計算機輔助工程(CAE)的現狀和發(fā)展趨勢.

1、2021-12-10工程軟件訓練主 講 劉 守 榮2021-12-10第一講第一講計算機輔助工程（）的現狀計算機輔助工程（）的現狀和未來和未來2021-12-10摘摘 要要 計算機輔助工程（計算機輔助工程（CAE）是一種迅速是一種迅速發(fā)展的信息技術，是實現重大工程和工發(fā)展的信息技術，是實現重大工程和工業(yè)產品的計算分析業(yè)產品的計算分析、模擬仿真與優(yōu)化設、模擬仿真與優(yōu)化設計的工程軟件，是支持工程專業(yè)人員進計的工程軟件，是支持工程專業(yè)人員進行創(chuàng)新研究和工程師進行創(chuàng)新設計的、行創(chuàng)新研究和工程師進行創(chuàng)新設計的、最重要的工具和手段。最重要的工具和手段。2021-12-10一概一概 述述 計算機輔助工程（計

2、算機輔助工程（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主要指用計算機對主要指用計算機對工程和產品的功能工程和產品的功能、性能與安全可靠性性能與安全可靠性進行計算進行計算、優(yōu)化設計、優(yōu)化設計，對未來的工作狀，對未來的工作狀態(tài)和運行行為進行模擬仿真，及早發(fā)現態(tài)和運行行為進行模擬仿真，及早發(fā)現設計缺隕，改進和優(yōu)化設計方案，證實設計缺隕，改進和優(yōu)化設計方案，證實未來工程未來工程/產品的可用性與可靠性。產品的可用性與可靠性。2021-12-10進行創(chuàng)新設計的重要工具進行創(chuàng)新設計的重要工具 工程和制造企業(yè)的生命力在于

3、工工程和制造企業(yè)的生命力在于工程程/產品的創(chuàng)新，而對于工程師產品的創(chuàng)新，而對于工程師來說，實現創(chuàng)新的關鍵，除了設來說，實現創(chuàng)新的關鍵，除了設計思想和概念之外，最主要的技計思想和概念之外，最主要的技術手段，就是采用先進可靠的術手段，就是采用先進可靠的CAE軟件。軟件。2021-12-10進行創(chuàng)新研究的重要手段進行創(chuàng)新研究的重要手段 科學計算是現代科學家進行科學和技術科學計算是現代科學家進行科學和技術研究的三大手段之一。它可以幫助科學研究的三大手段之一。它可以幫助科學家揭示用物質實驗手段尚不能表現的科家揭示用物質實驗手段尚不能表現的科學奧秘和科學規(guī)律。學奧秘和科學規(guī)律。 同時，它也是工程科學家的研

4、究成果同時，它也是工程科學家的研究成果-理理論、方法和科學數據論、方法和科學數據-的歸屬之一，做成的歸屬之一，做成軟件和數據庫，成為推動工程和社會進軟件和數據庫，成為推動工程和社會進步的最新生產力。步的最新生產力。2021-12-10 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、計算數學、相關的工程算力學、計算數學、相關的工程科學、工程管理學與現代計算機科學、工程管理學與現代計算機科學和技術相結合，而形成的一科學和技術相結合，而形成的一種綜合性、知識密集型信息產品。種綜合性、知識密集型信息產品。2021-12-10 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/產品所

5、開發(fā)的用于產品所開發(fā)的用于產品性能分析、預測和優(yōu)化計算的軟件，產品性能分析、預測和優(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/產品的工程行為產品的工程行為進行計算分析，模擬仿真，性能預測、進行計算分析，模擬仿真，性能預測、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、優(yōu)化、優(yōu)化設計軟件、計算流體軟件、電磁場計算設計軟件、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。2021-12-10 CAE技

6、術已經成熟，技術已經成熟，CAE軟件的可軟件的可用性、可靠性和計算效率問題已經用性、可靠性和計算效率問題已經基本解決?；窘鉀Q。 CAE與與CAD / CAMCAPPPDM / ERP軟件一起，已經成為企業(yè)家和軟件一起，已經成為企業(yè)家和工程師們實現工程工程師們實現工程/產品創(chuàng)新的得力產品創(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、教授進行研究重要手段。專家、教授進行研究重要手段。2021-12-10 CAE與與CADCAMCAPPPDMERP一起，已經成為支持工程行業(yè)和一起，已經成為支持工程行業(yè)和制造企業(yè)信息化的重要技術，它們已經制造企業(yè)信息化的重要技術，它們已

7、經在提高工程在提高工程/產品的設計質量，降低研究產品的設計質量，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，成為實現工程要作用，成為實現工程/產品創(chuàng)新的支撐產品創(chuàng)新的支撐技術。技術。2021-12-10CAD-Computer Aided Design 計算機輔助設計 利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作 。簡稱cad。 在工程和產品設計中，計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。 2021-12-10CAE(Computer Aided Engineering) 計算機輔助工程，指用計算機輔助求解分析復雜工程和產品的結構力學性

8、能，以及優(yōu)化結構性能等。而CAE軟件可作靜態(tài)結構分析，動態(tài)分析；研究線性、非線性問題；分析結構（固體）、流體、電磁等。 2021-12-10CAM computer Aided Manufacturing 計算機輔助制造的核計算機輔助制造的核心是計算機數值控制心是計算機數值控制(簡稱數控簡稱數控)，是將計算，是將計算機應用于制造生產過機應用于制造生產過程的過程或系統(tǒng)。程的過程或系統(tǒng)。2021-12-10 是指借助于計算機軟硬件技術和支撐環(huán)境，利是指借助于計算機軟硬件技術和支撐環(huán)境，利用計算機進行數值計算、邏輯判斷和推理等的用計算機進行數值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。

9、借助于功能來制定零件機械加工工藝過程。借助于CAPP系統(tǒng)，可以解決手工工藝設計效率低、一系統(tǒng)，可以解決手工工藝設計效率低、一致性差、質量不穩(wěn)定、不易達到優(yōu)化等問題。致性差、質量不穩(wěn)定、不易達到優(yōu)化等問題。CAPPComputer Aided Process Planning2021-12-10PDM Product Data Management 中文名稱為產品數據管理。中文名稱為產品數據管理。PDM是一門用來管是一門用來管理所有與產品相關信息理所有與產品相關信息(包括零件信息、配置、包括零件信息、配置、文檔、文檔、CAD文件、結構、權限信息等文件、結構、權限信息等)和所有與和所有與產品相關過

10、程產品相關過程(包括過程定義和管理包括過程定義和管理)的技術。的技術。2021-12-10ERPEnterprise Resource Planning ERP是企業(yè)資源計劃簡稱 ，是針對物資資源管理（物流）、人力資源管理（人流）、財務資源管理（財流）、信息資源管理（信息流）集成一體化的企業(yè)管理軟件。 2021-12-10發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 擴充擴充CAE功能，實現多結構耦合分功能，實現多結構耦合分析，實現多物理場耦合分析，多尺析，實現多物理場耦合分析，多尺度耦合分析，以及結構、構件及其度耦合分析，以及結構、構件及其材料的一體化設計計算與模擬仿真。材料的一體化設計計算與模擬仿真。 基于基于Int

11、ernet/Intranet = Grid Computing 的的、CADCAECAM / CAPPPDM / ERP的集成化的集成化、網網絡化、絡化、智能化智能化。2021-12-10二現二現 狀狀 計算機輔助工程計算起源于五十年代計算機輔助工程計算起源于五十年代中期。中期。 實用的實用的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充和完善期，到軟件的功能和算法的擴充和完善期，到八十年代中期，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。2021-12-1

12、0 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。 國內的國內的CAE軟件主要是軟件主要是JIFEX, FEM, FEPS, 等。等。 2021-12-10 它們都是采用結構化軟件設它們都是采用結構化軟件設計方法計方法、用、用FORTRAN語言和數語言和數據文件管理技術，開發(fā)的結構化據文件管理技術，開發(fā)的結構化軟件。軟件。2021-12-10 近十五年近十五年CAE的發(fā)展，不僅是的發(fā)展，不僅是擴充了軟件的功能、性能，更重要擴充了軟件的

13、功能、性能，更重要的是擴充了用戶界面，前、后處理的是擴充了用戶界面，前、后處理能力；對數據管理和圖形部份，進能力；對數據管理和圖形部份，進行了重大的改造。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對象的軟件技術和大都采用了面向對象的軟件技術和C+語言。語言。2021-12-10 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需求，它們可以運行在超級并行機，大、中、以運行在超級并行機，大、中、小、微等各類計算機系統(tǒng)上。小、微

14、等各類計算機系統(tǒng)上。2021-12-10通用通用CAE的算法與軟件模塊的算法與軟件模塊2021-12-10 前處理前處理 三維實體建模與參數化建模，三維實體建模與參數化建模， 構件的布爾運算，構件的布爾運算， 有限元自動剖分與節(jié)點自動編號，有限元自動剖分與節(jié)點自動編號， 節(jié)點參數自動生成，節(jié)點參數自動生成， 荷載與材料數據輸入與公式化導入，荷載與材料數據輸入與公式化導入， 節(jié)點荷載自動生成，節(jié)點荷載自動生成， 有限元模型信息自動生成有限元模型信息自動生成, .。2021-12-10有限元分析有限元分析 有限單元庫，有限單元庫， 材料庫及相關算法庫，材料庫及相關算法庫， 約束處理算法，約束處理算

15、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的有限元系統(tǒng)組裝性解法庫及相應的有限元系統(tǒng)組裝模塊庫，模塊庫， 單元內物理場計算等單元內物理場計算等, .。2021-12-10有限元分析子系統(tǒng)有限元分析子系統(tǒng) 根據工程問題的物理、力學和數學特征，有根據工程問題的物理、力學和數學特征，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)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

16、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),。2021-12-10 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/產品的分析與仿真能力就越強。產品的分析與仿真能力就越強。 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，并擁有一個比較完善的材料庫。并擁有一個比較完善的材料庫。2021-12-10 CAE軟件的計算

17、效率和計算結果的軟件的計算效率和計算結果的精度，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以較快的速度和較高的精度給出計算結果。先進高效的求解算法與常規(guī)的求解果。先進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，甚至幾百倍的差異，特別是在并行計算機環(huán)境下運行。并行計算機環(huán)境下運行。2021-12-10 后處理后

18、處理 有限元分析結果的數據平滑，有限元分析結果的數據平滑， 各種物理量的加工與顯示，各種物理量的加工與顯示， 根據設計要求對工程根據設計要求對工程/產品按工程規(guī)范產品按工程規(guī)范進行設計數據檢驗，進行設計數據檢驗， 優(yōu)化設計，優(yōu)化設計， 配筋設計與繪制設計圖，配筋設計與繪制設計圖，.2021-12-10 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，并實現與并實現與CAD、CAM、CAPP、PDM等等軟件無縫集成的關鍵成份；軟件無縫集成的關鍵成份；通過通過

19、增加面增加面向行業(yè)的數據處理和優(yōu)化算法模塊向行業(yè)的數據處理和優(yōu)化算法模塊實現實現了特定行業(yè)的有效應用了特定行業(yè)的有效應用.2021-12-10 ANSYS軟件通過軟件通過增設與增設與CAD 軟件的軟件的接口模塊，實現了與接口模塊，實現了與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。2021-12-10 用戶界面用戶界面 用戶界面包括交互式圖形界面，用戶界面包括交互式圖形界面， 數據導入與導出宏命令數據導入與導出宏命令, CA

20、E相關的相關的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)）。2021-12-10數據管理系統(tǒng)與數據庫數據管理系統(tǒng)與數據庫 不同的不同的CAE軟件采用的數據管理技術軟件采用的數據管理技術不同：文件管理系統(tǒng)，關系型數據庫管不同：文件管理系統(tǒng)，關系型數據庫管理系統(tǒng)，面向對象的工程數據庫管理系理系統(tǒng)，面向對象的工程數據庫管理系統(tǒng)等；統(tǒng)等； 數據庫：標準構件庫，典型工程產數據庫：標準構件庫，典型工程產品的結構品的結構圖形庫，常規(guī)材料特性數據庫，圖形庫，常規(guī)材料特性數據庫，相關的國家國際標準與規(guī)范庫，以及相關的國家國際標準與規(guī)范庫，以及有關的知識庫等有關的知識庫

21、等。2021-12-10 數據管理系統(tǒng)和數據庫已經成為大型數據管理系統(tǒng)和數據庫已經成為大型應用軟件實現系統(tǒng)集成的核心，它們?yōu)閼密浖崿F系統(tǒng)集成的核心，它們?yōu)?CAE軟件的功能擴充，實現與軟件的功能擴充，實現與CAD、CAM軟件的連接運行奠定了基礎。軟件的連接運行奠定了基礎。 數據管理系統(tǒng)和數據庫的優(yōu)劣，對大數據管理系統(tǒng)和數據庫的優(yōu)劣，對大型型CAE軟件的運行效率影響極大。統(tǒng)計軟件的運行效率影響極大。統(tǒng)計資料表明，資料表明，CAE軟件在運行中，軟件在運行中，70左左右的時間是在進行數據交換。右的時間是在進行數據交換。2021-12-10目前國際上先進目前國際上先進CAE軟件功能軟件功能 靜力和

22、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，。2021-12-10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 各種單一和復雜組合結構的彈性、各種單一和復雜組合結構的彈性、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、大應變、疲勞、斷裂、損傷，以及形、大應變、疲勞、斷裂、損傷，以及多體彈塑性接觸在內的變形與應力應變多體彈塑性接觸在內的變形與應力應變分析。分析。2021-12-

23、10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分析，交變荷載與諧波響應分析， 隨機地震荷載及隨機振動分析，隨機地震荷載及隨機振動分析， 屈曲與穩(wěn)定性分析等。屈曲與穩(wěn)定性分析等。2021-12-10穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導與熱穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導與熱-力耦合力耦合分析分析 熱傳導分析，熱傳導分析， 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/結構耦合分析，結構耦合分析，。2021-12-10電磁場和電流分析電磁場和電流分析 靜態(tài)和交變

24、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/結構耦合分析，結構耦合分析，.。2021-12-10流體計算流體計算 常規(guī)的管內和外場的層流與端常規(guī)的管內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，.。2021-12-10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，.。2021-12-10 伴隨著伴隨著CAE的發(fā)展，的發(fā)展，CAE 與與 CAD/CAM /CAPP/PDM 一起已經形成

25、一起已經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、培訓服務在內的軟件產業(yè)，這是一個對培訓服務在內的軟件產業(yè)，這是一個對工程和產品制造業(yè)的技術創(chuàng)新有重大影工程和產品制造業(yè)的技術創(chuàng)新有重大影響的軟件產業(yè)，它已經并會繼續(xù)對國民響的軟件產業(yè)，它已經并會繼續(xù)對國民經濟的發(fā)展做出重要貢獻。經濟的發(fā)展做出重要貢獻。2021-12-10三發(fā)三發(fā) 展展 趨趨 勢勢 功能功能 性能性能 軟件技術軟件技術 用戶界面與智能化用戶界面與智能化 網絡化與網絡化與CAE網上鏈鎖店網上鏈鎖店2021-12-103.1 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)介質耦合分

26、析，多相多態(tài)介質耦合分析， 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， 從材料設計到工程從材料設計到工程/產品設計、集仿真與產品設計、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)， 微機電系統(tǒng)分析。微機電系統(tǒng)分析。2021-12-10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、機器人、起落架。機器人、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

27、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。2021-12-10多相多態(tài)介質耦合與多物理場耦多相多態(tài)介質耦合與多物理場耦合分析合分析復雜的工程復雜的工程/產品大都是處在多物理場與多產品大都是處在多物理場與多相多態(tài)介質非線性耦合狀態(tài)下工作，其行為絕非相多態(tài)介質非線性耦合狀態(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）介質耦合多相與多態(tài)（流、固、氣）介質耦合

28、分析。分析。2021-12-10多尺度耦合分析多尺度耦合分析 從基本材料的組份與構造到復合材料，從從基本材料的組份與構造到復合材料，從復合材料做成構件，再由構件裝配成工程復合材料做成構件，再由構件裝配成工程/產產品，存在著從微觀、細觀到宏觀的多尺度現象；品，存在著從微觀、細觀到宏觀的多尺度現象；不同的尺度服從于不同的物理、力學模型；通不同的尺度服從于不同的物理、力學模型；通過對宏觀模型的細分，不能導致細觀和微觀模過對宏觀模型的細分，不能導致細觀和微觀模型；相反，通過微觀和細觀模型的無限迭加，型；相反，通過微觀和細觀模型的無限迭加，也難導致宏觀模型。因此，在工程也難導致宏觀模型。因此，在工程/產

29、品的精產品的精細分析中，客觀地會遇到多尺度模型的耦合問細分析中，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、軟件，都是僅限于宏觀物理、力學模型的工程力學模型的工程/品分析。品分析。2021-12-10 對于多物理場的強耦合問題、多相對于多物理場的強耦合問題、多相多態(tài)介質耦合問題，特別是多尺度耦合多態(tài)介質耦合問題，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，尚處于基礎性前沿研究，它們已經成為國處于基礎性前沿研究，它們已經成為國內外科學家主攻的目標，由于其強烈的內外科學家主攻的目標，由于其強烈的工業(yè)背景，基礎研究的任何突破

30、，都會工業(yè)背景，基礎研究的任何突破，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)產品的技術創(chuàng)新。工業(yè)產品的技術創(chuàng)新。2021-12-10從材料設計到工程從材料設計到工程/產品設計、集產品設計、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) 隨著計算材料科學的發(fā)展，不遠的隨著計算材料科學的發(fā)展，不遠的將來，計算機輔助于材料設計將會納入將來，計算機輔助于材料設計將會納入CAE軟件，實現從材料性能的預測、仿軟件，實現從材料性能的預測、仿真，到構件與整個產品的設計、性能預真，到構件與整個產品的設計、性能預測、系統(tǒng)仿真，形成集計算機輔助于材測、系統(tǒng)仿真，形成集計算機

31、輔助于材料設計、制備，到工程或產品的設計、料設計、制備，到工程或產品的設計、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)。2021-12-10微機電系統(tǒng)分析微機電系統(tǒng)分析 隨著多物理場、多相、多態(tài)介質耦合理隨著多物理場、多相、多態(tài)介質耦合理論與亞微米、納米科學的發(fā)展，以及微論與亞微米、納米科學的發(fā)展，以及微機電系統(tǒng)開發(fā)的強烈需求，專門用于微機電系統(tǒng)開發(fā)的強烈需求，專門用于微機電系統(tǒng)設計計算和系統(tǒng)仿真的機電系統(tǒng)設計計算和系統(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。2021-12-103.2 性能性能 基于超級計算機和計算機群的并行計算基于超級計算

32、機和計算機群的并行計算CAE系統(tǒng)，系統(tǒng)， 基于網格計算的基于網格計算的CAE系統(tǒng)，系統(tǒng)， 基于互聯網的集成化與支持協同工作的基于互聯網的集成化與支持協同工作的CAE系統(tǒng)系統(tǒng)2021-12-10適應于超級計算機和機群并行適應于超級計算機和機群并行計算計算CAE系統(tǒng)系統(tǒng) 每秒千萬億次的計算機與機群系統(tǒng)即每秒千萬億次的計算機與機群系統(tǒng)即將誕生，適應這些大規(guī)模并行計算平臺將誕生，適應這些大規(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，能夠實現對復雜工程產階級方程組，能夠實現對復雜工程產

33、品的實時和真三維仿真。品的實時和真三維仿真。2021-12-10基于網格計算的基于網格計算的CAE系統(tǒng)系統(tǒng) 互聯網已經將千萬臺各類計算機互聯網已經將千萬臺各類計算機連接在一起，連接在一起，人們正在開發(fā)將互聯人們正在開發(fā)將互聯網上所有計算機硬件、軟件、數據網上所有計算機硬件、軟件、數據庫以及連接的實驗設備統(tǒng)一和有效庫以及連接的實驗設備統(tǒng)一和有效使用的使用的網格計算技術網格計算技術。隨著這一技。隨著這一技術的成熟，一定會出現基于網格計術的成熟，一定會出現基于網格計算的算的CAE系統(tǒng)系統(tǒng)2021-12-10基于互聯網的集成化與支持協基于互聯網的集成化與支持協同工作的同工作的CAE系統(tǒng)系統(tǒng) 隨著分布式

34、對象集成技術和網格計算隨著分布式對象集成技術和網格計算技術的發(fā)展，大型工程和復雜產品開發(fā)技術的發(fā)展，大型工程和復雜產品開發(fā)中實施并行工程，以及研究集團的聯合中實施并行工程，以及研究集團的聯合攻關，未來的用戶將不再需要單一的攻關，未來的用戶將不再需要單一的CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM 和和 ERP產品，它們需要基于互聯網產品，它們需要基于互聯網(JAVA)的、具有行業(yè)特色的、集成化與支持協的、具有行業(yè)特色的、集成化與支持協同工作的的套裝系統(tǒng)。同工作的的套裝系統(tǒng)。2021-12-10 大型工程和復雜產品，例如發(fā)電廠大型工程和復雜產品，例如發(fā)電廠化工廠化工廠飛機飛機輪輪船及機車車輛等，船

35、及機車車輛等，它們由數萬到數百萬個構件和數以千計它們由數萬到數百萬個構件和數以千計的設備組成，其設計的設備組成，其設計分析分析安裝模擬安裝模擬和運行過程仿真，都要涉及數個到數十和運行過程仿真，都要涉及數個到數十專業(yè)領域的專業(yè)技術人員。因此，基于專業(yè)領域的專業(yè)技術人員。因此，基于Internet和和Grid computing的異地的異地異構異構系統(tǒng)下的系統(tǒng)下的計算分析，實現對大型工程計算分析，實現對大型工程復雜產品的全面分析和運行仿真，將成復雜產品的全面分析和運行仿真，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。2021-12-103.3 軟件技術軟件技術 真三維圖形處理真三維圖

36、形處理與虛擬現實，與虛擬現實， 基于基于Internet和和Grid computing的面向對象的工的面向對象的工程數據庫管理系程數據庫管理系統(tǒng)及工程數據庫。統(tǒng)及工程數據庫。2021-12-10真三維圖形處理與虛擬現實真三維圖形處理與虛擬現實 隨著隨著DSP芯片的發(fā)展，計算機圖形處芯片的發(fā)展，計算機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、圖形運算和參數化建模三維圖形算法、圖形運算和參數化建模的發(fā)展，快速真三維的虛擬現實技術已的發(fā)展，快速真三維的虛擬現實技術已經成熟。因此經成熟。因此, CAE軟件的三維實體建軟件的三維實體建模，復雜的靜態(tài)、動態(tài)物

37、理場的虛擬現模，復雜的靜態(tài)、動態(tài)物理場的虛擬現實技術將會有大發(fā)展。實技術將會有大發(fā)展。2021-12-10基于基于Internet和和Grid computing的面向對象的工程數據庫管理系統(tǒng)及的面向對象的工程數據庫管理系統(tǒng)及工程數據庫工程數據庫 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在迅速發(fā)展，及其高速存取技術在迅速發(fā)展， PC機的機的硬盤容量很快將由硬盤容量很快將由GB達到達到TB量級。量級。 用戶將要求把更多的計算模型、設用戶將要求把更多的計算模型、設計方案、標準規(guī)范和知識性信息納入計方案、標準規(guī)范和知識性信息納入CAE軟件的數據庫中。軟件的數據庫中。2

38、021-12-10 Internet和和Grid computing環(huán)境下的數據環(huán)境下的數據庫管理系統(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)存取的存取的、與時間空間相關的與時間空間相關的、大量大量非結構化的非結構化的、各、各種類型的數據。種類型的數據。 高性能的高性能的、基于網格環(huán)境的基于網格環(huán)境的、面向對象面向對象的工程數據庫管理系統(tǒng)將會出現在新一的工程數據庫管理系統(tǒng)將會出現在新一代的代的CAE軟件中。軟件中。2021-12-10 Internet和和Grid computing環(huán)境下的數據環(huán)境下的數據庫管理系統(tǒng)應該具有關系型數據庫，面庫管理系統(tǒng)應該具有關系型數據庫，面向

39、對象數據庫及其管理技術的優(yōu)點，支向對象數據庫及其管理技術的優(yōu)點，支持抽象數據模型定義，分布式持抽象數據模型定義，分布式、異構、異構、虛擬計算環(huán)境與多用戶并發(fā)虛擬計算環(huán)境與多用戶并發(fā)I/O狀態(tài)下的狀態(tài)下的數據管理，數據管理， Internet和和Grid computing環(huán)環(huán)境下的高級存儲與查詢語言，訪問權限境下的高級存儲與查詢語言，訪問權限與數據所有權的保護，異構數據庫的時與數據所有權的保護，異構數據庫的時/空一致性和有效性檢驗，系統(tǒng)異常狀態(tài)空一致性和有效性檢驗，系統(tǒng)異常狀態(tài)下的數據一致性恢復等。下的數據一致性恢復等。2021-12-103.4 用戶界面用戶界面 多媒體用戶界面多媒體用戶界面

40、 智能化用戶界面智能化用戶界面2021-12-10多媒體用戶界面多媒體用戶界面 計算機圖形技術正在迅猛發(fā)展，狹計算機圖形技術正在迅猛發(fā)展，狹義的語音輸入輸出已成現實，計算機義的語音輸入輸出已成現實，計算機視覺系統(tǒng)已能在一定范圍內分析體態(tài)、視覺系統(tǒng)已能在一定范圍內分析體態(tài)、眼神和手勢，隱含信息請求的數據發(fā)掘眼神和手勢，隱含信息請求的數據發(fā)掘技術也已冒泡，會聽、看、說、寫和學技術也已冒泡，會聽、看、說、寫和學習的計算機即將聞世，這些多媒體技術習的計算機即將聞世，這些多媒體技術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的直觀、直感和直覺性，給用戶帶更強的直觀、直感和直覺性

41、，給用戶帶來極大便利來極大便利2021-12-10智能化用戶界面智能化用戶界面 CAE軟件是一個多學科交叉的、綜軟件是一個多學科交叉的、綜合性的知識密集型產品，它由數百到數合性的知識密集型產品，它由數百到數千個算法模塊組成，其數據庫存放著眾千個算法模塊組成，其數據庫存放著眾多的設計方案、標準構件，行業(yè)性的標多的設計方案、標準構件，行業(yè)性的標準、規(guī)范，以及判定設計和計算結果正準、規(guī)范，以及判定設計和計算結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？怎么判定計算結果？怎么使用軟件？怎么判定計算結果？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

42、面的重要組成部分。統(tǒng)，將成為用戶界面的重要組成部分。2021-12-103.5 集成化、集成化、專業(yè)化與屬地化專業(yè)化與屬地化 目前多數還是目前多數還是單一、孤島式的單一、孤島式的CAD、CAE、CAM、PDM產品，產品，集成化程集成化程度不高。度不高。 隨著實施并行工程，加入隨著實施并行工程，加入WTO和互和互聯網的發(fā)展，科研人員和中、小企聯網的發(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產品。他們需要產品。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)。 2021-12-10 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，應該成為化，應該成為CAE軟件開發(fā)商的經軟件開發(fā)商的經營之道。營之道