1.CAE技術的發展

　　計算機輔助工程(CAE)作為一門新興的學科已經逐漸的走下神壇，成為了各大企業中設計新產品過程中不可缺少的一環。傳統的CAE技術是指工程設計中的分析計算與分析仿真，具體包括工程數值分析、結構與過程優化設計、強度與壽命評估、運動/動力學仿真，驗證未來工程/產品的可用性與可靠性。

　　如今，隨著企業信息化技術的不斷發展，CAE軟件與CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP一起，已經成為支持工程行業和制造企業信息化的主導技術，在提高工程/產品的設計質量，降低研究開發成本，縮短開發周期方面都發揮了重要作用，成為實現工程/產品創新的支撐技術。

　　雖然CAE技術經過近50年的洗禮已經逐漸成熟，但對于一門新技術發展成熟則需要面對無數的挑戰，而對于CAE技術的用戶企業與CAE軟件提供商發展至今而言，仍然面臨著如軟件使用復雜、工程師理論知識欠缺、缺少實踐經驗、CAD與CAE的集成、仿真數據管理分散、計算機硬件與軟件結合以及計算速度等諸多實際問題和挑戰。

　　2.CAE技術面臨的挑戰

　　2.1CAE軟件的易用性

　　CAE技術最直接的挑戰是軟件的易用性問題，這不僅僅是簡化軟件操作的問題，而是CAE軟件能否真正在企業普及應用的真正關鍵因素。

　　CAE軟件的應用分為兩個部分，即軟件操作與理論知識。傳統的CAE軟件在操作上比較復雜，都需要手動編寫程序，并且需要一個經驗的積累。而同時，CAE技術還涉及到大量的數學和力學問題，對CAE工程師理論知識的掌握有一定的要求，綜合這兩方面的要求，使得CAE軟件長期得不到普及應用。

　　80年代初個人計算機剛剛誕生時，通過各種命令來進行操作的DOS操作系統一直被認為過于專業，大眾并不知道該如何輸入各種命令來操作計算機，所以，在DOS操作系統下計算機一直未有廣泛的普及應用(雖然這其中也存在著硬件方面的問題)。而自從90年代后可視化操作系統(如Windows、Mac、Linux……)出現以后，計算機的普及速度達到了一個非常驚人的地步。

　　CAE技術的發展亦是如此，我們不排除CAE往更專業的方向發展，但目前階段我們更需要可視化、易操作的CAE軟件。正如目前市場上計算機的操作系統中DOS依然是不可缺少的，但更多的是以可視化的界面存在的Windows、Mac等系統。

　　2.2CAE技術經驗的積累

　　2.2.1對于CAE工程師而言

　　會使用CAE軟件不等于會用CAE來進行產品分析，對于同一個的產品模型而言，不同的CAE工程師使用同一款CAE軟件進行分析時，由于知識和經驗的差異，在進行模型簡化、網格劃分、優化等方面都有著不同的方法，而最后所得出的結果差異也將會很大。

　　因此除去理論知識與軟件的操作外，對于各種結構的產品進行仿真分析的經驗積累也是必不可少的。CAE技術始終是從實踐中來，在到實踐中去的東西，沒有大量的實踐經驗，僅僅會操作軟件也是用處不大。

　　可以說CAE軟件只是一個工具，工程師要學會靈活運用，特別是一些設置問題、模型簡化，不能按照書本中的例子來死搬硬套，而需要根據實際情況來確定。一個很復雜的產品分析，模擬的結果不一定很正確，所以分析出的數據只是個參考，真正的問題是不能靠軟件的來解決的，至少在現在看來是這樣的，因為沒有哪個理論現在能完全的解釋現實中的問題。

　　總之，CAE軟件分析只是一種作為參考的依據，具體還要到實驗中驗證，并且由分析指導實驗，實驗來驗證、修正分析。

　　2.2.2對于企業而言

　　(一)CAE知識平臺的建立

　　在分析流程中形成統一規范的知識平臺，在平常的設計中，很多零件的差別十分細微，但差之毫厘，可能謬之千里。企業如果能建立一個不同結構零件設計和分析的標準流程，并將其規范和固化下來，后續的設計分析工作就能事半功倍：

　?、贉p少工作量和成本。對關鍵零部件或結構的CAE分析結果進行檢驗，將最合理的方法記錄下來并形成規范，在開發同類的新零件時，可以有效減少反復試驗和分析耗費的時間，減少工作量，節約成本。

　?、跍p少了人員變動和流動對企業的損失。如果有工作人員離開，后面的接替人員也可以比較方便的繼承前人的經驗，使得知識和經驗保留在統一的平臺上，可避免人員流動給企業帶來的損失。

　　③降低差錯幾率。CAE是需要實際經驗來驗證的，一方面，通過這個平臺積累下來的技術和經驗，CAE也減少了驗證程序;另一方面，通過收集別的企業已經驗證過的，和國外已經驗證的數據，綜合到這個平臺里，也能省去一些驗證工作。從而保證了結果的精準，這樣從問題入手，能夠減少產品因零件所出的差錯。

　　傳統的CAE的操作模式、工作模式一直處于個性化的狀態，這種個性化對知識的傳承和流程的標準化帶來很大的障礙，CAE直到今天技術門檻仍然很高，這其中知識難以傳承和工作流程沒有標準化是很重要的因素。當一項技術沒有標準化的時候，就很難形成產業，對企業來說，成為生產線技術是最為理想的，這些都是目前CAE面臨的問題，是CAE發展的瓶頸。

　　因此，企業如何建立自己的虛擬仿真規范和知識庫，實現對虛擬仿真知識的捕捉和重用，如何將經驗豐富的分析專家的仿真知識和仿真流程傳承給新入門的分析工程師，是企業真正應用好CAE技術的關鍵。

　　(二)仿真數據管理

　　在虛擬仿真的過程中，生成了海量的、不同類型的仿真文檔和數據，對應不同的分析結果，那么這些數據應該如何進行管理?

　　企業在感受到CAE技術的應用對產品研發帶來的好處后，也逐步意識到CAE軟件產生的大量的數據需要完善的管理，而以種類多、數據量大等特點著稱的CAE數據是否能夠很好的被PDM所管理也為諸多的PLM、CAE廠商提出了新的挑戰。

　　雖然在幾年前就已經提出了仿真數據管理，但要真正的把仿真數據管理好還需要經歷一個過程。因為仿真數據管理的基礎是不能在現有的信息鏈上產生出另外一個“信息孤島”，所以說如何有效管理仿真文檔，如何建立分析文檔與產品模型的對應關系，是CAE技術深化應用必須解決的問題。

　　2.3CAD/CAE軟件的一體化

　　CAD與CAE技術的相互融合、相互滲透已成了企業用戶一種自發的有效需求。在新型CAD/CAE設計分析一體化技術產品的幫助下，工業化研發、設計實現了從經驗設計到計算機輔助設計的轉變。而CAD/CAE一體化技術的出現，也使得工業流程得到了縮減，研發、設計過程基本融合，可大大縮短產品周期，提高產品質量。

　　目前CAD市場中的主流軟件中都有著CAD/CAE設計分析一體化的解決方案，Catia的應力分析(GPS)模塊、機構設計運動分析模塊(KIN);SiemensNX的NXNastran;Pro/E的Pro/Mechanical;SolidWorks的Simulation模塊等。

　　而設計分析一體化是目前所有CAD公司追求的一個主要目標，其核心意圖就是為了實現在設計過程中，充分考慮產品的性能和優化，提升產品質量和改善產品性能。而CAD/CAE技術緊密的結合在一起則已經成為了CAE技術一個非常重要的發展方向。

　　2.4高性能計算

　　計算機技術的飛速發展帶動了CAE技術的發展步伐，而仿真技術如何跟上計算機硬件技術的發展。多核CPU、GPU、工作站等硬件技術發展迅速，為CAE技術提供了一個非常堅實的后盾。充分利用多核CPU、HPC、并行計算等新興技術提高虛擬仿真的分析效率、減少計算時間，將會是CAE技術一個非常重要的發展方向。

　　目前，各大CAE軟件廠商如ANSYS、MSC、DSSIMULIA、Altair等都已經逐步的把高性能計算技術結合到軟件中。相信在不久的將來，計算機硬件與軟件技術良好的結合后將會把虛擬仿真的運算速度提升到一個新的高度。

　　而為了跟上計算機硬件高速發展的步伐，新型的高精度和高效率并行算法正被研究，一些實用的新算法將不斷問世。而新的算法在對復雜的工程或產品仿真時，能夠充分發揮超級并行計算系統的軟、硬件資源，高效率和高精度地獲得計算結果。

　　但是，計算速度與計算精度之間存在的矛盾是難以融合的，想要提高計算速度就必然要以犧牲精度為代價，這不僅僅是軟件、硬件所能夠解決的問題，說回來還是需要CAE工程師能夠在仿真過程中有足夠的分析經驗與判斷能力，在計算速度與計算精度之間調節出一個最為適合企業應用的方案。

　　3.結語

　　CAE技術的發展趨勢可以概括為，采用最先進的信息技術，吸納最新的科學知識和方法，擴充CAE軟件的功能以提高其性能。

　　而三維圖形處理與虛擬現實、面向對象的工程數據庫及其管理系統、多相多態介質耦合、多物理場耦合以及多尺度耦合分析以及適應于超級并行計算機和機群的高性能CAE求解技術的發展創新，為CAE軟件的功能、性能和技術方面不斷增加著砝碼。

　　總之，CAE行業正處于一個快速發展、成長時期，而一項新的技術從提出到應用再到產生效益總有一個成長的過程。尤其是在起步階段，還特別需要各個方面的重視和支持，只有這樣，才能共同把這項工作做好。