CAE领域八大热点

1、2007CAE领域八大热点7月2829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

2、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

3、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 So

4、ftware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

5、。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CATIA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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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，

11、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。 国内的一些汽车厂商发现自己的CAE工程师花费大量的时间在CAE模型准备上，这不但造成资源的严重

12、浪费，而且严重的影响设计进度，使得工程师失去了产品创新的时间。造成这种现象的根本原因就是，CAE分析和CAD设计的割裂。现在的应用情况是，CAE分析工程师所需的几何数据和CAD部门的原始几何数据不能建立直接的联系，这打破了CAD和CAE数据的关联性，造成了不必要的浪费。因此只有把CAD与CAE集成起来，然后有一个统一的数据管理平台，比如UGS Teamcenter，进行集中管理，保持CAD和CAE数据的关联性，才可以使CAE的分析结果及时的指导产品设计。 因为NX可以在Multi-CAD环境下工作，所以在CAE环境下访问，创建、修改和修补几何体，是我们与其他仿真软件供应商的主要区别。 蒋辉国：

13、集成主要解决的是CAE的方便性和普及性的问题。作为复杂的专业性领域，目前大多数分析问题还是由专业性软件来解决。在工程设计中，也有这种集成在CAD软件中的普及型CAE软件，比如说我们的Fluent for CATIA，这套软件基本上Fluent的全套功能都集成在CATIA中了，在设计的时候，如果需要初步检验设计是否合理，只需要点击Fluent的一些功能就可以进行相应的流体力学分析。还有一些其他的软件具有或多或少的CAD与CAE集成功能。 在结构分析领域，与CAD结合的CAE软件相对多一些，因为结构分析的技术相对成熟，矛盾的焦点集中在怎么样方便使用。对流体力学分析领域，有些问题已经可以实现非常准确

14、的模拟，对于此类问题，CAD与CAE的集成将有利于提高效率和推广CAE的应用。而对于一些复杂的流体力学问题，模拟的精度即物理问题的数学描述模型的准确性是目前亟待解决的主要问题。 戚国焕：CAD与CAE的集成目前是一个很大的问题。CAD与CAE，和CAD与CAM，这两种集成，差距非常大，后者的集成现在做得非常好，真正体现了设计工艺的一体化。 由于CAD几何模型到CAE中做网格的时候，并不是直接使用，而是要先进行几何清理，目的是达到一个平衡，就是在网格质量足够好的情况下，使网格数量适当少一些。几何清理对CAE非常重要，但对一体化却造成影响，因为几何清理之后，网格关联性就被破坏了，那么一体化就不存在

15、了。 现在二者的联系存在两种状态，第一种，从有限元角度来说，CAD与CAE割裂的状态没有改变，有些厂商宣称可以做到一体化，我认为实际上有一定的误导。因为一体化牺牲了单元和求解的质量，这样使得分析的实用性大大降低，因此就没有价值了。 为了解决这个问题，我们发展了一些另外的技术来弥补这个问题，就是我们的“自动网格变更”。当CAD大致定稿之后，做CAE分析实际上还要进行一些结构等方面的变更，这种变化我们不把它反映到CAD中，而是直接在网格上进行，在变化的过程中进行分析，当分析结果比较合理以后，再把定稿的结果抽取出来，返回到CAD中进行调整。我认为这种方法能减少设计迭代中的麻烦。 很多传统的CAD厂商

16、也在提这种一体化的概念，就是希望CAD工程师能够在设计的时候进行一些CAE分析，但实际上这还是一种传统的设计思路，CAE起到的仍然是后期校核功能，这种思路在全球已经发生了变化。目前全球已经提出了一种“概念设计优化”的理念，就是在设计之前运用CAE工具进行优化，直接找出最佳的设计路径。所以现在的问题不是一体化，而是在概念设计之前通过CAE优化找出最佳的设计，因此业界提出一种新的思路叫做“CAE驱动的设计”。 多物理场耦合e制造：多物理场在仿真分析过程中已经越来越普遍，您如何看待多物理场耦合的前景？ 宁振波：单个的场就已经很复杂，多场结合就更复杂了，比如流固耦合，因为流体是基于固体不变形的情况进行

17、计算的，但是固体的静力或者动力是基于固体变形的基础上考虑的，所以这两种场，基础算法、网格h划分方法完全不同。 多物理场现在比较普遍。比如说流体，不光是内流，还有外流。稍微复杂一点的产品，有流体、固体，还有电磁、热等问题。产品的复杂程度越高，牵扯到的场就越多越复杂。 顾镭：多物理场耦合问题是目前复杂产品研发CAE分析中比较常见的，而且令人头疼的问题。由于影响因素是多领域、多学科的，包括机、电、液、热、化学等，若忽略其中一个物理场，就会对分析精度产生很大影响，要保证产品的质量，就必须加以解决。例如整车NVH分析中，就要综合考虑声源、材料吸声、辐射、悬置阻尼、结构振动与传递等的综合因素；发动机三元催

18、化强度分析涉及温度场、结构与流场的耦合问题。 多物理场耦合可以通过直接耦合或顺序耦合的方式来实现，因为现实中基本不存在单纯的单场问题，只是由于受到硬件或软件的限制不同物理场涉及领域和表述方法的差异很大，通常人为将它们分成单场现象，各自进行分析。有时这种分离是可以接受的，但许多问题这样计算将得到错误结果。因此，在条件允许时，应该尽量进行多场耦合分析。多物理场耦合符合实际，减少了简化与假设，具有更高的准确性和精度，若模型构建得当，则完成模拟的时间会更少，能够避免采用多个单场分析出现的错误。 一般而言，简单产品也存在多物理场耦合的需求，这是根据使用环境决定的；在大多数环境下，某些场的影响相对较弱，因

19、此可采用人为简化处理。 梁国平：多场的问题实际上是三类问题，一是流体，一是固体，然后是电磁场，从现在来说，不管哪一种CAE软件，都只能算好某一类问题。 多场耦合在技术上有一定的困难，一方面是计算量比较大，另一方面是软件本身非常复杂。ANSYS公司收购Fluent后，预计会把自己的固体和Fluent进行整合，但因为算法不一样，所以整合也不容易。所以就希望有一种软件能够同时计算不同的问题。现在硬件设备的性能提高了，多CPU的并行机越来越便宜了，可以计算更多更复杂的问题，这也直接导致了并行软件的发展非常迅速，这就为解决多场计算创造了条件。 Ron：产品的研发过程离不开多物理场分析，其中包括结构、流体

20、、热等。非常明显，多物理场分析将被更加广泛的应用。许多企业的现状是，不同的物理场分析，由不同的小组完成，而且采用各自独立的分析软件。 实际上各种物理场之间是有关联的，需要进行不同物理场之间数据的传递来完成仿真分析。这种独立分析的现状，阻碍了企业内部CAE的信息传递，降低了多物理场仿真分析的效率。 CAE与CAD的集成，既要进行平台集成，也需要进行CAE分析功能的集成，进而实现同一平台下的多物理场分析。UGS NX不但将工业领域广泛接受的结构分析软件NX Nastran集成在系统中，还集成了业界领先的运动学分析、热分析和流体分析功能。这样，使得用户可以在同一个平台下完成多学科、多物理场分析，还可

21、以实现多物理场之间的数据交换。 蒋辉国：多物理场耦合是CAE研究的一个重要领域之一。比如流体力学问题通常有物理边界，而物理边界往往由固体结构组成，由于流体力的作用，这个物理边界的位置或形状会发生变化，当这种变化较大时，必须考虑流体与固体结构之间的耦合问题。同样道理，电磁场与流场或结构的耦合问题也是产品设计者经常要分析和考虑的问题。 作为软件供应商，ANSYS收购Fluent，也是基于这种耦合需求趋势所采取的战略行动。ANSYS 公司已经可以通过CFX CFD 软件与ANSYS 结构分析软件联合分析一些流固耦合问题。而Fluent 软件可以通过一个中间数据连接模块实现与其它结构力学分析软件联合分

22、析流固耦合问题。很快，Fluent 将可以与ANSYS 结构力学分析模块一起分析流固耦合问题，并且做到深度耦合。 这种耦合都基于ANSYS 公司一个CAE综合平台Workbench，不但实现了不同物理场数据之间的互联互通，避免倒进倒出，而且部分实现了不同物理场的内在耦合计算。 戚国焕：我认为多物理场耦合在应用上有两种，一种方法是找一种号称能够解决多物理场的软件，它的特点是什么场都能包含进来，但其每一个场的计算结果跟专业的软件无法相比，唯一的好处是中间的转换比较简单。这是一种 “全而浅”的方法。另外一种是，在具体的应用中还是使用专业的软件，但是可以加上一种调度的平台，通过这个平台实现多物理场的耦

23、合。前一种方法，在高校、研究所这些地方用得比较多，而后面一种方法则在企业用得比较多。 总的来说，CAE本身的差异化非常大，不同的领域都有一些非常专业的软件，其计算精度和效率也被所在的特定行业用户所认同，未来的趋势就是怎么样把这些求解器融合起来，也就是使用同一个模型进而调用不同的求解器，这样就需要一个多物理场耦合优化设计平台，同时看不同的物理场性能的变化，从而得到一个最佳的耦合的结果。也就是说，未来的趋势是一个多学科优化的平台，不仅仅是仿真，而且需要优化。 仿真数据的管理e制造：当CAE应用越来越深化和普及，数据量越来越大的时候，仿真数据的管理是否将成为一个问题？ 宁振波：国内这块是弱项。仿真分

24、析的数据量是非常庞大的，现在我们基本上是中间的数据不管，但管整个分析过程，也就是流程和结果数据。这相当于一个知识管理，把流程固化，下次按照这个流程来走就不会出问题了。 顾镭：不同企业的仿真数据管理自成体系，风格迥异。有的自动化程度较高，需要人工维护的工作量少，而有的则需要较多的整理工作。从一定意义上来说，CAE应用开展得越深入，数据管理工作的问题越多。 数据管理的不善将导致存储和检索都很不方便。通常会出现：局部模型与CAD数据状态变更不同步，数据版本编号混乱，报告与模型的对应性差，特别是间隔较长的数据，可追溯性更差，无法发挥经验数据库的作用。数据管理不力将对提升CAE分析与评价能力，追溯分析问

25、题均不利。 企业可以考虑开发自己的数据管理软件或借鉴其他公司经验，直接引入商业数据管理软件，进行定制，形成适合自己的数据流程管理软件；另一方面，大容量的数据储存设备也是一个关键。 蒋辉国：CAE软件是分析问题的工具和手段，而仿真数据管理软件是提高分析人员工作效率的管理工具。当对多种产品设计进行多方面分析，产生很多数据结果时，需要管理工具帮助人们管理计算结果。或者在分析新的设计方案时，人们可以利用数据管理工具搜索以前的类似分析结果，以便借鉴，一方面可以避免重复计算，另一方面可以总结规律。Fluent 公司前几年已经开始在这方面进行研究，当时我们应某国际大公司要求开始开发仿真数据管理软件。 目前这

26、个系统已经投入客户使用，我们正在把它提炼成一个标准商用软件准备推广。我们把这个产品简称为SPDM （Simulation PDM）。 Ron：UGS PLM Software很早就意识到这个问题，并且对此有专门的解决方案。仿真数据的管理不仅包括CAE数据，还包括CAD数据。面对海量的CAD数据，如何使CAE分析能够反映最新的产品设计也是很多企业面临的问题，CAE和CAD数据的统一管理可以有效地解决这个问题。这样，CAD数据的更新可以自动地、及时地反映到CAE分析中。随着CAE分析的深入，经验和试验数据的积累越来越多。如何有效地利用这些历史数据指导新产品的设计，同样需要对仿真数据进行管理。UGS

27、的Teamcenter for Simulation产品为CAE数据管理提供了解决方案。 戚国焕：一般来讲，技术上的应用一个是管理，一个是工具。管理是带来效率的，工具会带来创新甚至是突破。 从这个角度，没有数据管理，也可以把CAE做好，有了数据管理，就可以把CAE做得更好。因此，从单个技术难点来说，与数据管理没有太大的关系。 目前市场上对仿真包括试验数据的管理的确比较欠缺，原因在于，国内更多的CAE应用刚刚起步，很多企业做CAE分析的质量比较差，价值也比较低。但是现在这种局面在转变，越来越多的CAE高级人才在积累了很多年的经验之后，其CAE分析包括试验的质量越来越高。这时，因为分析的数量越来越

28、多，数据的管理成为一个问题。以前都是放在个人的计算机上进行管理，但是不安全，另外知识重用也很困难。现在很多企业在这方面进行了很多探索，一是建立有效的安全机制，二是能够让需要用到的人方便地搜索到。 我们把仿真包括试验的数据管理叫做“ 性能数据管理” ， 我们也称之为PDM（Pe r formanc e Da t a Management），这是最近5年提出来的，但真正把它应用好的也非常少。澳汰尔在这方面有一个相对比较成熟的解决方案，而且在国内如上海大众得到很好的应用。 专业化软件的发展e制造：CAD求同而CAE求异。各种专业化CAE软件不断出现。 宁振波：一个复杂产品，可能涉及上百个专业。实际上

29、在整个的工业发展过程中，有很多专业原来是没有CAD软件的。那么我认为，CAE也是这种情况。 1993年，波音公司在767设计过程中使用了800多种软件，现在正准备首飞的波音787研制过程中有7000多种软件。在787研制过程中，有很多是手工进行的，但随着研制的进行，他们又开发了很多专用的软件解决一些很专业的问题，这样造成软件越来越多越来越大，但是在这个过程中，有很多软件慢慢被整合进通用软件中去了。 王成国：CAE软件的小型化和专业化是CAE应用向市场深入的标志。 中小型企业是机械制造行业的主流。中小型企业的产品和技术比较专一，小型专业CAE软件可以基本满足要求。大型企业内部也有明显的技术分工，

30、不同部门有不同的专业技术领域，需要不同的CAE软件。 小型专业化CAE软件有良好的生存空间。但是需要注意三点，第一，小型专业化CAE软件应与大型CAE软件在数据信息交流实现无缝连接；第二，应与大型CAE软件的功能模块相互提供用户接口；第三，应与大型CAE软件在技术的先进水平上保持同步。 顾镭：随着对新开发产品质量和CAE应用水平的要求不断提高，市场上对细分的专业化软件需求会有更多的需求，因为他们在某一领域有其独特的优势，可量身定做，对某类细化的问题分析会更精确、更有效，所以在当前的这个阶段里面的生存空间必然会扩大。 专业化软件与通用型软件代表了CAE发展的两个方向：集成化和专业化。在今后相当长

31、的一段时间，两者将是共存的，而且他们彼此之间的竞争和合作关系，将会促进它们的共同发展。 但是，主流软件仍然是通用型软件，这是不可动摇的。因为专业软件的客户群太小，往往无法开展行业内交流，结果也就不能得到业界的认同。 所以，专业化软件会逐步出现功能合并的情况，一种可能是同一领域小型专业软件之间的合并，一种可能是作为一个功能模块，补充到大型软件当中，以满足用户的需求减少学习不同风格CAE软件数量。 梁国平：目前一些特定领域的专业软件发展很快，我觉得这也是一个趋势，这一点在美国很明显。 原因是什么呢？我觉得通用软件设计了很多功能，但用户可能只需要很少一部分，这样会感觉很不方便，并且将来软件的改动也很

32、麻烦。另外，通用软件在很多领域是空白，比如岩土力学领域，大型通用软件就做得不好。 我认为，CAE软件的发展还有一个很大的趋势，很多人可能没有认识到，就是用一种组件化的设计方法，或者叫做构建化的设计方法来开发CAE软件。现在IT业都是采用这种方法来开发软件，但是在CAE软件领域还没有出现。组件化的开发方法，能够为企业开发量身定做的、容易集成的、容易改动和可持续发展的软件，从而可以让用户方便地组合使用，以降低总体拥有成本，因此预计组件化的软件将受到用户的欢迎。组件化的软件开发方法预计将成为小型CAE软件公司与大公司竞争的一种方式，成为中小CAE软件公司的一个机会。 Ron：这是非常重要的问题。如果

33、看一下那些应用CAE多年的大公司，你将会发现他们有许多小型的专业CAE软件。因为这些软件应用的分散性，所以将这些小型的专业软件集成到产品研发的工作流程将至关重要。很多年前，UGS就意识到这个问题的重要性，所以我们把平台的开放性作为生命周期仿真战略。 CAE知识积累e制造：在CAE的发展和应用中，相关知识的积累是一个很重要的内容。 顾镭：完成CAE计算操作是比较简单的，最困难的在于评价与提出有效改进方案，这就需要分析人员具有丰富的工程经验和历史数据的积累。 一项可信的CAE分析， 需要分析人员对所分析的对象有很深入全面的理解，然后经过科学合理的假设简化，把具体的工程问题转化为物理和数学模型，再利

34、用计算机仿真计算，并基于经验开展分析评价。如果没有对问题的理解和合理分析，CAE分析就没有任何工程实用价值。 目前国内CAE应用不足与知识积累不够有关。有些企业还没有真正意识到应用CAE的重要性，认为试验验证更为可靠；有的企业虽然已经意识到CAE的重要性，但是苦于专业人员短缺和数据库底子的单薄，进行正向设计往往无法做出判断，也就很难发挥出CAE效益，这些都阻碍了CAE应用的推广。 汽车制造企业面临的共同问题是：在车型、数据积累等方面还有待时日，例如缺少材料性能参数、短缺试验资源与手段以及经验评价数据库，都为CAE应用带来了极大的压力。这就要求：一方面CAE工程师必须认真研究问题的本质，寻求恰当

35、的本构关系，建立合理的力学仿真模型；一方面设计人员和试验人员要为CAE工作提供尽可能详尽的数据信息；在推广CAE应用的同时，提升应用技术能力，加强试验对比，开展相关性分析。 对于企业来说，要做好知识的积累需要从以下几个方面来进行：加强CAE分析人员的工程经验积累，包括分析人员和设计人员以及试验人员交流、沟通形成的知识；需要必要的试验支持，开展相关性分析，积累试验历史数据；通过供应商和自身试验工作，进行材料性能数据积累；开展BENCHMARK工作；对于历史分析工作中经验教训的总结；加强企业与外部伙伴，包括设计公司、供应商、咨询公司、高校或其他专业研究机构的合作与交流，积累相关的数据库。 Ron：

36、因为CAE对经验和试验的依赖程度还很强，所以相比于CAD产品，CAE对分析人员的要求更高。这个原因也限制了企业的CAE应用。由于缺少经验、知识和试验等原因，一些CAE分析工作并不能为产品设计提供强有力的依据，有时甚至是误导。因此需要把一些专家的经验、知识和历史的试验数据固化到CAE系统中，提高CAE分析的可靠度。UGS NXs Simulation Process Studio可以有效地实现这样的功能。 可喜的是现在一些企业已经建立了自己的CAE仿真分析规范，并逐步地完善。在NX系统下，用户还可以通过Knowledge Fusion功能，将企业的CAE规范直接溶接到仿真系统中，形成企业CAE分

37、析知识库。这大大提高CAE分析结果的可信性，还可以避免因人员流动引起的损失。 有限元模型越来越大e 制造： 一个普遍的情况是，目前在进行CAE分析时，有限元模型越来越大，这是什么原因？ 宁振波：这个跟计算机的发展有很大的关系。举例来说，由于计算机的限制，上个世纪80年代，一个起飞重量十几吨到20吨的飞机外形气动力性能，气动网格最多能够画分到20万点，现在10吨的飞机可以画200万个网格，这个数量就使计算更接近于现实了。随着计算能力越来越强，已经可以把全机放进来计算，模型毫无疑问会越来越大。 王成国：计算机软硬件技术的发展，尤其是并行计算技术的发展，使长期困扰有限元技术的计算速度和计算规模问题有

38、突破性进展。因此，有限元模型一定会越来越大，有限元模型也应该越来越大。总之，有限元模型越来越大的原因是多方面的： 首先，有限元分析的要求越来越高。为了更清晰的描述结构复杂的零部件的应力分布，对应力集中的部位进行有效的结构改进和优化，有限元模型的单元越来越小。导致模型越来越大。比如，双层集装箱车体的有限元模型采用板单元，模型达到200万以上的自由度。 其次，有限元分析的问题越来越复杂。社会经济的发展要求有限元分析的对象和问题提出新的要求。为研究车辆的耐碰撞性能，提高车辆的安全保护能力，需要建立包括车轮、转向架、车体、座椅、和人体模型的系统有限元模型，这时模型可能到达300-500万自由度。如果进

39、行两车迎面碰撞分析，系统模型的自由度还要加倍。 第三，有限元分析的系统越来越大。有限元技术在多柔体系统动力学问题中的应用就属于这种情况。如果多体系统相互作用有弹性接触问题，模型更为复杂。 轮轨关系的动态有限元分析、桥梁-列车系统动力学的有限元分析都是超大性有限元模型的工程实例。这些有限元模型的成功应用对铁道工程有重大意义。 有限元模型越来越大对计算机系统设备、有限元软件系统、计算方法提出新要求。但是，有限元模型的大小应需要根据具体问题合理选取。长期的科学研究经验表明，模型在满足要求的前提下可能越简单越好。 顾镭：随着计算机硬件的发展，为了得到更精确的分析结果，有限元分析模型规模的确已经越来越大

40、了。 以前因受计算机发展水平限制，为了能够完成计算，在可接受的时间内得到分析结果，对CAE模型做了大量的简化处理；而构建更精细模型的需求一直是存在的，而现在则是具备了这种条件的时候。 Ron：过去由于计算资源和算法的限制，人们尽可能地利用有限元知识和经验简化模型。随着计算机硬件和软件技术的发展，使得大规模问题的求解成为可能，因此有限元模型的规模随着计算机性能的提升而不断扩大。同时有限元分析的软件技术也不断地突飞猛进，如内存的管理、并行计算等。现在NX Nastran可以有效的求解2亿自由度的有限元模型，而且在分布式并行计算集群上具有高速的加速比。 中低端市场升温e制造：在PLM领域，中低端市场

41、正成为厂商的战略重点。CAE是否也是如此？ 顾镭：是的。简单产品的CAE分析快速简便，影响因素少，对技术人员的素质要求相对低，成效快，而且试验验证也相对容易，所以应用在逐渐扩大。 目前，一些主流CAD厂商纷纷在自己的CAD产品中开发较简单的CAE应用，这些大部分是基于开发经验知识的软件，主要用于开展系统性分析工作。厂商对于软件的内核非常清楚，代码更新容易，切合工程实际，能够更好满足自身的工作需要；技术可独享，提升自身产品竞争力。 但是， 对大多数中低端用户来说，专业人才、材料数据库、评价经验以及验证的短缺成为其CAE应用的主要挑战。 自主开发之痛e制造：目前，一些具有自主知识产权的CAE商业产

42、品在国内已经出现，您如何看待他们的发展前景？ 王成国：中国已经成为全球制造加工中心，国内具有自主知识产权的CAE商业产品在国内将会有良好的发展前景。CAE必须走自主创新的道路。 我感觉，中国自主开发CAE面临严峻的挑战。20世纪70-90年代，中国CAE软件行业做了大量工作。但是，目前好像还没有创建出一个公认的国际一流的CAE品牌。现状是，大量专业技术人才外流，大量国外CAE软件蜂拥而进，大量销售队伍做外国CAE代理。 钟万勰院士大声疾呼从国家战略安全出发自主开发CAE，我很感动，也很支持。我希望科技部能够像支持自主研制神州号航天飞船那样，组织和协调自主开发CAE。要吸取20世纪的经验教训，应该以企业为主，走市场化的道路， 顾镭：开发自主产权的CAE商业产品是必然趋势，但是目前与国外商业化的大型通用软件有较大差距，毕竟国外软件是积累了数十年开发成果的，我们要在短期内达到这样的水平太困难了。 自主开发会更快地响应客户的需求，将是对国内