CAE领域八大热点

2007CAE领域八大热点

7月28~29日，第三届CAE工程分析年会在大连举行，参会人数大大超过往届年会，这从一个侧面反映出CAE正受到业界越来越多的关注，预计CAE应用的广度和深度也都将扩大。通过此次年会以及后续的采访和沟通我们发现，当前CAE在产品、技术、应用等方面表现出一些值得关注的热点。

●CAE与CAD的集成●多物理场耦合

●仿真数据的管理●专业化软件的发展

●CAE知识积累●有限元模型越来越大

●中低端市场升温●自主开发之痛

汽车行业是当前国内参与国际化市场竞争最充分的行业之一，奇瑞公司则成为该行业自主创新的排头兵。

在国内同行中，奇瑞率先成立了CAE部门。得益于此，奇瑞大大缩短了产品开发周期，提高了产品开发质量，这使得奇瑞每年能够推出数款全新的产品。

展望未来，奇瑞每年推出数十款新的汽车产品也并不是没有可能。奇瑞汽车有限公司总经理助理、汽车工程研究院院长顾镭说：“由于引入CAE技术，我们能够避免在设计中走弯路，在开发初期就预测未来的产品性能，这是做好正向开发的前提。通过计算机仿真替代样车试验，节省了大量样车和试验费用。模拟过程具备再现性，可帮助工程师发现实车试验无法观察的细节问题。

而对于设计方案选择和多目标优化，CAE技术更是效果显著。”

应用永远是产品技术发展方向的风向标。在CAE深化和普及的状态下，CAE软件在市场、技术等方面的一些特点值得用户共同关注，比如，第一飞机设计研究院研究员宁振波在分析CAE领域的一系列收购事件后认为，CAE产业将迎来一次整合的浪潮，他说：“三维普及以后解决了几何模型的问题，那么解决性能和功能的CAE软件将会得到大范围应用，我认为今后10到15年是将CAE软件整合的过程。”

本次综合报道，我们采访了7位专家，并以问答的形式，向读者展示了CAE八个方面的热点。这7位专家分别是：第一飞机设计研究院研究员宁振波、中国铁道科学研究院研发中心机车车辆部常务副主任王成国、奇瑞汽车有限公司总经理助理/汽车工程研究院院长顾镭、中科院数学与系统科学研究院研究员/飞箭软件总工程师梁国平、ANSYS-FluentChina总经理蒋辉国、UGS PLM Software亚太区市场副总裁Ron Close和澳汰尔总经理戚国焕。

CAE与CAD的集成

《e制造》：CAE与CAD的集成是当前CAE应用中亟需解决的问题，那么目前集成的现状如何？是否存在一些挑战？

宁振波：CAD与CAE的集成是一个必然的发展趋势。以前的CAE分析仅限于非常简单的计算，如果要知道产品的功能和性能的话，必须要造出样品，然后才能进行试验，从而进一步把产品的功能和性能确定下来。

而现在三维设计已经比较普遍了。通过三维设计生成数字化模型之后，就比较接近于真实的物理模型，模型中可以加入材料数据，外形也比较精准。以飞机为例，就可以利用数字化模型在计算机上进行数字风洞试验，代替了以前的物理样车。这些的基础是三维设计。

从软件角度，分析软件主要集中在三大类，首先是流体，包括大气、气流、水流等，然后是结构，包括可靠性和安全性等，第三块是电磁场，光场是很小的一块。CAD与CAE的集成中，流场已经集成得非常好了，比如Fluent专门开发了一款产品Fluent for CATIA，我们用CA TIA设计飞机外形之后，可以直接用Fluent进行流体计算。

结构方面，CATIA中有几款网格画分的模块，包括面单元，体单元，装配体单元，设计的CAD模型可以直接画分网格，这之后，可以用其他软件直接分析，进行后台计算。

王成国：高速列车是现代工业的标致性产品。我曾经参观过国外高速列车制造企业，其车厢制造加工已经实现CAE与CAD的集成技术，对其保证产品质量发挥重要作用。但是我认为，CAE与CAD的集成是当前CAE应用中亟需解决的问题之一，原因有三：

第一，CAE与CAD的集成有利于推动我国机械行业CAE应用技术的整体发展。CAD不仅是CAE的重要组成部分，而且是CAE发展的基石。CAD与有限元的集成可以提高计算精度，CAD与自动加工设备的集成可以提高制造精度，CAD与生产过程控制的集成可以提高产品质量。CAE与CAD的集成可以借助CAD已有的技术平台，整合技术队伍，提高技术水平，推动我国机械行业CAE的迅速发展。

其次，有利于降低我国机械行业实施CAE技术的成本。目前，机械工程领域的企业，已经普遍认识到CAE技术是现代企业核心竞争力的重要组成部分。

然而，企业领导层必须考虑实施CAE的经济成本和实际生产效益。CAE与CAD的集成有利于降低企业采购、应用、维护和升级费用，这对于发展中的我国机械行业尤其具有现实意义。

第三，有利于CAE技术的理论方法进一步发展和提高。在CAE与CAD的集成过程中，会碰到许多新问题。企业根据自己具体的产品特点和生产情况，要求CAE的使用更方便、运行更快捷、理论更完备、模型更可靠、结果更实用。

大量实际工程要求是CAE技术进一步发展的强大推动力。

国际一流机械制造企业与CAE商业软件公司紧密合作，在CAE与CAD的集成应用方面已经取得实效并不断深入。

福特汽车公司与MDI关于ADAMS软件开发和应用的成功合作是一个非常典型的事例。

国内机械行业面临机构设置、技术队伍、实际应用等诸多问题急需解决。

我认为，CAE与CAD的集成在最近十年内将有显著的进展。相信我国机械制造行业会抓住目前的有利发展时机。

顾镭：CAE与CAD的集成是当前CAE应用中亟需解决的问题，因为CAD数据更新必须在CAE模型中及时体现出来，这样才能够给设计人员有效地提供支持。传统的、相互割裂的方法往往会导致CAE工作一定的滞后，即便做一个很小的设计更改也必须去做一个新的计算模型，人工设定一次新的运算，不仅有时效性问题，而且还会带来数据存储方面的问题。二者的集成，可以实现CAD与CAE之间工程数据的共享，使耗时较大的CAE建模工作量大大减少，提高分析效率，而且让设计师也能够做简单的分析工作，从而更好地发挥设计创意。

目前，应该说一部分工作已经实现集成了。有的是通过客户化方法来定义批处理流程手段，有的是基于参数化方法，有的是面向单个零件的分析与优化，但从严格意义上来说，两者之间完整的（能够面向整车的）集成还是没有能够达到。

由于CAE和CAD两者的侧重点是不同的——CAD主要侧重于几何信息表达，CAE是运用力学与数学方法描述事物性能，CAE分析必须有一个提炼和生成模型的过程，需要综合CAD 数据与应用工况以及边界状态等信息，这其中涉及对几何、材料、物理与力学等抽象与集成，特别是整车系统必须考虑各种复杂工况，所以需要通过人的大量的思维活动来完成，实现CAD-CAE集成是一个长期的过程。两者完全融合今后也是难以达到的。

梁国平：CAD与CAE的集成的确是一个很大的趋势。过去采用的CAE，实际上是一个CAD 再加上一个通用CAE软件，这是很初级的，其趋势是应该集成到一块，二者应该是无缝连接的。

不同的行业不同的企业，采用的CAD软件也都不同，因此很多软件厂商在集成方面的努力市场前景还不确定。

企业也越来越要求在整个PLM过程中进行CAE分析。用户一般在集成时进行二次开发。但是中国的用户本身的开发能力很有限，所以一般是采用与软件提供商合作的方式，这种方式比较容易成功。另外，企业在旧有的CAE软件基础上进行集成恐怕会很困难，因为旧软件不一定支持二次开发。所以，集成的挑战，主要在于用户自己的技术力量。

Ron：以往的CAE分析与CAD设计割裂，导致了以下三个主要问题：1、CAD设计发生变化时，部件或装配件的CAE模型更新变得十分困难；2、CAE结果不能反映最新的CAD设计特征；3、得到CAE计算的时间太晚，结果CAE不能及时地用于优化产品设计。这些问题导致时间、人力和物力的浪费。

市场竞争的压力要求厂商进一步缩短产品设计时间，并节省成本，因此CAD与CAE的集成势在必行。