基本介紹

計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering,，CAE）技術(shù)的提出就是要把工程（生產(chǎn)）的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地組織起來,，其關(guān)鍵就是將有關(guān)的信息集成，使其產(chǎn)生并存在于工程（產(chǎn)品）的整個(gè)生命周期,。因此,，CAE系統(tǒng)是一個(gè)包括了相關(guān)人員、技術(shù),、經(jīng)營(yíng)管理及信息流和物流的有機(jī)集成且優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜的系統(tǒng),。

簡(jiǎn)介

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用的迅速發(fā)展，特別是大規(guī)模,、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),，使計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Graphics，CG）,、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design,，CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）等新技術(shù)得以十分迅猛的發(fā)展,。CAD,、CAM已經(jīng)在電子,、造船、航空,、航天,、機(jī)械,、建筑、汽車等各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,，成為最具有生產(chǎn)潛力的工具,，展示了光明的前景,，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展還推動(dòng)了現(xiàn)代企業(yè)管理的發(fā)展,，企業(yè)管理借助于管理信息系統(tǒng)的支持與幫助,，利用信息控制國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門或企業(yè)的活動(dòng)，做出科學(xué)的決策或調(diào)度,，從而提高管理水平與效益,。企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從工程的立項(xiàng),、簽約,、設(shè)計(jì)、施工（生產(chǎn)）,，一直到交工（交貨）,，是一個(gè)連續(xù)的過程，有機(jī)的整體,。

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要手段和工具,。計(jì)算機(jī)輔助工程分析方法和軟件是關(guān)鍵的技術(shù)要素之一。計(jì)算機(jī)輔助工程作為一項(xiàng)跨學(xué)科的數(shù)值模擬分析技術(shù),，越來越受到科技界和工程界的重視,。許多大型的CAE分析軟件已相當(dāng)成熟并已商品化，計(jì)算機(jī)模擬分析不僅在科學(xué)研究中普遍采用,，而且在工程上也已達(dá)到了實(shí)用化階段,。

事實(shí)證明，在設(shè)計(jì)過程中的早期引入CAE來指導(dǎo)設(shè)計(jì)決策,，能解釋因在下游發(fā)現(xiàn)問題時(shí)需重新設(shè)計(jì)而造成的時(shí)間和費(fèi)用的浪費(fèi),，設(shè)計(jì)人員能將主要精力投身如何優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高工程和產(chǎn)品品質(zhì),，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益,。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)流程中，CAE是創(chuàng)造價(jià)值的中心環(huán)節(jié),。事實(shí)上,，CAE技術(shù)是企業(yè)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的最主要的保障。企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地,，就必須不斷保持產(chǎn)品的創(chuàng)新,。

基本概念

從廣義上說，計(jì)算機(jī)輔助工程包括很多,，從字面上講,，它可以包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面，但是傳統(tǒng)的CAE主要指用計(jì)算機(jī)對(duì)工程和產(chǎn)品進(jìn)行性能與安全可靠性分析,，對(duì)其未來的工作狀態(tài)和運(yùn)行行為進(jìn)行模擬,，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,，并證實(shí)未來工程、產(chǎn)品功能和性能的可用性和可靠性,。這里主要是指CAE軟件,。

CAE軟件可以分為兩類：針對(duì)特定類型的工程或產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品性能分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化的軟件,，稱之為專用CAE軟件,；可以對(duì)多種類型的工程和產(chǎn)品的物理、力學(xué)性能進(jìn)行分析,、模擬和預(yù)測(cè),、評(píng)價(jià)和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的軟件,，稱之為通用CAE軟件,。

CAE軟件的主體是有限元分析(FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis)軟件,。有限元方法的基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化,，用有限個(gè)容易分析的單元來表示復(fù)雜的對(duì)象，單元之間通過有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接,，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解,。由于單元的數(shù)目是有限的，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目也是有限的,，所以稱為有限元法,。這種方法靈活性很大，只要改變單元的數(shù)目,，就可以使解的精確度改變,，得到與真實(shí)情況無限接近的解。

基于有限元方法的CAE系統(tǒng),，其核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化,。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，CAE各階段所用的時(shí)間為：40%～45%用于模型的建立和數(shù)據(jù)輸入,，50%～55%用于分析結(jié)果的判讀和評(píng)定,，而真正的分析計(jì)算時(shí)間只占5%左右。

采用CAD技術(shù)來建立CAE的幾何模型和物理模型,，完成分析數(shù)據(jù)的輸入,，通常稱此過程為CAE的前處理。同樣,，CAE的結(jié)果也需要用CAD技術(shù)生成形象的圖形輸出,，如生成位移圖,、應(yīng)力,、溫度,、壓力分布的等值線圖，表示應(yīng)用,、溫度,、壓力分布的彩色明暗圖，以及隨機(jī)械載荷和溫度載荷變化生成位移,、應(yīng)力,、溫度、壓力等分布的動(dòng)態(tài)顯示圖,。我們稱這一過程為：CAE的后處理,。針對(duì)不同的應(yīng)用，也可用CAE仿真模擬零件,、部件,、裝置(整機(jī))乃至生產(chǎn)線、工廠的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài),。

特色功能

分析步驟

應(yīng)用CAE軟件對(duì)工程或產(chǎn)品進(jìn)行性能分析和模擬時(shí),，一般要經(jīng)歷以下三個(gè)過程：前處理：對(duì)工程或產(chǎn)品進(jìn)行建模，建立合理的有限元分析模型,。有限元分析：對(duì)有限元模型進(jìn)行單元特性分析,、有限元單元組裝、有限元系統(tǒng)求解和有限元結(jié)果生成,。后處理：根據(jù)工程或產(chǎn)品模型與設(shè)計(jì)要求,，對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行用戶所要求的加工、檢查,，并以圖形方式提供給用戶,，輔助用戶判定計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)方案的合理性。

結(jié)構(gòu)

現(xiàn)行CAE軟件包含以下模塊：

前處理模塊---給實(shí)體建模與參數(shù)化建模,，構(gòu)件的布爾運(yùn)算,，單元自動(dòng)剖分，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)編號(hào)與節(jié)點(diǎn)參數(shù)自動(dòng)生成,，載荷與材料參數(shù)直接輸入有公式參數(shù)化導(dǎo)入,，節(jié)點(diǎn)載荷自動(dòng)生成，有限元模型信息自動(dòng)生成等,。

有限元分析模塊---有限單元庫,，材料庫及相關(guān)算法，約束處理算法,，有限元系統(tǒng)組裝模塊,，靜力、動(dòng)力、振動(dòng),、線性與非線性解法庫,。大型通用題的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)特征,，分解成若干個(gè)子問題,，由不同的有限元分析子系統(tǒng)完成。一般有如下子系統(tǒng)：線性靜力分析子系統(tǒng),、動(dòng)力分析子系統(tǒng),、振動(dòng)模態(tài)分析子系統(tǒng)、熱分析子系統(tǒng)等,。

后處理模塊---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，針對(duì)工程或產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)與工程規(guī)范校核,，設(shè)計(jì)優(yōu)化與模型修改等,。

作用

a)增加設(shè)計(jì)功能，借助計(jì)算機(jī)分析計(jì)算,，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性,，減少設(shè)計(jì)成本；

b)縮短設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)周期,；

c)CAE分析起到的“虛擬樣機(jī)”作用在很大程度上替代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中資源消耗極大的“物理樣機(jī)驗(yàn)證設(shè)計(jì)”過程,，虛擬樣機(jī)作用能預(yù)測(cè)產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)的可靠性；

d)采用優(yōu)化設(shè)計(jì),，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)最佳方案,，降低材料的消耗或成本；

e)在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問題,；

f)模擬各種試驗(yàn)方案,，減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)；

g)進(jìn)行機(jī)械事故分析,，查找事故原因,。

內(nèi)容

計(jì)算機(jī)輔助工程是指計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用,，主要包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),、計(jì)算機(jī)輔助制造和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等內(nèi)容。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）在如今的工業(yè)制造領(lǐng)域,，設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)的幫助下繪制各種類型的工程圖紙,，并在顯示器上看到動(dòng)態(tài)的三維立體圖后，直接修改設(shè)計(jì)圖稿,，極大地提高了繪圖的質(zhì)量和效率,。此外,，設(shè)計(jì)人員還可以通過工程分析和模擬測(cè)試等方法，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行邏輯模擬,，從而代替產(chǎn)品的測(cè)試模型（樣機(jī)）,，降低產(chǎn)品試制成本，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期,。

目前，CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械,、電子,、航空、船舶,、汽車,、紡織、服裝,、化工以及建筑等行業(yè),，成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用中最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)輔助制造

計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)這是一種利用計(jì)算機(jī)控制設(shè)備完成產(chǎn)品制造的技術(shù),。例如,，20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床便是在CAM技術(shù)的指導(dǎo)下，將專用計(jì)算機(jī)和機(jī)床相結(jié)合后的產(chǎn)物,。

借助CAM技術(shù),，在生產(chǎn)零件時(shí)只需使用編程語言對(duì)工件的形狀和設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行描述后，便可以通過計(jì)算機(jī)生成包含加工參數(shù)（如走刀速度和切削深度）的數(shù)控加工程序,，并以此來代替人工控制機(jī)床的操作,。這樣不僅提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率，還降低生產(chǎn)難度,，在批量小,、品種多、零件形狀復(fù)雜的飛機(jī),、輪船等制造業(yè)中備受歡迎,。

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)CIMS是集設(shè)計(jì)、制造,、管理三大功能于一體的現(xiàn)代化工廠生產(chǎn)系統(tǒng),，具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn),，是20世紀(jì)制造工業(yè)的主要生產(chǎn)模式,。在現(xiàn)代化的企業(yè)管理中，CIMS的目標(biāo)是將企業(yè)內(nèi)部所有環(huán)節(jié)和各個(gè)層次的人員全都用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來,，形成一個(gè)能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一和高速運(yùn)行的制造系統(tǒng),。

功能及用途

CAE技術(shù)是將工程的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地組織起來,，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù),、信息科學(xué)技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的成功結(jié)合,，實(shí)現(xiàn)全過程的科學(xué)化、信息化管理,，以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和優(yōu)良的工程質(zhì)量,。

CAE的功能結(jié)構(gòu)應(yīng)包含計(jì)算機(jī)輔助工程計(jì)劃管理、計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì),、計(jì)算機(jī)輔助工程施工管理及工程文檔管理等項(xiàng),。

計(jì)算機(jī)輔助工程計(jì)劃管理包括工程項(xiàng)目的可行性論證、標(biāo)書,、成本與報(bào)價(jià),、工程計(jì)劃進(jìn)度、各子項(xiàng)工程計(jì)劃與進(jìn)度,、預(yù)決算報(bào)告等,。

計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)包括工程的設(shè)計(jì)指標(biāo)、工程設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)及CAD系統(tǒng),，在CAD系統(tǒng)中應(yīng)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)人員的主導(dǎo)作用,，同時(shí)注重計(jì)算機(jī)所提供的支撐與幫助，以在最短的時(shí)間內(nèi)拿出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案來,。同時(shí),，還要注意設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的提取和保存，以使其有效地服務(wù)于工程的整個(gè)生命周期,。

計(jì)算機(jī)輔助施工管理包括工程進(jìn)度,、工程質(zhì)量、施工安全,、施工現(xiàn)場(chǎng),、施工人員、物料供給等方面的管理,、控制和調(diào)度,。它涉及到工程管理學(xué)、運(yùn)籌學(xué),、統(tǒng)計(jì)學(xué),、質(zhì)量控制等科學(xué)技術(shù)。當(dāng)然,，管理人員的自身素質(zhì)是管理工作中的決定因素,，必須十分重視管理人員在管理環(huán)節(jié)中的作用。

CAE技術(shù)可廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域,，像各種工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目,，例如工廠的建設(shè),，公路、鐵路,、橋梁和隧道的建設(shè),；像大型工程項(xiàng)目，例如電站,、水壩,、水庫、船臺(tái)的建造,，船舶及港口的建造和民用建筑等,。它還可應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)過程之中，及其它的企業(yè)經(jīng)營(yíng),、管理控制過程中,，例如工廠的生產(chǎn)過程,、公司的商業(yè)活動(dòng)等,。

關(guān)鍵技術(shù)

CAE技術(shù)是一門涉及許多領(lǐng)域的多學(xué)科綜合技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個(gè)方面,。

計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)

CAE系統(tǒng)中表達(dá)信息的主要形式是圖形,，特別是工程圖。在CAE運(yùn)行的過程中,，用戶與計(jì)算機(jī)之間的信息交流是非常重要的,。交流的主要手段之一是計(jì)算機(jī)圖形。所以,，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)是CAE系統(tǒng)的基礎(chǔ)和主要組成部分,。

三維實(shí)體造型

工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目和機(jī)械產(chǎn)品都是三維空間的形體。在設(shè)計(jì)過程中,，設(shè)計(jì)人員構(gòu)思形成的也是三維形體,。CAE技術(shù)中的三維實(shí)體造型就是在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立三維形體的幾何模型，記錄下該形體的點(diǎn),、棱邊,、面的幾何形狀及尺寸，以及各點(diǎn),、邊,、面間的連接關(guān)系。

數(shù)據(jù)交換技術(shù)

CAE系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng),，個(gè)個(gè)功能模塊都是系統(tǒng)有機(jī)的組成部分,，它們都應(yīng)有統(tǒng)一的幾類數(shù)據(jù)表示格式，是不同的子系統(tǒng)間,、不同模塊間的數(shù)據(jù)交換順利進(jìn)行,，充分發(fā)揮應(yīng)用軟件的效益,，而且應(yīng)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)可擴(kuò)展性和軟件的可再用性，以提高CAE系統(tǒng)的生產(chǎn)率,。各種不同的CAE系統(tǒng)之間為了信息交換及資源共享的目的,，也應(yīng)建立CAE系統(tǒng)軟件均應(yīng)遵守的數(shù)據(jù)交換規(guī)范。目前,，國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)有GKS,、IGES、PDES,、STEP等,。

工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)

CAE系統(tǒng)中生成的幾何與拓?fù)鋽?shù)據(jù)，工程機(jī)械,，工具的性能,、數(shù)量、狀態(tài),，原材料的性能,、數(shù)量、存放地點(diǎn)和價(jià)格,，工藝數(shù)據(jù)和施工規(guī)范等數(shù)據(jù)必須通過計(jì)算機(jī)存儲(chǔ),、讀取、處理和傳送,。這些數(shù)據(jù)的有效組織和管理是建造CAE系統(tǒng)的又一關(guān)鍵技術(shù),，是CAE系統(tǒng)集成的核心。采用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）對(duì)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理是最好的技術(shù)手段,。

管理信息系統(tǒng)

工程管理的成敗,，取決于能否做出有效的決策。一定的管理方法和管理手段是一定社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的產(chǎn)物,。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)不僅是人才與技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng),，而且是管理水平、經(jīng)營(yíng)方針的競(jìng)爭(zhēng),，是管理決策的競(jìng)爭(zhēng),。決策的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)取決于信息的質(zhì)量。所以,，建立一個(gè)由人和計(jì)算機(jī)等組成的能進(jìn)行信息收集,、傳輸、加工,、保存,、維護(hù)和使用的管理信息系統(tǒng)，有效地利用信息控制企業(yè)活動(dòng)是CAE系統(tǒng)具有戰(zhàn)略意義,、事關(guān)全局的一環(huán),。工程的整個(gè)過程歸根結(jié)蒂是管理過程,，工程的質(zhì)量與效益在很大程度上取決于管理。

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

CAE系統(tǒng)是一個(gè)包括工程各個(gè)環(huán)節(jié)的集成系統(tǒng),，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要方面,。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，大致可分為兩類：集中式系統(tǒng)和工作站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),。

在集中式系統(tǒng)中,，視系統(tǒng)的需要配置一臺(tái)中、小型機(jī)或大型機(jī),，構(gòu)造成CAE系統(tǒng)的信息中心和指揮中心,，其各個(gè)工程環(huán)節(jié)的分系統(tǒng)可以是該中心計(jì)算機(jī)的終端機(jī)、工作站,，甚至是小型機(jī),，它們與中心機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接。這種系統(tǒng)的中心機(jī)功能較強(qiáng),，是信息存儲(chǔ)的中心,，也是信息傳送、處理的中心,。這樣的系統(tǒng)一次性投資較大,，使用起來靈活性不強(qiáng),。

采用工作站網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)造CAE系統(tǒng),，各工程分系統(tǒng)分別設(shè)置一臺(tái)或多臺(tái)工作站，各自實(shí)現(xiàn)所擔(dān)負(fù)的功能,，完成所分配的工作,，通過網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行信息的交換。這樣的系統(tǒng)造價(jià)較低,，而且具有較強(qiáng)的靈活性,，適合于工程項(xiàng)目復(fù)雜多變的特點(diǎn)。

技術(shù)情況

國(guó)外技術(shù)概況

計(jì)算機(jī)輔助工程的特點(diǎn)是以工程和科學(xué)問題為背景,，建立計(jì)算模型并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析,。一方面，CAE技術(shù)的應(yīng)用,，使許多過去受條件限制無法分析的復(fù)雜問題,，通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬得到滿意的解答；另一方面,，計(jì)算機(jī)輔助分析使大量繁雜的工程分析問題簡(jiǎn)單化,，使復(fù)雜的過程層次化，節(jié)省了大量的時(shí)間,，避免了低水平重復(fù)的工作,，使工程分析更快,、更準(zhǔn)確。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì),、分析,、新產(chǎn)品的開發(fā)等方面發(fā)揮了重要作用，同時(shí)CAE這一新興的數(shù)值模擬分析技術(shù)在國(guó)外得到了迅猛發(fā)展,，技術(shù)的發(fā)展又推動(dòng)了許多相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)的進(jìn)步,。

在影響計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)發(fā)展的諸多因素中，人才,、計(jì)算機(jī)硬件和分析軟件是三個(gè)最主要的方面?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，已經(jīng)為CAE技術(shù)奠定了良好的硬件基礎(chǔ),。多年來,，重視CAE技術(shù)人才的培養(yǎng)和分析軟件的開發(fā)和推廣應(yīng)用，發(fā)達(dá)國(guó)家不僅在科技界而且在工程界已經(jīng)具有一支較強(qiáng)的掌握CAE技術(shù)的人才隊(duì)伍,，同時(shí)在分析軟件的開發(fā)和應(yīng)用方面也達(dá)到了較高水平,。

美國(guó)于1998年成立了工程計(jì)算機(jī)模擬和仿真學(xué)會(huì)(Computer Modeling and Simulation in Engineering)，其它國(guó)家也成立了類似的學(xué)術(shù)組織,。各國(guó)都在投入大量的人力和物力,，加快人才的培養(yǎng)。正是各行業(yè)中大批掌握CAE技術(shù)的科技隊(duì)伍推動(dòng)了CAE技術(shù)的研究和工業(yè)化應(yīng)用,，CAE技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的科學(xué)研究,，并普遍應(yīng)用于實(shí)際工程問題，在解決許多復(fù)雜的工程分析方面發(fā)揮了重要作用,。

國(guó)外對(duì)CAE技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用真正得到高速的發(fā)展和普遍應(yīng)用則是近年來的事,。這一方面主要得益于計(jì)算機(jī)在高速化和小型化方面取得的成就，另一方面則有賴于通用分析軟件的推出和完善,。早期的CAE分析軟件一般都是基于大型計(jì)算機(jī)和工作站開發(fā)的,，近年來PC機(jī)性能的提高，使采用PC機(jī)進(jìn)行分析成為可能,，促使許多CAE軟件被移植到PC機(jī)上應(yīng)用,。這顯然對(duì)CAE技術(shù)的推廣應(yīng)用極為有利。

衡量CAE技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一是分析軟件的開發(fā)和應(yīng)用,。目前,，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面已達(dá)到了較高的水平，僅以有限元分析軟件為例,，國(guó)際上不少先進(jìn)的大型通用有限元計(jì)算分析軟件的開發(fā)已達(dá)到較成熟的階段并已商品化,，如ABAQUS、ANSYS、NASTRAN等,。這些軟件具有良好的前后處理界面,，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)過程分析以及線性和非線性分析等多種強(qiáng)大的功能，都通過了各種不同行業(yè)的大量實(shí)際算例的反復(fù)驗(yàn)證,，其解決復(fù)雜問題的能力和效率,，已得到學(xué)術(shù)界和工程界的公認(rèn)。在北美,、歐洲和亞洲一些國(guó)家的機(jī)械,、化工、土木,、水利,、材料、航空,、船舶,、冶金、汽車,、電氣工業(yè)設(shè)計(jì)等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,。

就CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用而言，西方發(fā)達(dá)國(guó)家目前已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化階段,。通過CAE與CAD,、CAM等技術(shù)的結(jié)合，使企業(yè)能對(duì)現(xiàn)代市場(chǎng)產(chǎn)品的多樣性,、復(fù)雜性,、可*性、經(jīng)濟(jì)性等做出迅速反應(yīng),，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,。在許多行業(yè)中,，計(jì)算機(jī)輔助分析已經(jīng)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造流程中不可逾越的一種強(qiáng)制性的工藝規(guī)范加以實(shí)施,。如，以國(guó)外某大汽車公司為例,，絕大多數(shù)的汽車零部件設(shè)計(jì)都必須經(jīng)過多方面的計(jì)算機(jī)仿真分析,，否則根本通不過設(shè)計(jì)審查，更談不上試制和投入生產(chǎn),。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬現(xiàn)在已不僅僅作為科學(xué)研究的一種手段,，在生產(chǎn)實(shí)踐中也已作為必備工具普遍應(yīng)用。

中國(guó)技術(shù)現(xiàn)狀

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化水平的提高,，計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)也在我國(guó)蓬勃發(fā)展起來,。科技界和政府的主管部門已經(jīng)認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)對(duì)提高我國(guó)科技水平,，增強(qiáng)我國(guó)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力乃至整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)都具有重要意義,。近年來,，我國(guó)的CAE技術(shù)研究開發(fā)和推廣應(yīng)用在許多行業(yè)和領(lǐng)域已取得了一定的成績(jī)。但從總體來看,，研究和應(yīng)用的水平還不能說很高,，某些方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在不小的差距。從行業(yè)和地區(qū)分布方面來看,，發(fā)展也還很不平衡,。

目前，ABAQUS,、ANSYS,、NASTRAN等大型通用有限元分析軟件已經(jīng)引進(jìn)我國(guó)，在汽車,、航空,、機(jī)械、材料等許多行業(yè)得到了應(yīng)用,，而且我們?cè)谀承╊I(lǐng)域的應(yīng)用水平并不低,。不少大型工程項(xiàng)目也采用了這類軟件進(jìn)行分析。我國(guó)已經(jīng)擁有一批科技人員在從事CAE技術(shù)的研究和應(yīng)用,，取得了不少研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),，使我們?cè)贑AE技術(shù)方面緊跟住現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。但是,，這些研究和應(yīng)用的領(lǐng)域以及分布的行業(yè)和地區(qū)還很有限,，現(xiàn)在還主要局限于少數(shù)具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的大型企業(yè)、部分大學(xué)和研究機(jī)構(gòu),。

我國(guó)的計(jì)算機(jī)分析軟件開發(fā)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),，嚴(yán)重地制約了CAE技術(shù)的發(fā)展。在CAE分析軟件開發(fā)方面,，我國(guó)目前至少落后于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家十年,。計(jì)算機(jī)軟件是高技術(shù)和高附加值的商品，目前的國(guó)際市場(chǎng)為美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷,。僅以有限元計(jì)算分析軟件為例,，目前的世界年市場(chǎng)份額達(dá)5億美元，并且以每年15%的速度遞增,。相比之下,，我國(guó)自己民族的軟件工業(yè)還非常弱小，僅占有很少量的市場(chǎng)份額,。作為一個(gè)國(guó)家,，一個(gè)民族不能長(zhǎng)期依賴于引進(jìn)外國(guó)的技術(shù)和產(chǎn)品，因此我們必須加大力度開發(fā)自己的計(jì)算機(jī)分析軟件，只有這樣才能改變?cè)诩夹g(shù)上和經(jīng)濟(jì)上受制于人的局面,。

我國(guó)的工業(yè)界在CAE技術(shù)的應(yīng)用方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比水平還比較低,。大多數(shù)的工業(yè)企業(yè)對(duì)CAE技術(shù)還處于初步的認(rèn)同階段，CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)碾y度,。這是因?yàn)?，一方面我們?nèi)鄙僮约洪_發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)分析軟件，另一方面大量缺乏掌握CAE技術(shù)的科技人員,。對(duì)于計(jì)算機(jī)分析軟件問題,，目前雖然可以通過技術(shù)引進(jìn)以解燃眉之急，但是,，國(guó)外的這類分析軟件的價(jià)格一般都相當(dāng)貴,，國(guó)內(nèi)不可能有很多企業(yè)購(gòu)買這類軟件來使用。而人才的培養(yǎng)則需要一個(gè)長(zhǎng)期的過程,，這將是對(duì)我國(guó)CAE技術(shù)的推廣應(yīng)用產(chǎn)生嚴(yán)重影響的一個(gè)制約因素,，而且很難在短期內(nèi)有明顯的改觀。提高我國(guó)工業(yè)企業(yè)的科學(xué)技術(shù)水平,，將CAE技術(shù)廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)與制造過程還是一項(xiàng)相當(dāng)艱巨的工作,。

展望及對(duì)策

新的世紀(jì)已經(jīng)來臨，在這信息化和網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代,，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù),、CAE軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)輔助工程將得到極大的發(fā)展,。

硬件方面,，計(jì)算機(jī)將在高速化、小型化和大容量方面取得更大進(jìn)步,?？梢灶A(yù)見，不久的將來PC機(jī)將在運(yùn)行速度和存儲(chǔ)容量方面得到大幅度的提高,，使許多CAE分析軟件都能在PC機(jī)上運(yùn)行,。這將為CAE技術(shù)的普及創(chuàng)造更好的硬件基礎(chǔ)，促進(jìn)CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用,。

軟件方面,，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)仿真分析軟件將得到進(jìn)一步的完善。大型通用分析軟件的功能將愈來愈強(qiáng)大,，界面也將愈來愈友好，涵蓋的工程領(lǐng)域?qū)⒂鷣碛毡?。同時(shí),，適用于某些專門用途的專用分析軟件也將受到重視并被逐步開發(fā)完善起來。各行各業(yè)都將會(huì)具有適于各自領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)仿真分析軟件。

網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的到來也將對(duì)CAE技術(shù)的發(fā)展帶來不可估量的促進(jìn)作用?，F(xiàn)在許多大的軟件公司已經(jīng)采用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)用戶在其分析過程中遇到的困難提供技術(shù)支持,。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，通過網(wǎng)絡(luò)信息傳遞,，不僅對(duì)某些技術(shù)難題,，甚至對(duì)于全面的CAE分析過程都有可能得到專家的技術(shù)支持，這必將在CAE技術(shù)的推廣應(yīng)用方面發(fā)揮極為重要的作用,。

中國(guó)加入WTO后,，我國(guó)的產(chǎn)品已不再可能依*政府來保護(hù)自己的市場(chǎng)，必須與國(guó)際接軌,，面對(duì)國(guó)際市場(chǎng),。工業(yè)界必須對(duì)市場(chǎng)需求做出迅速反應(yīng)，縮短工程設(shè)計(jì)周期,，優(yōu)化產(chǎn)品和節(jié)省造價(jià),，保證產(chǎn)品質(zhì)量，才能贏得市場(chǎng),。為此,，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過程中應(yīng)用CAD、CAE和CAM等技術(shù)是最好的選擇,，這已經(jīng)成為國(guó)際上科技界和工業(yè)界的共識(shí),。過去長(zhǎng)期沿用的那些靜態(tài)的、孤立的,、繁雜的,、不準(zhǔn)確的、甚至有時(shí)只能憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的設(shè)計(jì)和分析方法必然將處于被淘汰的地位,。我國(guó)的工業(yè)界要想在激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地,，就必須跟上現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從現(xiàn)在起就應(yīng)該對(duì)CAE技術(shù)予以足夠的重視,。

作為世界上發(fā)展速度最快的一個(gè)發(fā)展中國(guó)家,，CAE技術(shù)水平的提高將對(duì)增強(qiáng)我國(guó)工業(yè)界的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)揮重要作用,。因此,，我們必須加大對(duì)CAE技術(shù)的投入，加快開發(fā)自己的計(jì)算機(jī)分析軟件,，培養(yǎng)一批掌握CAE技術(shù)的人才,。針對(duì)我國(guó)工業(yè)界，特別是中小企業(yè)的CAE技術(shù)還較為落后,，缺乏專門人才的實(shí)際情況,，如何利用飛速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將我們的人才和技術(shù)資源充分發(fā)揮出來為企業(yè)服務(wù),，是在CAE技術(shù)的發(fā)展中值得重視的一個(gè)問題。我國(guó)科技界,、教育界和工業(yè)界應(yīng)該攜起手來為CAE技術(shù)的研究開發(fā),、人才培養(yǎng)和工業(yè)化應(yīng)用而共同努力。