迅速發展。 其次，有利于降低我國機械行業實施CAE技術的成本。目前，機械工程領域的企業，已經

7、普遍認識到CAE技術是現代企業核心競爭力的重要組成部分。 然而，企業領導層必須考慮實施CAE的經濟成本和實際生產效益。CAE與CAD的集成有利于降低企業采購、應用、維護和升級費用，這對于發展中的我國機械行業尤其具有現實意義。 第三，有利于CAE技術的理論方法進一步發展和提高。在CAE與CAD的集成過程中，會碰到許多新問題。企業根據自己具體的產品特點和生產情況，要求CAE的使用更方便、運行更快捷、理論更完備、模型更可靠、結果更實用。 大量實際工程要求是CAE技術進一步發展的強大推動力。 國際一流機械制造企業與CAE商業軟件公司緊密合作，在CAE與CAD的集成應用方面已經取得實效并不斷深入。 福特

8、汽車公司與MDI關于ADAMS軟件開發和應用的成功合作是一個非常典型的事例。 國內機械行業面臨機構設置、技術隊伍、實際應用等諸多問題急需解決。 我認為，CAE與CAD的集成在最近十年內將有顯著的進展。相信我國機械制造行業會抓住目前的有利發展時機。 顧鐳：CAE與CAD的集成是當前CAE應用中亟需解決的問題，因為CAD數據更新必須在CAE模型中及時體現出來，這樣才能夠給設計人員有效地提供支持。傳統的、相互割裂的方法往往會導致CAE工作一定的滯后，即便做一個很小的設計更改也必須去做一個新的計算模型，人工設定一次新的運算，不僅有時效性問題，而且還會帶來數據存儲方面的問題。二者的集成，可以實現CAD與

9、CAE之間工程數據的共享，使耗時較大的CAE建模工作量大大減少，提高分析效率，而且讓設計師也能夠做簡單的分析工作，從而更好地發揮設計創意。 目前，應該說一部分工作已經實現集成了。有的是通過客戶化方法來定義批處理流程手段，有的是基于參數化方法，有的是面向單個零件的分析與優化，但從嚴格意義上來說，兩者之間完整的（能夠面向整車的）集成還是沒有能夠達到。 由于CAE和CAD兩者的側重點是不同的CAD主要側重于幾何信息表達，CAE是運用力學與數學方法描述事物性能，CAE分析必須有一個提煉和生成模型的過程，需要綜合CAD數據與應用工況以及邊界狀態等信息，這其中涉及對幾何、材料、物理與力學等抽象與集成，特別

10、是整車系統必須考慮各種復雜工況，所以需要通過人的大量的思維活動來完成，實現CAD-CAE集成是一個長期的過程。兩者完全融合今后也是難以達到的。 梁國平：CAD與CAE的集成的確是一個很大的趨勢。過去采用的CAE，實際上是一個CAD再加上一個通用CAE軟件，這是很初級的，其趨勢是應該集成到一塊，二者應該是無縫連接的。 不同的行業不同的企業，采用的CAD軟件也都不同，因此很多軟件廠商在集成方面的努力市場前景還不確定。 企業也越來越要求在整個PLM過程中進行CAE分析。用戶一般在集成時進行二次開發。但是中國的用戶本身的開發能力很有限，所以一般是采用與軟件提供商合作的方式，這種方式比較容易成功。另外，

11、企業在舊有的CAE軟件基礎上進行集成恐怕會很困難，因為舊軟件不一定支持二次開發。所以，集成的挑戰，主要在于用戶自己的技術力量。 Ron：以往的CAE分析與CAD設計割裂，導致了以下三個主要問題：1、CAD設計發生變化時，部件或裝配件的CAE模型更新變得十分困難；2、CAE結果不能反映最新的CAD設計特征；3、得到CAE計算的時間太晚，結果CAE不能及時地用于優化產品設計。這些問題導致時間、人力和物力的浪費。 市場競爭的壓力要求廠商進一步縮短產品設計時間，并節省成本，因此CAD與CAE的集成勢在必行。 國內的一些汽車廠商發現自己的CAE工程師花費大量的時間在CAE模型準備上，這不但造成資源的嚴重

12、浪費，而且嚴重的影響設計進度，使得工程師失去了產品創新的時間。造成這種現象的根本原因就是，CAE分析和CAD設計的割裂。現在的應用情況是，CAE分析工程師所需的幾何數據和CAD部門的原始幾何數據不能建立直接的聯系，這打破了CAD和CAE數據的關聯性，造成了不必要的浪費。因此只有把CAD與CAE集成起來，然后有一個統一的數據管理平臺，比如UGS Teamcenter，進行集中管理，保持CAD和CAE數據的關聯性，才可以使CAE的分析結果及時的指導產品設計。 因為NX可以在Multi-CAD環境下工作，所以在CAE環境下訪問，創建、修改和修補幾何體，是我們與其他仿真軟件供應商的主要區別。 蔣輝國：

13、集成主要解決的是CAE的方便性和普及性的問題。作為復雜的專業性領域，目前大多數分析問題還是由專業性軟件來解決。在工程設計中，也有這種集成在CAD軟件中的普及型CAE軟件，比如說我們的Fluent for CATIA，這套軟件基本上Fluent的全套功能都集成在CATIA中了，在設計的時候，如果需要初步檢驗設計是否合理，只需要點擊Fluent的一些功能就可以進行相應的流體力學分析。還有一些其他的軟件具有或多或少的CAD與CAE集成功能。 在結構分析領域，與CAD結合的CAE軟件相對多一些，因為結構分析的技術相對成熟，矛盾的焦點集中在怎么樣方便使用。對流體力學分析領域，有些問題已經可以實現非常準確

14、的模擬，對于此類問題，CAD與CAE的集成將有利于提高效率和推廣CAE的應用。而對于一些復雜的流體力學問題，模擬的精度即物理問題的數學描述模型的準確性是目前亟待解決的主要問題。 戚國煥：CAD與CAE的集成目前是一個很大的問題。CAD與CAE，和CAD與CAM，這兩種集成，差距非常大，后者的集成現在做得非常好，真正體現了設計工藝的一體化。 由于CAD幾何模型到CAE中做網格的時候，并不是直接使用，而是要先進行幾何清理，目的是達到一個平衡，就是在網格質量足夠好的情況下，使網格數量適當少一些。幾何清理對CAE非常重要，但對一體化卻造成影響，因為幾何清理之后，網格關聯性就被破壞了，那么一體化就不存在

15、了。 現在二者的聯系存在兩種狀態，第一種，從有限元角度來說，CAD與CAE割裂的狀態沒有改變，有些廠商宣稱可以做到一體化，我認為實際上有一定的誤導。因為一體化犧牲了單元和求解的質量，這樣使得分析的實用性大大降低，因此就沒有價值了。 為了解決這個問題，我們發展了一些另外的技術來彌補這個問題，就是我們的“自動網格變更”。當CAD大致定稿之后，做CAE分析實際上還要進行一些結構等方面的變更，這種變化我們不把它反映到CAD中，而是直接在網格上進行，在變化的過程中進行分析，當分析結果比較合理以后，再把定稿的結果抽取出來，返回到CAD中進行調整。我認為這種方法能減少設計迭代中的麻煩。 很多傳統的CAD廠商

16、也在提這種一體化的概念，就是希望CAD工程師能夠在設計的時候進行一些CAE分析，但實際上這還是一種傳統的設計思路，CAE起到的仍然是后期校核功能，這種思路在全球已經發生了變化。目前全球已經提出了一種“概念設計優化”的理念，就是在設計之前運用CAE工具進行優化，直接找出最佳的設計路徑。所以現在的問題不是一體化，而是在概念設計之前通過CAE優化找出最佳的設計，因此業界提出一種新的思路叫做“CAE驅動的設計”。 多物理場耦合e制造：多物理場在仿真分析過程中已經越來越普遍，您如何看待多物理場耦合的前景？ 寧振波：單個的場就已經很復雜，多場結合就更復雜了，比如流固耦合，因為流體是基于固體不變形的情況進行

17、計算的，但是固體的靜力或者動力是基于固體變形的基礎上考慮的，所以這兩種場，基礎算法、網格h劃分方法完全不同。 多物理場現在比較普遍。比如說流體，不光是內流，還有外流。稍微復雜一點的產品，有流體、固體，還有電磁、熱等問題。產品的復雜程度越高，牽扯到的場就越多越復雜。 顧鐳：多物理場耦合問題是目前復雜產品研發CAE分析中比較常見的，而且令人頭疼的問題。由于影響因素是多領域、多學科的，包括機、電、液、熱、化學等，若忽略其中一個物理場，就會對分析精度產生很大影響，要保證產品的質量，就必須加以解決。例如整車NVH分析中，就要綜合考慮聲源、材料吸聲、輻射、懸置阻尼、結構振動與傳遞等的綜合因素；發動機三元催

18、化強度分析涉及溫度場、結構與流場的耦合問題。 多物理場耦合可以通過直接耦合或順序耦合的方式來實現，因為現實中基本不存在單純的單場問題，只是由于受到硬件或軟件的限制不同物理場涉及領域和表述方法的差異很大，通常人為將它們分成單場現象，各自進行分析。有時這種分離是可以接受的，但許多問題這樣計算將得到錯誤結果。因此，在條件允許時，應該盡量進行多場耦合分析。多物理場耦合符合實際，減少了簡化與假設，具有更高的準確性和精度，若模型構建得當，則完成模擬的時間會更少，能夠避免采用多個單場分析出現的錯誤。 一般而言，簡單產品也存在多物理場耦合的需求，這是根據使用環境決定的；在大多數環境下，某些場的影響相對較弱，因

19、此可采用人為簡化處理。 梁國平：多場的問題實際上是三類問題，一是流體，一是固體，然后是電磁場，從現在來說，不管哪一種CAE軟件，都只能算好某一類問題。 多場耦合在技術上有一定的困難，一方面是計算量比較大，另一方面是軟件本身非常復雜。ANSYS公司收購Fluent后，預計會把自己的固體和Fluent進行整合，但因為算法不一樣，所以整合也不容易。所以就希望有一種軟件能夠同時計算不同的問題。現在硬件設備的性能提高了，多CPU的并行機越來越便宜了，可以計算更多更復雜的問題，這也直接導致了并行軟件的發展非常迅速，這就為解決多場計算創造了條件。 Ron：產品的研發過程離不開多物理場分析，其中包括結構、流體

20、、熱等。非常明顯，多物理場分析將被更加廣泛的應用。許多企業的現狀是，不同的物理場分析，由不同的小組完成，而且采用各自獨立的分析軟件。 實際上各種物理場之間是有關聯的，需要進行不同物理場之間數據的傳遞來完成仿真分析。這種獨立分析的現狀，阻礙了企業內部CAE的信息傳遞，降低了多物理場仿真分析的效率。 CAE與CAD的集成，既要進行平臺集成，也需要進行CAE分析功能的集成，進而實現同一平臺下的多物理場分析。UGS NX不但將工業領域廣泛接受的結構分析軟件NX Nastran集成在系統中，還集成了業界領先的運動學分析、熱分析和流體分析功能。這樣，使得用戶可以在同一個平臺下完成多學科、多物理場分析，還可

21、以實現多物理場之間的數據交換。 蔣輝國：多物理場耦合是CAE研究的一個重要領域之一。比如流體力學問題通常有物理邊界，而物理邊界往往由固體結構組成，由于流體力的作用，這個物理邊界的位置或形狀會發生變化，當這種變化較大時，必須考慮流體與固體結構之間的耦合問題。同樣道理，電磁場與流場或結構的耦合問題也是產品設計者經常要分析和考慮的問題。 作為軟件供應商，ANSYS收購Fluent，也是基于這種耦合需求趨勢所采取的戰略行動。ANSYS 公司已經可以通過CFX CFD 軟件與ANSYS 結構分析軟件聯合分析一些流固耦合問題。而Fluent 軟件可以通過一個中間數據連接模塊實現與其它結構力學分析軟件聯合分

22、析流固耦合問題。很快，Fluent 將可以與ANSYS 結構力學分析模塊一起分析流固耦合問題，并且做到深度耦合。 這種耦合都基于ANSYS 公司一個CAE綜合平臺Workbench，不但實現了不同物理場數據之間的互聯互通，避免倒進倒出，而且部分實現了不同物理場的內在耦合計算。 戚國煥：我認為多物理場耦合在應用上有兩種，一種方法是找一種號稱能夠解決多物理場的軟件，它的特點是什么場都能包含進來，但其每一個場的計算結果跟專業的軟件無法相比，唯一的好處是中間的轉換比較簡單。這是一種 “全而淺”的方法。另外一種是，在具體的應用中還是使用專業的軟件，但是可以加上一種調度的平臺，通過這個平臺實現多物理場的耦

23、合。前一種方法，在高校、研究所這些地方用得比較多，而后面一種方法則在企業用得比較多。 總的來說，CAE本身的差異化非常大，不同的領域都有一些非常專業的軟件，其計算精度和效率也被所在的特定行業用戶所認同，未來的趨勢就是怎么樣把這些求解器融合起來，也就是使用同一個模型進而調用不同的求解器，這樣就需要一個多物理場耦合優化設計平臺，同時看不同的物理場性能的變化，從而得到一個最佳的耦合的結果。也就是說，未來的趨勢是一個多學科優化的平臺，不僅僅是仿真，而且需要優化。 仿真數據的管理e制造：當CAE應用越來越深化和普及，數據量越來越大的時候，仿真數據的管理是否將成為一個問題？ 寧振波：國內這塊是弱項。仿真分

24、析的數據量是非常龐大的，現在我們基本上是中間的數據不管，但管整個分析過程，也就是流程和結果數據。這相當于一個知識管理，把流程固化，下次按照這個流程來走就不會出問題了。 顧鐳：不同企業的仿真數據管理自成體系，風格迥異。有的自動化程度較高，需要人工維護的工作量少，而有的則需要較多的整理工作。從一定意義上來說，CAE應用開展得越深入，數據管理工作的問題越多。 數據管理的不善將導致存儲和檢索都很不方便。通常會出現：局部模型與CAD數據狀態變更不同步，數據版本編號混亂，報告與模型的對應性差，特別是間隔較長的數據，可追溯性更差，無法發揮經驗數據庫的作用。數據管理不力將對提升CAE分析與評價能力，追溯分析問

25、題均不利。 企業可以考慮開發自己的數據管理軟件或借鑒其他公司經驗，直接引入商業數據管理軟件，進行定制，形成適合自己的數據流程管理軟件；另一方面，大容量的數據儲存設備也是一個關鍵。 蔣輝國：CAE軟件是分析問題的工具和手段，而仿真數據管理軟件是提高分析人員工作效率的管理工具。當對多種產品設計進行多方面分析，產生很多數據結果時，需要管理工具幫助人們管理計算結果。或者在分析新的設計方案時，人們可以利用數據管理工具搜索以前的類似分析結果，以便借鑒，一方面可以避免重復計算，另一方面可以總結規律。Fluent 公司前幾年已經開始在這方面進行研究，當時我們應某國際大公司要求開始開發仿真數據管理軟件。 目前這

26、個系統已經投入客戶使用，我們正在把它提煉成一個標準商用軟件準備推廣。我們把這個產品簡稱為SPDM （Simulation PDM）。 Ron：UGS PLM Software很早就意識到這個問題，并且對此有專門的解決方案。仿真數據的管理不僅包括CAE數據，還包括CAD數據。面對海量的CAD數據，如何使CAE分析能夠反映最新的產品設計也是很多企業面臨的問題，CAE和CAD數據的統一管理可以有效地解決這個問題。這樣，CAD數據的更新可以自動地、及時地反映到CAE分析中。隨著CAE分析的深入，經驗和試驗數據的積累越來越多。如何有效地利用這些歷史數據指導新產品的設計，同樣需要對仿真數據進行管理。UGS

27、的Teamcenter for Simulation產品為CAE數據管理提供了解決方案。 戚國煥：一般來講，技術上的應用一個是管理，一個是工具。管理是帶來效率的，工具會帶來創新甚至是突破。 從這個角度，沒有數據管理，也可以把CAE做好，有了數據管理，就可以把CAE做得更好。因此，從單個技術難點來說，與數據管理沒有太大的關系。 目前市場上對仿真包括試驗數據的管理的確比較欠缺，原因在于，國內更多的CAE應用剛剛起步，很多企業做CAE分析的質量比較差，價值也比較低。但是現在這種局面在轉變，越來越多的CAE高級人才在積累了很多年的經驗之后，其CAE分析包括試驗的質量越來越高。這時，因為分析的數量越來越

28、多，數據的管理成為一個問題。以前都是放在個人的計算機上進行管理，但是不安全，另外知識重用也很困難。現在很多企業在這方面進行了很多探索，一是建立有效的安全機制，二是能夠讓需要用到的人方便地搜索到。 我們把仿真包括試驗的數據管理叫做“ 性能數據管理” ， 我們也稱之為PDM（Pe r formanc e Da t a Management），這是最近5年提出來的，但真正把它應用好的也非常少。澳汰爾在這方面有一個相對比較成熟的解決方案，而且在國內如上海大眾得到很好的應用。 專業化軟件的發展e制造：CAD求同而CAE求異。各種專業化CAE軟件不斷出現。 寧振波：一個復雜產品，可能涉及上百個專業。實際上

29、在整個的工業發展過程中，有很多專業原來是沒有CAD軟件的。那么我認為，CAE也是這種情況。 1993年，波音公司在767設計過程中使用了800多種軟件，現在正準備首飛的波音787研制過程中有7000多種軟件。在787研制過程中，有很多是手工進行的，但隨著研制的進行，他們又開發了很多專用的軟件解決一些很專業的問題，這樣造成軟件越來越多越來越大，但是在這個過程中，有很多軟件慢慢被整合進通用軟件中去了。 王成國：CAE軟件的小型化和專業化是CAE應用向市場深入的標志。 中小型企業是機械制造行業的主流。中小型企業的產品和技術比較專一，小型專業CAE軟件可以基本滿足要求。大型企業內部也有明顯的技術分工，

30、不同部門有不同的專業技術領域，需要不同的CAE軟件。 小型專業化CAE軟件有良好的生存空間。但是需要注意三點，第一，小型專業化CAE軟件應與大型CAE軟件在數據信息交流實現無縫連接；第二，應與大型CAE軟件的功能模塊相互提供用戶接口；第三，應與大型CAE軟件在技術的先進水平上保持同步。 顧鐳：隨著對新開發產品質量和CAE應用水平的要求不斷提高，市場上對細分的專業化軟件需求會有更多的需求，因為他們在某一領域有其獨特的優勢，可量身定做，對某類細化的問題分析會更精確、更有效，所以在當前的這個階段里面的生存空間必然會擴大。 專業化軟件與通用型軟件代表了CAE發展的兩個方向：集成化和專業化。在今后相當長

31、的一段時間，兩者將是共存的，而且他們彼此之間的競爭和合作關系，將會促進它們的共同發展。 但是，主流軟件仍然是通用型軟件，這是不可動搖的。因為專業軟件的客戶群太小，往往無法開展行業內交流，結果也就不能得到業界的認同。 所以，專業化軟件會逐步出現功能合并的情況，一種可能是同一領域小型專業軟件之間的合并，一種可能是作為一個功能模塊，補充到大型軟件當中，以滿足用戶的需求減少學習不同風格CAE軟件數量。 梁國平：目前一些特定領域的專業軟件發展很快，我覺得這也是一個趨勢，這一點在美國很明顯。 原因是什么呢？我覺得通用軟件設計了很多功能，但用戶可能只需要很少一部分，這樣會感覺很不方便，并且將來軟件的改動也很

32、麻煩。另外，通用軟件在很多領域是空白，比如巖土力學領域，大型通用軟件就做得不好。 我認為，CAE軟件的發展還有一個很大的趨勢，很多人可能沒有認識到，就是用一種組件化的設計方法，或者叫做構建化的設計方法來開發CAE軟件。現在IT業都是采用這種方法來開發軟件，但是在CAE軟件領域還沒有出現。組件化的開發方法，能夠為企業開發量身定做的、容易集成的、容易改動和可持續發展的軟件，從而可以讓用戶方便地組合使用，以降低總體擁有成本，因此預計組件化的軟件將受到用戶的歡迎。組件化的軟件開發方法預計將成為小型CAE軟件公司與大公司競爭的一種方式，成為中小CAE軟件公司的一個機會。 Ron：這是非常重要的問題。如果

33、看一下那些應用CAE多年的大公司，你將會發現他們有許多小型的專業CAE軟件。因為這些軟件應用的分散性，所以將這些小型的專業軟件集成到產品研發的工作流程將至關重要。很多年前，UGS就意識到這個問題的重要性，所以我們把平臺的開放性作為生命周期仿真戰略。 CAE知識積累e制造：在CAE的發展和應用中，相關知識的積累是一個很重要的內容。 顧鐳：完成CAE計算操作是比較簡單的，最困難的在于評價與提出有效改進方案，這就需要分析人員具有豐富的工程經驗和歷史數據的積累。 一項可信的CAE分析， 需要分析人員對所分析的對象有很深入全面的理解，然后經過科學合理的假設簡化，把具體的工程問題轉化為物理和數學模型，再利

34、用計算機仿真計算，并基于經驗開展分析評價。如果沒有對問題的理解和合理分析，CAE分析就沒有任何工程實用價值。 目前國內CAE應用不足與知識積累不夠有關。有些企業還沒有真正意識到應用CAE的重要性，認為試驗驗證更為可靠；有的企業雖然已經意識到CAE的重要性，但是苦于專業人員短缺和數據庫底子的單薄，進行正向設計往往無法做出判斷，也就很難發揮出CAE效益，這些都阻礙了CAE應用的推廣。 汽車制造企業面臨的共同問題是：在車型、數據積累等方面還有待時日，例如缺少材料性能參數、短缺試驗資源與手段以及經驗評價數據庫，都為CAE應用帶來了極大的壓力。這就要求：一方面CAE工程師必須認真研究問題的本質，尋求恰當

35、的本構關系，建立合理的力學仿真模型；一方面設計人員和試驗人員要為CAE工作提供盡可能詳盡的數據信息；在推廣CAE應用的同時，提升應用技術能力，加強試驗對比，開展相關性分析。 對于企業來說，要做好知識的積累需要從以下幾個方面來進行：加強CAE分析人員的工程經驗積累，包括分析人員和設計人員以及試驗人員交流、溝通形成的知識；需要必要的試驗支持，開展相關性分析，積累試驗歷史數據；通過供應商和自身試驗工作，進行材料性能數據積累；開展BENCHMARK工作；對于歷史分析工作中經驗教訓的總結；加強企業與外部伙伴，包括設計公司、供應商、咨詢公司、高校或其他專業研究機構的合作與交流，積累相關的數據庫。 Ron：

36、因為CAE對經驗和試驗的依賴程度還很強，所以相比于CAD產品，CAE對分析人員的要求更高。這個原因也限制了企業的CAE應用。由于缺少經驗、知識和試驗等原因，一些CAE分析工作并不能為產品設計提供強有力的依據，有時甚至是誤導。因此需要把一些專家的經驗、知識和歷史的試驗數據固化到CAE系統中，提高CAE分析的可靠度。UGS NX's Simulation Process Studio可以有效地實現這樣的功能。 可喜的是現在一些企業已經建立了自己的CAE仿真分析規范，并逐步地完善。在NX系統下，用戶還可以通過Knowledge Fusion功能，將企業的CAE規范直接溶接到仿真系統中，形成企

37、業CAE分析知識庫。這大大提高CAE分析結果的可信性，還可以避免因人員流動引起的損失。 有限元模型越來越大e 制造： 一個普遍的情況是，目前在進行CAE分析時，有限元模型越來越大，這是什么原因？ 寧振波：這個跟計算機的發展有很大的關系。舉例來說，由于計算機的限制，上個世紀80年代，一個起飛重量十幾噸到20噸的飛機外形氣動力性能，氣動網格最多能夠畫分到20萬點，現在10噸的飛機可以畫200萬個網格，這個數量就使計算更接近于現實了。隨著計算能力越來越強，已經可以把全機放進來計算，模型毫無疑問會越來越大。 王成國：計算機軟硬件技術的發展，尤其是并行計算技術的發展，使長期困擾有限元技術的計算速度和計算

38、規模問題有突破性進展。因此，有限元模型一定會越來越大，有限元模型也應該越來越大。總之，有限元模型越來越大的原因是多方面的： 首先，有限元分析的要求越來越高。為了更清晰的描述結構復雜的零部件的應力分布，對應力集中的部位進行有效的結構改進和優化，有限元模型的單元越來越小。導致模型越來越大。比如，雙層集裝箱車體的有限元模型采用板單元，模型達到200萬以上的自由度。 其次，有限元分析的問題越來越復雜。社會經濟的發展要求有限元分析的對象和問題提出新的要求。為研究車輛的耐碰撞性能，提高車輛的安全保護能力，需要建立包括車輪、轉向架、車體、座椅、和人體模型的系統有限元模型，這時模型可能到達300-500萬自由

39、度。如果進行兩車迎面碰撞分析，系統模型的自由度還要加倍。 第三，有限元分析的系統越來越大。有限元技術在多柔體系統動力學問題中的應用就屬于這種情況。如果多體系統相互作用有彈性接觸問題，模型更為復雜。 輪軌關系的動態有限元分析、橋梁-列車系統動力學的有限元分析都是超大性有限元模型的工程實例。這些有限元模型的成功應用對鐵道工程有重大意義。 有限元模型越來越大對計算機系統設備、有限元軟件系統、計算方法提出新要求。但是，有限元模型的大小應需要根據具體問題合理選取。長期的科學研究經驗表明，模型在滿足要求的前提下可能越簡單越好。 顧鐳：隨著計算機硬件的發展，為了得到更精確的分析結果，有限元分析模型規模的確已

40、經越來越大了。 以前因受計算機發展水平限制，為了能夠完成計算，在可接受的時間內得到分析結果，對CAE模型做了大量的簡化處理；而構建更精細模型的需求一直是存在的，而現在則是具備了這種條件的時候。 Ron：過去由于計算資源和算法的限制，人們盡可能地利用有限元知識和經驗簡化模型。隨著計算機硬件和軟件技術的發展，使得大規模問題的求解成為可能，因此有限元模型的規模隨著計算機性能的提升而不斷擴大。同時有限元分析的軟件技術也不斷地突飛猛進，如內存的管理、并行計算等。現在NX Nastran可以有效的求解2億自由度的有限元模型，而且在分布式并行計算集群上具有高速的加速比。 中低端市場升溫e制造：在PLM領域，

41、中低端市場正成為廠商的戰略重點。CAE是否也是如此？ 顧鐳：是的。簡單產品的CAE分析快速簡便，影響因素少，對技術人員的素質要求相對低，成效快，而且試驗驗證也相對容易，所以應用在逐漸擴大。 目前，一些主流CAD廠商紛紛在自己的CAD產品中開發較簡單的CAE應用，這些大部分是基于開發經驗知識的軟件，主要用于開展系統性分析工作。廠商對于軟件的內核非常清楚，代碼更新容易，切合工程實際，能夠更好滿足自身的工作需要；技術可獨享，提升自身產品競爭力。 但是， 對大多數中低端用戶來說，專業人才、材料數據庫、評價經驗以及驗證的短缺成為其CAE應用的主要挑戰。 自主開發之痛e制造：目前，一些具有自主知識產權的C

42、AE商業產品在國內已經出現，您如何看待他們的發展前景？ 王成國：中國已經成為全球制造加工中心，國內具有自主知識產權的CAE商業產品在國內將會有良好的發展前景。CAE必須走自主創新的道路。 我感覺，中國自主開發CAE面臨嚴峻的挑戰。20世紀70-90年代，中國CAE軟件行業做了大量工作。但是，目前好像還沒有創建出一個公認的國際一流的CAE品牌。現狀是，大量專業技術人才外流，大量國外CAE軟件蜂擁而進，大量銷售隊伍做外國CAE代理。 鐘萬勰院士大聲疾呼從國家戰略安全出發自主開發CAE，我很感動，也很支持。我希望科技部能夠像支持自主研制神州號航天飛船那樣，組織和協調自主開發CAE。要吸取20世紀的經驗教訓，應該以企業為主，走市場化的道路， 顧鐳：開發自主產權的CAE商業產品是必然趨勢，但是目前與國外商業化的大型通用軟件有較大差距，畢竟國外軟件是積累了數十年開發成果的，我們要在短期內達到這樣的水平太困難了。 自主開發會更快地響應客戶的需求，將是對國內CAE應