CAE現(xiàn)狀和未來-課件

1、2022-2-20計算機(jī)輔助工程（）的現(xiàn)計算機(jī)輔助工程（）的現(xiàn)狀和未來狀和未來崔俊芝崔俊芝中國工程院院士本報告受到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（19932030）和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助2022-2-20摘摘 要要 計算機(jī)輔助工程（計算機(jī)輔助工程（CAE）是一種迅速是一種迅速發(fā)展的信息技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)重大工程和工發(fā)展的信息技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)重大工程和工業(yè)產(chǎn)品的計算分析業(yè)產(chǎn)品的計算分析、模擬仿真與優(yōu)化設(shè)、模擬仿真與優(yōu)化設(shè)計的工程軟件，是支持工程科學(xué)家進(jìn)行計的工程軟件，是支持工程科學(xué)家進(jìn)行創(chuàng)新研究和工程師進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的、最創(chuàng)新研究和工程師進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的、最重要的工具和手段。本報告將扼要敘述重要的工具和手段

2、。本報告將扼要敘述CAECAE技術(shù)及其軟件的現(xiàn)狀，并展望最近十技術(shù)及其軟件的現(xiàn)狀，并展望最近十年的發(fā)展趨勢。年的發(fā)展趨勢。2022-2-20一概一概 述述 計算機(jī)輔助工程（計算機(jī)輔助工程（CAE)，從字面上，從字面上講它包括工程和制造業(yè)信息化的所有方講它包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面，但是傳統(tǒng)的面，但是傳統(tǒng)的CAE主要指用計算機(jī)對主要指用計算機(jī)對工程和產(chǎn)品的功能工程和產(chǎn)品的功能、性能與安全可靠性性能與安全可靠性進(jìn)行計算進(jìn)行計算、優(yōu)化設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計，對未來的工作狀，對未來的工作狀態(tài)和運(yùn)行行為進(jìn)行模擬仿真，及早發(fā)現(xiàn)態(tài)和運(yùn)行行為進(jìn)行模擬仿真，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺隕，改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計方案，證實(shí)設(shè)計缺隕，改進(jìn)

3、和優(yōu)化設(shè)計方案，證實(shí)未來工程未來工程/產(chǎn)品的可用性與可靠性。產(chǎn)品的可用性與可靠性。2022-2-20工程師進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的重要手工程師進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的重要手段和工具段和工具 工程和制造企業(yè)的生命力在于工工程和制造企業(yè)的生命力在于工程程/產(chǎn)品的創(chuàng)新，而對于工程師產(chǎn)品的創(chuàng)新，而對于工程師來說，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的關(guān)鍵，除了設(shè)來說，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的關(guān)鍵，除了設(shè)計思想和概念之外，最主要的技計思想和概念之外，最主要的技術(shù)手段，就是采用先進(jìn)可靠的術(shù)手段，就是采用先進(jìn)可靠的CAE軟件軟件.2022-2-20科學(xué)家進(jìn)行創(chuàng)新研究的重要手科學(xué)家進(jìn)行創(chuàng)新研究的重要手段段 科學(xué)計算是現(xiàn)代科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)和技術(shù)科學(xué)計算是現(xiàn)代科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)和

4、技術(shù)研究的三大手段之一。它可以幫助科學(xué)研究的三大手段之一。它可以幫助科學(xué)家揭示用物質(zhì)實(shí)驗(yàn)手段尚不能表現(xiàn)的科家揭示用物質(zhì)實(shí)驗(yàn)手段尚不能表現(xiàn)的科學(xué)奧秘和科學(xué)規(guī)律。學(xué)奧秘和科學(xué)規(guī)律。 同時，它也是工程科學(xué)家的研究成果同時，它也是工程科學(xué)家的研究成果-理理論、方法和科學(xué)數(shù)據(jù)論、方法和科學(xué)數(shù)據(jù)-的歸屬之一，做成的歸屬之一，做成軟件和數(shù)據(jù)庫，成為推動工程和社會進(jìn)軟件和數(shù)據(jù)庫，成為推動工程和社會進(jìn)步的最新生產(chǎn)力。步的最新生產(chǎn)力。2022-2-20 CAE軟件是迅速發(fā)展中的計軟件是迅速發(fā)展中的計算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、相關(guān)的工程算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、相關(guān)的工程科學(xué)、工程管理學(xué)與現(xiàn)代計算機(jī)科學(xué)、工程管理學(xué)與現(xiàn)代計算機(jī)科學(xué)

5、和技術(shù)相結(jié)合，而形成的一科學(xué)和技術(shù)相結(jié)合，而形成的一種綜合性、知識密集型信息產(chǎn)品。種綜合性、知識密集型信息產(chǎn)品。2022-2-20 CAE軟件分類軟件分類 針對特定類型的工程針對特定類型的工程/產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品性能分析、預(yù)測和優(yōu)化計算的軟件，產(chǎn)品性能分析、預(yù)測和優(yōu)化計算的軟件，稱為專用稱為專用CAE軟件。軟件。 可以對多種類型的工程可以對多種類型的工程/產(chǎn)品的工程行為產(chǎn)品的工程行為進(jìn)行計算分析，模擬仿真，性能預(yù)測、進(jìn)行計算分析，模擬仿真，性能預(yù)測、評價與優(yōu)化的軟件，稱為通用評價與優(yōu)化的軟件，稱為通用CAE軟件。軟件。 通用通用CAE軟件主要由有限元軟件軟件主要由有限元軟件、

6、優(yōu)化、優(yōu)化設(shè)計軟件、計算流體軟件、電磁場計算設(shè)計軟件、計算流體軟件、電磁場計算軟件、最優(yōu)控制軟件和其它專業(yè)性的計軟件、最優(yōu)控制軟件和其它專業(yè)性的計算軟件組成。算軟件組成。2022-2-20 CAE技術(shù)已經(jīng)成熟技術(shù)已經(jīng)成熟，CAE軟件的可軟件的可用性、可靠性和計算效率問題已經(jīng)用性、可靠性和計算效率問題已經(jīng)基本解決?；窘鉀Q。 CAE與與CAD / CAMCAPPPDM / ERP軟件一起，已經(jīng)成為企業(yè)家和軟件一起，已經(jīng)成為企業(yè)家和工程師們實(shí)現(xiàn)工程工程師們實(shí)現(xiàn)工程/產(chǎn)品創(chuàng)新的得力產(chǎn)品創(chuàng)新的得力助手和有效工具。同時，也已成為助手和有效工具。同時，也已成為專家、教授進(jìn)行研究重要手段。專家、教授進(jìn)行研究

7、重要手段。2022-2-20 CAE與與CADCAMCAPPPDMERP一起，已經(jīng)成為支持工程行業(yè)和一起，已經(jīng)成為支持工程行業(yè)和制造企業(yè)信息化的重要技術(shù)，它們已經(jīng)制造企業(yè)信息化的重要技術(shù)，它們已經(jīng)在提高工程在提高工程/產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，降低研究產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，降低研究開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期方面發(fā)揮了重開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期方面發(fā)揮了重要作用，成為實(shí)現(xiàn)工程要作用，成為實(shí)現(xiàn)工程/產(chǎn)品創(chuàng)新的支撐產(chǎn)品創(chuàng)新的支撐技術(shù)。技術(shù)。2022-2-20發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 擴(kuò)充擴(kuò)充CAE功能，實(shí)現(xiàn)多結(jié)構(gòu)耦合分功能，實(shí)現(xiàn)多結(jié)構(gòu)耦合分析，實(shí)現(xiàn)多物理場耦合分析，多尺析，實(shí)現(xiàn)多物理場耦合分析，多尺度耦合分析，以及結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其

8、度耦合分析，以及結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其材料的一體化設(shè)計計算與模擬仿真。材料的一體化設(shè)計計算與模擬仿真。 基于基于Internet/Intranet = Grid Computing 的的、CADCAECAM / CAPPPDM / ERP的集成化的集成化、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化、絡(luò)化、智能化智能化。2022-2-20二現(xiàn)二現(xiàn) 狀狀 計算機(jī)輔助工程計算起源于五十年代計算機(jī)輔助工程計算起源于五十年代中期。中期。 實(shí)用的實(shí)用的CAE軟件誕生于七十年代初期。軟件誕生于七十年代初期。 從七零年到八五年的十五年，是從七零年到八五年的十五年，是CAE軟件的功能和算法的擴(kuò)充和完善期，到軟件的功能和算法的擴(kuò)充和完善期，到八十年代中期

9、，逐步形成了商品化的通八十年代中期，逐步形成了商品化的通用和專用用和專用CAE軟件。軟件。2022-2-20 到八十年代后期國際上知名的到八十年代后期國際上知名的CAE軟件有軟件有NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, DYN3D, MARC, ASKA, DYNA, MODULEF、FASTRAN 等。等。 國內(nèi)的國內(nèi)的CAE軟件主要是軟件主要是JIFEX, FEM, FEPS, 等。等。 2022-2-20 它們都是采用結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)它們都是采用結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計方法計方法、用、用FORTRAN語言和數(shù)語言和數(shù)據(jù)文件管理技術(shù)，開發(fā)的結(jié)構(gòu)化據(jù)文件管理技術(shù)，開發(fā)的結(jié)構(gòu)化軟件。軟件。2022-

10、2-20 近十五年近十五年CAE的發(fā)展，不僅是的發(fā)展，不僅是擴(kuò)充了軟件的功能、性能，更重要擴(kuò)充了軟件的功能、性能，更重要的是擴(kuò)充了用戶界面，前、后處理的是擴(kuò)充了用戶界面，前、后處理能力；對數(shù)據(jù)管理和圖形部份，進(jìn)能力；對數(shù)據(jù)管理和圖形部份，進(jìn)行了重大的改造。新增的軟件成分行了重大的改造。新增的軟件成分大都采用了面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)和大都采用了面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)和C+語言。語言。2022-2-20 近十五年近十五年CAE軟件發(fā)展很快，軟件發(fā)展很快，目前市場上的目前市場上的CAE軟件，在功能、軟件，在功能、性能、可用性性能、可用性可靠性方面，基可靠性方面，基本上滿足了用戶的需求，它們可本上滿足了用戶的

11、需求，它們可以運(yùn)行在超級并行機(jī)，大、中、以運(yùn)行在超級并行機(jī)，大、中、小、微等各類計算機(jī)系統(tǒng)上。小、微等各類計算機(jī)系統(tǒng)上。2022-2-20通用通用CAE的算法與軟件模塊的算法與軟件模塊2022-2-20 前處理前處理 三維實(shí)體建模與參數(shù)化建模，三維實(shí)體建模與參數(shù)化建模， 構(gòu)件的布爾運(yùn)算，構(gòu)件的布爾運(yùn)算， 有限元自動剖分與節(jié)點(diǎn)自動編號，有限元自動剖分與節(jié)點(diǎn)自動編號， 節(jié)點(diǎn)參數(shù)自動生成，節(jié)點(diǎn)參數(shù)自動生成， 荷載與材料數(shù)據(jù)輸入與公式化導(dǎo)入，荷載與材料數(shù)據(jù)輸入與公式化導(dǎo)入， 節(jié)點(diǎn)荷載自動生成，節(jié)點(diǎn)荷載自動生成， 有限元模型信息自動生成有限元模型信息自動生成, .。2022-2-20有限元分析有限元分析

12、 有限單元庫，有限單元庫， 材料庫及相關(guān)算法庫，材料庫及相關(guān)算法庫， 約束處理算法，約束處理算法， 靜力、動力、振動、線性與非線靜力、動力、振動、線性與非線性解法庫及相應(yīng)的有限元系統(tǒng)組裝性解法庫及相應(yīng)的有限元系統(tǒng)組裝模塊庫，模塊庫， 單元內(nèi)物理場計算等單元內(nèi)物理場計算等, .。2022-2-20有限元分析子系統(tǒng)有限元分析子系統(tǒng) 根據(jù)工程問題的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)特征，有根據(jù)工程問題的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)特征，有限元分析可以分解成若干個子問題子系統(tǒng)限元分析可以分解成若干個子問題子系統(tǒng): 線性靜力分析子系統(tǒng)線性靜力分析子系統(tǒng), 動力及高速碰撞分析子系統(tǒng)動力及高速碰撞分析子系統(tǒng), 振動模態(tài)分析子系統(tǒng)振動模態(tài)

13、分析子系統(tǒng), 非線性分析子系統(tǒng)非線性分析子系統(tǒng), 多體耦合與接觸分析子系統(tǒng)多體耦合與接觸分析子系統(tǒng), 熱分析與熱熱分析與熱-力耦合分析子系統(tǒng)力耦合分析子系統(tǒng),。2022-2-20 CAE軟件的計算分析與模擬仿真能力，軟件的計算分析與模擬仿真能力，主要決定于單元庫和材料庫的豐富和完主要決定于單元庫和材料庫的豐富和完善程度，單元庫包含的單元類型越多，善程度，單元庫包含的單元類型越多，材料庫包括的材料特性種類越全，其對材料庫包括的材料特性種類越全，其對工程工程/產(chǎn)品的分析與仿真能力就越強(qiáng)。產(chǎn)品的分析與仿真能力就越強(qiáng)。 知名知名CAE軟件的單元庫一般都有百余軟件的單元庫一般都有百余種單元，種單元，并擁

14、有一個比較完善的材料庫。并擁有一個比較完善的材料庫。2022-2-20 CAE軟件的計算效率和計算結(jié)果的軟件的計算效率和計算結(jié)果的精度，主要決定于解法庫；如果解法庫精度，主要決定于解法庫；如果解法庫包含了各種不同類型的高性能求解算法，包含了各種不同類型的高性能求解算法，那它就會對不同類型、不同規(guī)模的問題，那它就會對不同類型、不同規(guī)模的問題，以較快的速度和較高的精度給出計算結(jié)以較快的速度和較高的精度給出計算結(jié)果。先進(jìn)高效的求解算法與常規(guī)的求解果。先進(jìn)高效的求解算法與常規(guī)的求解算法相比，在計算效率上可能有幾倍、算法相比，在計算效率上可能有幾倍、幾十倍，甚至幾百倍的差異，特別是在幾十倍，甚至幾百倍的

15、差異，特別是在并行計算機(jī)環(huán)境下運(yùn)行。并行計算機(jī)環(huán)境下運(yùn)行。2022-2-20 后處理后處理 有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)平滑，有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)平滑， 各種物理量的加工與顯示，各種物理量的加工與顯示， 根據(jù)設(shè)計要求對工程根據(jù)設(shè)計要求對工程/產(chǎn)品按工程規(guī)范產(chǎn)品按工程規(guī)范進(jìn)行設(shè)計數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，進(jìn)行設(shè)計數(shù)據(jù)檢驗(yàn)， 優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計， 配筋設(shè)計與繪制設(shè)計圖，配筋設(shè)計與繪制設(shè)計圖，.2022-2-20 前后處理是近十多年發(fā)展最快的前后處理是近十多年發(fā)展最快的CAE軟件成份，它們是軟件成份，它們是CAE軟件滿足用軟件滿足用戶需求，使通用軟件專業(yè)化、屬地化，戶需求，使通用軟件專業(yè)化、屬地化，并實(shí)現(xiàn)與并實(shí)現(xiàn)與CAD、

16、CAM、CAPP、PDM等等軟件無縫集成的關(guān)鍵成份；軟件無縫集成的關(guān)鍵成份；通過通過增加面增加面向行業(yè)的數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化算法模塊向行業(yè)的數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化算法模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了特定行業(yè)的有效應(yīng)用了特定行業(yè)的有效應(yīng)用.2022-2-20 ANSYS軟件通過軟件通過增設(shè)與增設(shè)與CAD 軟件的軟件的接口模塊，實(shí)現(xiàn)了與接口模塊，實(shí)現(xiàn)了與Pro/Engineer，CADDS，Unigraphic，Solidedge，CADIA，Solidworks，MDT以及以及SolidDesigner，MicroStation等軟件的有等軟件的有效集成。效集成。2022-2-20 用戶界面用戶界面 用戶界面包括交互式圖形界面

17、，用戶界面包括交互式圖形界面， 數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出宏命令數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出宏命令, CAE相關(guān)的相關(guān)的GUI圖符，圖符， 智能化用戶界面支持系統(tǒng)智能化用戶界面支持系統(tǒng)(專家系統(tǒng)）。專家系統(tǒng)）。2022-2-20 有些有些CAE軟件擁有專用的智能化用戶軟件擁有專用的智能化用戶界面，能夠幫助用戶選擇單元形態(tài)，分界面，能夠幫助用戶選擇單元形態(tài)，分析流程，判斷分析結(jié)果等，使用戶使用析流程，判斷分析結(jié)果等，使用戶使用CAE軟件，就像使用軟件，就像使用“傻瓜傻瓜”相機(jī)一樣，相機(jī)一樣，具有一按即得的功效。具有一按即得的功效。 國產(chǎn)的國產(chǎn)的“傻瓜傻瓜”型機(jī)械型機(jī)械CAE軟件已經(jīng)軟件已經(jīng)聞世兩年。聞世兩年。2022-2

18、-20數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫 不同的不同的CAE軟件采用的數(shù)據(jù)管理技術(shù)軟件采用的數(shù)據(jù)管理技術(shù)不同：文件管理系統(tǒng)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管不同：文件管理系統(tǒng)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系理系統(tǒng)，面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等；統(tǒng)等； 數(shù)據(jù)庫：標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，典型工程產(chǎn)數(shù)據(jù)庫：標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，典型工程產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)品的結(jié)構(gòu)圖形庫，常規(guī)材料特性數(shù)據(jù)庫，圖形庫，常規(guī)材料特性數(shù)據(jù)庫，相關(guān)的國家國際標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范庫，以及相關(guān)的國家國際標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范庫，以及有關(guān)的知識庫等有關(guān)的知識庫等。2022-2-20 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為大型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為大型應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的核心，它

19、們?yōu)閼?yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的核心，它們?yōu)?CAE軟件的功能擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)與軟件的功能擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)與CAD、CAM軟件的連接運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。軟件的連接運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的優(yōu)劣，對大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的優(yōu)劣，對大型型CAE軟件的運(yùn)行效率影響極大。統(tǒng)計軟件的運(yùn)行效率影響極大。統(tǒng)計資料表明，資料表明，CAE軟件在運(yùn)行中，軟件在運(yùn)行中，70左左右的時間是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。右的時間是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。2022-2-20目前國際上先進(jìn)目前國際上先進(jìn)CAE軟件功能軟件功能 靜力和擬靜力的線性與非線性分析靜力和擬靜力的線性與非線性分析 線性與非線性動力分析線性與非線性動力分析 穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱分析穩(wěn)態(tài)與瞬

20、態(tài)熱分析 電磁場和電流分析電磁場和電流分析 流體計算流體計算 聲場與波的傳波計算，聲場與波的傳波計算，。2022-2-20靜力和擬靜力的線性與非線性分析靜力和擬靜力的線性與非線性分析 各種單一和復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)的彈性、各種單一和復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)的彈性、彈塑性、塑性、蠕變、膨脹、幾何大變彈塑性、塑性、蠕變、膨脹、幾何大變形、大應(yīng)變、疲勞、斷裂、損傷，以及形、大應(yīng)變、疲勞、斷裂、損傷，以及多體彈塑性接觸在內(nèi)的變形與應(yīng)力應(yīng)變多體彈塑性接觸在內(nèi)的變形與應(yīng)力應(yīng)變分析。分析。2022-2-20線性與非線性動力分析線性與非線性動力分析 各種動荷載、爆炸與沖擊荷載作用下各種動荷載、爆炸與沖擊荷載作用下的時程分析，的時

21、程分析， 振動模態(tài)分析，振動模態(tài)分析， 交變荷載與諧波響應(yīng)分析，交變荷載與諧波響應(yīng)分析， 隨機(jī)地震荷載及隨機(jī)振動分析，隨機(jī)地震荷載及隨機(jī)振動分析， 屈曲與穩(wěn)定性分析等。屈曲與穩(wěn)定性分析等。2022-2-20穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)與熱穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)與熱-力耦合力耦合分析分析 熱傳導(dǎo)分析，熱傳導(dǎo)分析， 對流和幅射狀態(tài)下的熱分析，對流和幅射狀態(tài)下的熱分析， 相變分析，相變分析， 熱熱/結(jié)構(gòu)耦合分析，結(jié)構(gòu)耦合分析，。2022-2-20電磁場和電流分析電磁場和電流分析 靜態(tài)和交變態(tài)的電磁場分析，靜態(tài)和交變態(tài)的電磁場分析， 電流與壓電行為分析，電流與壓電行為分析， 電磁電磁/結(jié)構(gòu)耦合分析，結(jié)構(gòu)耦合分析，.。2

22、022-2-20流體計算流體計算 常規(guī)的管內(nèi)和外場的層流與端常規(guī)的管內(nèi)和外場的層流與端流分析，流分析， 熱熱/流耦合分析，流耦合分析， 流流/固耦合分析，固耦合分析，.。2022-2-20聲場與波的傳波計算聲場與波的傳波計算 靜態(tài)和動態(tài)聲場及噪聲計算，靜態(tài)和動態(tài)聲場及噪聲計算， 固體、流體和空氣中波的傳播固體、流體和空氣中波的傳播計算，計算，.。2022-2-20 伴隨著伴隨著CAE的發(fā)展，的發(fā)展，CAE 與與 CAD/CAM /CAPP/PDM 一起已經(jīng)形成一起已經(jīng)形成了一個包括研究、開發(fā)、營銷、咨詢、了一個包括研究、開發(fā)、營銷、咨詢、培訓(xùn)服務(wù)在內(nèi)的軟件產(chǎn)業(yè)，這是一個對培訓(xùn)服務(wù)在內(nèi)的軟件產(chǎn)業(yè)

23、，這是一個對工程和產(chǎn)品制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新有重大影工程和產(chǎn)品制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新有重大影響的軟件產(chǎn)業(yè)，它已經(jīng)并會繼續(xù)對國民響的軟件產(chǎn)業(yè)，它已經(jīng)并會繼續(xù)對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。2022-2-20三發(fā)三發(fā) 展展 趨趨 勢勢 功能功能 性能性能 軟件技術(shù)軟件技術(shù) 用戶界面與智能化用戶界面與智能化 網(wǎng)絡(luò)化與網(wǎng)絡(luò)化與CAE網(wǎng)上鏈鎖店網(wǎng)上鏈鎖店2022-2-203.1 功能功能 可變形體與多體耦合分析，可變形體與多體耦合分析， 多相多態(tài)介質(zhì)耦合分析，多相多態(tài)介質(zhì)耦合分析， 多物理場耦合分析，多物理場耦合分析， 多尺度耦合分析，多尺度耦合分析， 從材料設(shè)計到工程從材料設(shè)計到工程/產(chǎn)品設(shè)

24、計、集仿真與產(chǎn)品設(shè)計、集仿真與優(yōu)化于一體的優(yōu)化于一體的CAE系統(tǒng)，系統(tǒng)， 微機(jī)電系統(tǒng)分析。微機(jī)電系統(tǒng)分析。2022-2-20可變形體系與多體耦合分析可變形體系與多體耦合分析 形體變化與荷載并發(fā)狀態(tài)下可變形體系形體變化與荷載并發(fā)狀態(tài)下可變形體系的動力與振動分析。例如，衛(wèi)星天線、的動力與振動分析。例如，衛(wèi)星天線、機(jī)器人、起落架。機(jī)器人、起落架。 多體耦合狀態(tài)下的靜力、動力與振動分多體耦合狀態(tài)下的靜力、動力與振動分析：多體接觸分析，多體耦合動力分析析：多體接觸分析，多體耦合動力分析與多體耦合振動分析。例如，車輛與路與多體耦合振動分析。例如，車輛與路軌，車輛與橋梁等。軌，車輛與橋梁等。2022-2-2

25、0多相多態(tài)介質(zhì)耦合與多物理場耦多相多態(tài)介質(zhì)耦合與多物理場耦合分析合分析復(fù)雜的工程復(fù)雜的工程/產(chǎn)品大都是處在多物理場與多產(chǎn)品大都是處在多物理場與多相多態(tài)介質(zhì)非線性耦合狀態(tài)下工作，其行為絕非相多態(tài)介質(zhì)非線性耦合狀態(tài)下工作，其行為絕非是多個單一問題的迭加。是多個單一問題的迭加。 多物理場（力場、滲流場、溫度場、多物理場（力場、滲流場、溫度場、電磁場等）非線性耦合分析，電磁場等）非線性耦合分析， 多相與多態(tài)（流、固、氣）介質(zhì)耦合多相與多態(tài)（流、固、氣）介質(zhì)耦合分析。分析。2022-2-20多尺度耦合分析多尺度耦合分析 從基本材料的組份與構(gòu)造到復(fù)合材料，從從基本材料的組份與構(gòu)造到復(fù)合材料，從復(fù)合材料做成

26、構(gòu)件，再由構(gòu)件裝配成工程復(fù)合材料做成構(gòu)件，再由構(gòu)件裝配成工程/產(chǎn)產(chǎn)品，存在著從微觀、細(xì)觀到宏觀的多尺度現(xiàn)象；品，存在著從微觀、細(xì)觀到宏觀的多尺度現(xiàn)象；不同的尺度服從于不同的物理、力學(xué)模型；通不同的尺度服從于不同的物理、力學(xué)模型；通過對宏觀模型的細(xì)分，不能導(dǎo)致細(xì)觀和微觀模過對宏觀模型的細(xì)分，不能導(dǎo)致細(xì)觀和微觀模型；相反，通過微觀和細(xì)觀模型的無限迭加，型；相反，通過微觀和細(xì)觀模型的無限迭加，也難導(dǎo)致宏觀模型。因此，在工程也難導(dǎo)致宏觀模型。因此，在工程/產(chǎn)品的精產(chǎn)品的精細(xì)分析中，客觀地會遇到多尺度模型的耦合問細(xì)分析中，客觀地會遇到多尺度模型的耦合問題。目前的題。目前的CAE軟件，都是僅限于宏觀物理、

27、軟件，都是僅限于宏觀物理、力學(xué)模型的工程力學(xué)模型的工程/品分析。品分析。2022-2-20 對于多物理場的強(qiáng)耦合問題、多相對于多物理場的強(qiáng)耦合問題、多相多態(tài)介質(zhì)耦合問題，特別是多尺度耦合多態(tài)介質(zhì)耦合問題，特別是多尺度耦合問題，目前尚沒有成熟可靠的理論，尚問題，目前尚沒有成熟可靠的理論，尚處于基礎(chǔ)性前沿研究，它們已經(jīng)成為國處于基礎(chǔ)性前沿研究，它們已經(jīng)成為國內(nèi)外科學(xué)家主攻的目標(biāo)，由于其強(qiáng)烈的內(nèi)外科學(xué)家主攻的目標(biāo)，由于其強(qiáng)烈的工業(yè)背景，基礎(chǔ)研究的任何突破，都會工業(yè)背景，基礎(chǔ)研究的任何突破，都會被迅速納入被迅速納入CAE軟件，以支持新興工程軟件，以支持新興工程/工業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新。工業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新。

28、2022-2-20從材料設(shè)計到工程從材料設(shè)計到工程/產(chǎn)品設(shè)計、集產(chǎn)品設(shè)計、集仿真、優(yōu)化于一體的仿真、優(yōu)化于一體的CAE系統(tǒng)系統(tǒng) 隨著計算材料科學(xué)的發(fā)展，不遠(yuǎn)的隨著計算材料科學(xué)的發(fā)展，不遠(yuǎn)的將來，計算機(jī)輔助于材料設(shè)計將會納入將來，計算機(jī)輔助于材料設(shè)計將會納入CAE軟件，實(shí)現(xiàn)從材料性能的預(yù)測、仿軟件，實(shí)現(xiàn)從材料性能的預(yù)測、仿真，到構(gòu)件與整個產(chǎn)品的設(shè)計、性能預(yù)真，到構(gòu)件與整個產(chǎn)品的設(shè)計、性能預(yù)測、系統(tǒng)仿真，形成集計算機(jī)輔助于材測、系統(tǒng)仿真，形成集計算機(jī)輔助于材料設(shè)計、制備，到工程或產(chǎn)品的設(shè)計、料設(shè)計、制備，到工程或產(chǎn)品的設(shè)計、仿真、優(yōu)化于一體的新一代仿真、優(yōu)化于一體的新一代CAE系統(tǒng)。系統(tǒng)。2022

29、-2-20微機(jī)電系統(tǒng)分析微機(jī)電系統(tǒng)分析 隨著多物理場、多相、多態(tài)介質(zhì)耦合理隨著多物理場、多相、多態(tài)介質(zhì)耦合理論與亞微米、納米科學(xué)的發(fā)展，以及微論與亞微米、納米科學(xué)的發(fā)展，以及微機(jī)電系統(tǒng)開發(fā)的強(qiáng)烈需求，專門用于微機(jī)電系統(tǒng)開發(fā)的強(qiáng)烈需求，專門用于微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計計算和系統(tǒng)仿真的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計計算和系統(tǒng)仿真的CAE 軟軟件正在開發(fā)，不久將會問世。件正在開發(fā)，不久將會問世。2022-2-203.2 性能性能 基于超級計算機(jī)和計算機(jī)群的并行計算基于超級計算機(jī)和計算機(jī)群的并行計算CAE系統(tǒng)，系統(tǒng)， 基于網(wǎng)格計算的基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)，系統(tǒng)， 基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工作的基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工

30、作的CAE系統(tǒng)系統(tǒng)2022-2-20適應(yīng)于超級計算機(jī)和機(jī)群并行適應(yīng)于超級計算機(jī)和機(jī)群并行計算計算CAE系統(tǒng)系統(tǒng) 每秒千萬億次的計算機(jī)與機(jī)群系統(tǒng)即每秒千萬億次的計算機(jī)與機(jī)群系統(tǒng)即將誕生，適應(yīng)這些大規(guī)模并行計算平臺將誕生，適應(yīng)這些大規(guī)模并行計算平臺的新型高精度和高效率算法正迅速發(fā)展。的新型高精度和高效率算法正迅速發(fā)展。 新一代的新一代的CAE系統(tǒng)將能夠解算上千萬系統(tǒng)將能夠解算上千萬階級方程組，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜工程產(chǎn)階級方程組，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜工程產(chǎn)品的實(shí)時和真三維仿真。品的實(shí)時和真三維仿真。2022-2-20基于網(wǎng)格計算的基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)系統(tǒng) 互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將千萬臺各類計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將千萬臺各類

31、計算機(jī)連接在一起，連接在一起，人們正在開發(fā)將互聯(lián)人們正在開發(fā)將互聯(lián)網(wǎng)上所有計算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)網(wǎng)上所有計算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫以及連接的實(shí)驗(yàn)設(shè)備統(tǒng)一和有效庫以及連接的實(shí)驗(yàn)設(shè)備統(tǒng)一和有效使用的使用的網(wǎng)格計算技術(shù)網(wǎng)格計算技術(shù)。隨著這一技。隨著這一技術(shù)的成熟，一定會出現(xiàn)基于網(wǎng)格計術(shù)的成熟，一定會出現(xiàn)基于網(wǎng)格計算的算的CAE系統(tǒng)系統(tǒng)2022-2-20基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工作的同工作的CAE系統(tǒng)系統(tǒng) 隨著分布式對象集成技術(shù)和網(wǎng)格計算隨著分布式對象集成技術(shù)和網(wǎng)格計算技術(shù)的發(fā)展，大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)中實(shí)施并行工程，以及研究集團(tuán)的聯(lián)合中實(shí)

32、施并行工程，以及研究集團(tuán)的聯(lián)合攻關(guān)，未來的用戶將不再需要單一的攻關(guān)，未來的用戶將不再需要單一的CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM 和和 ERP產(chǎn)品，它們需要基于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，它們需要基于互聯(lián)網(wǎng)(JAVA)的、具有行業(yè)特色的、集成化與支持協(xié)的、具有行業(yè)特色的、集成化與支持協(xié)同工作的的套裝系統(tǒng)。同工作的的套裝系統(tǒng)。2022-2-20 大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品，例如發(fā)電廠大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品，例如發(fā)電廠化工廠化工廠飛機(jī)飛機(jī)輪輪船及機(jī)車車輛等，船及機(jī)車車輛等，它們由數(shù)萬到數(shù)百萬個構(gòu)件和數(shù)以千計它們由數(shù)萬到數(shù)百萬個構(gòu)件和數(shù)以千計的設(shè)備組成，其設(shè)計的設(shè)備組成，其設(shè)計分析分析安裝模擬安裝模擬和運(yùn)行過程仿真，都要

33、涉及數(shù)個到數(shù)十和運(yùn)行過程仿真，都要涉及數(shù)個到數(shù)十專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員。因此，基于專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員。因此，基于Internet和和Grid computing的異地的異地異構(gòu)異構(gòu)系統(tǒng)下的系統(tǒng)下的計算分析，實(shí)現(xiàn)對大型工程計算分析，實(shí)現(xiàn)對大型工程復(fù)雜產(chǎn)品的全面分析和運(yùn)行仿真，將成復(fù)雜產(chǎn)品的全面分析和運(yùn)行仿真，將成為為CAE的另一個重要發(fā)展方向。的另一個重要發(fā)展方向。2022-2-203.3 軟件技術(shù)軟件技術(shù) 真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實(shí)，真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實(shí)， 基于基于Internet和和Grid computing的面向?qū)Φ拿嫦驅(qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及工程數(shù)據(jù)庫。象的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及

34、工程數(shù)據(jù)庫。2022-2-20真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實(shí)真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實(shí) 隨著隨著DSP芯片的發(fā)展，計算機(jī)圖形處芯片的發(fā)展，計算機(jī)圖形處理能力近年有了上百倍的提高，再加上理能力近年有了上百倍的提高，再加上三維圖形算法、圖形運(yùn)算和參數(shù)化建模三維圖形算法、圖形運(yùn)算和參數(shù)化建模的發(fā)展，快速真三維的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已的發(fā)展，快速真三維的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成熟。因此經(jīng)成熟。因此, CAE軟件的三維實(shí)體建軟件的三維實(shí)體建模，復(fù)雜的靜態(tài)、動態(tài)物理場的虛擬現(xiàn)模，復(fù)雜的靜態(tài)、動態(tài)物理場的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會有大發(fā)展。實(shí)技術(shù)將會有大發(fā)展。2022-2-20基于基于Internet和和Grid computing的面向

35、對象的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及的面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及工程數(shù)據(jù)庫工程數(shù)據(jù)庫 高性能價格比的大容量的存貯器高性能價格比的大容量的存貯器及其高速存取技術(shù)在迅速發(fā)展，及其高速存取技術(shù)在迅速發(fā)展， PC機(jī)的機(jī)的硬盤容量很快將由硬盤容量很快將由GB達(dá)到達(dá)到TB量級。量級。 用戶將要求把更多的計算模型、設(shè)用戶將要求把更多的計算模型、設(shè)計方案、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和知識性信息納入計方案、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和知識性信息納入CAE軟件的數(shù)據(jù)庫中。軟件的數(shù)據(jù)庫中。2022-2-20 Internet和和Grid computing環(huán)境下的數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，必須能夠管理多用戶并發(fā)庫管理系統(tǒng)，必須能夠管理多用戶并發(fā)存取的存取

36、的、與時間空間相關(guān)的與時間空間相關(guān)的、大量大量非結(jié)構(gòu)化的非結(jié)構(gòu)化的、各、各種類型的數(shù)據(jù)。種類型的數(shù)據(jù)。 高性能的高性能的、基于網(wǎng)格環(huán)境的基于網(wǎng)格環(huán)境的、面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將會出現(xiàn)在新一的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將會出現(xiàn)在新一代的代的CAE軟件中。軟件中。2022-2-20 Internet和和Grid computing環(huán)境下的數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)該具有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，面庫管理系統(tǒng)應(yīng)該具有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫及其管理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，支向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫及其管理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，支持抽象數(shù)據(jù)模型定義，分布式持抽象數(shù)據(jù)模型定義，分布式、異構(gòu)、異構(gòu)、虛擬計算環(huán)境與多用戶并發(fā)虛擬計算環(huán)境與多

37、用戶并發(fā)I/O狀態(tài)下的狀態(tài)下的數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)管理， Internet和和Grid computing環(huán)環(huán)境下的高級存儲與查詢語言，訪問權(quán)限境下的高級存儲與查詢語言，訪問權(quán)限與數(shù)據(jù)所有權(quán)的保護(hù)，異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的時與數(shù)據(jù)所有權(quán)的保護(hù)，異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的時/空一致性和有效性檢驗(yàn)，系統(tǒng)異常狀態(tài)空一致性和有效性檢驗(yàn)，系統(tǒng)異常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)一致性恢復(fù)等下的數(shù)據(jù)一致性恢復(fù)等。2022-2-203.4 用戶界面用戶界面 多媒體用戶界面多媒體用戶界面 智能化用戶界面智能化用戶界面2022-2-20多媒體用戶界面多媒體用戶界面 計算機(jī)圖形技術(shù)正在迅猛發(fā)展，狹計算機(jī)圖形技術(shù)正在迅猛發(fā)展，狹義的語音輸入輸出已成現(xiàn)實(shí)，計算機(jī)義的語

38、音輸入輸出已成現(xiàn)實(shí)，計算機(jī)視覺系統(tǒng)已能在一定范圍內(nèi)分析體態(tài)、視覺系統(tǒng)已能在一定范圍內(nèi)分析體態(tài)、眼神和手勢，隱含信息請求的數(shù)據(jù)發(fā)掘眼神和手勢，隱含信息請求的數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)也已冒泡，會聽、看、說、寫和學(xué)技術(shù)也已冒泡，會聽、看、說、寫和學(xué)習(xí)的計算機(jī)即將聞世，這些多媒體技術(shù)習(xí)的計算機(jī)即將聞世，這些多媒體技術(shù)一定會使未來一定會使未來CAE軟件的用戶界面具有軟件的用戶界面具有更強(qiáng)的直觀、直感和直覺性，給用戶帶更強(qiáng)的直觀、直感和直覺性，給用戶帶來極大便利來極大便利2022-2-20智能化用戶界面智能化用戶界面 CAE軟件是一個多學(xué)科交叉的、綜軟件是一個多學(xué)科交叉的、綜合性的知識密集型產(chǎn)品，它由數(shù)百到數(shù)合性的知

39、識密集型產(chǎn)品，它由數(shù)百到數(shù)千個算法模塊組成，其數(shù)據(jù)庫存放著眾千個算法模塊組成，其數(shù)據(jù)庫存放著眾多的設(shè)計方案、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，行業(yè)性的標(biāo)多的設(shè)計方案、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，行業(yè)性的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，以及判定設(shè)計和計算結(jié)果正準(zhǔn)、規(guī)范，以及判定設(shè)計和計算結(jié)果正確與否的知識性規(guī)則。確與否的知識性規(guī)則。 怎么使用軟件？怎么判定計算結(jié)果？怎么使用軟件？怎么判定計算結(jié)果？支持用戶有效地使用這些軟件的專家系支持用戶有效地使用這些軟件的專家系統(tǒng)，將成為用戶界面的重要組成部分統(tǒng)，將成為用戶界面的重要組成部分。2022-2-203.5 集成化、集成化、專業(yè)化與屬地化專業(yè)化與屬地化 目前多數(shù)還是目前多數(shù)還是單一、孤島式的單一、孤島式的CAD

40、、CAE、CAM、PDM產(chǎn)品，產(chǎn)品，集成化程集成化程度不高。度不高。 隨著實(shí)施并行工程，加入隨著實(shí)施并行工程，加入WTO和互和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，科研人員和中、小企聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，科研人員和中、小企業(yè)用戶將不再需要單一的業(yè)用戶將不再需要單一的CAD、CAE、CAM、PDM產(chǎn)品。他們需要產(chǎn)品。他們需要具有專業(yè)特色的、集成化的套裝支具有專業(yè)特色的、集成化的套裝支持系統(tǒng)。持系統(tǒng)。 2022-2-20 滿足專業(yè)化屬地用戶的需求，即國滿足專業(yè)化屬地用戶的需求，即國外外CADCAECAMPDM 軟件軟件中國化，以及中國出口軟件的屬地中國化，以及中國出口軟件的屬地化，應(yīng)該成為化，應(yīng)該成為CAE軟件開發(fā)商的經(jīng)軟件開發(fā)商的經(jīng)營之道。營之道。2022-2-20實(shí)現(xiàn)初級集成化的若干途徑實(shí)現(xiàn)初級集成化的若干途徑直接的橋式軟部件連接直接的橋式軟部件連接共享數(shù)據(jù)庫橋式軟部件