01计算机辅助工程(CAE)的现状和未来-崔俊芝.ppt

1、2024/3/192024/3/19计算机辅助工程（）的现计算机辅助工程（）的现状和未来状和未来2024/3/192024/3/19摘摘 要要 计计算算机机辅辅助助工工程程（CAE）是是一一种种迅迅速速发发展展的的信信息息技技术术，是是实实现现重重大大工工程程和和工工业业产产品品的的计计算算分分析析、模模拟拟仿仿真真与与优优化化设设计计的的工工程程软软件件，是是支支持持工工程程科科学学家家进进行行创创新新研研究究和和工工程程师师进进行行创创新新设设计计的的、最最重重要要的的工工具具和和手手段段。本本报报告告将将扼扼要要叙叙述述CAECAE技技术术及及其其软软件件的的现现状状，并并展展望望最最近

2、近十十年的发展趋势。年的发展趋势。2024/3/192024/3/19计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAE)，从字面上，从字面上讲它包括工程和制造业信息化的所有方讲它包括工程和制造业信息化的所有方面，但是传统的面，但是传统的CAE主要指用计算机对主要指用计算机对工程和产品的功能工程和产品的功能、性能与安全可靠性性能与安全可靠性进行计算进行计算、优化设计、优化设计，对未来的工作状，对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真，及早发现态和运行行为进行模拟仿真，及早发现设计缺陨，改进和优化设计方案，证实设计缺陨，改进和优化设计方案，证实未来工程未来工程/产品的可用性与可靠性。产品的可用性与可靠性。20

3、24/3/192024/3/19工程和制造企业的生命力在于工工程和制造企业的生命力在于工程程/产品的创新，而对于工程师产品的创新，而对于工程师来说，实现创新的关键，除了设来说，实现创新的关键，除了设计思想和概念之外，就是采用最计思想和概念之外，就是采用最现代化的设计工具和技术手段，现代化的设计工具和技术手段，即先进可靠的即先进可靠的CAE软件软件.2024/3/192024/3/19CAE软件还是科学家进行科学和技术研软件还是科学家进行科学和技术研究的三大手段之一。它可以帮助科学家究的三大手段之一。它可以帮助科学家揭示用物质实验手段尚不能表现的科学揭示用物质实验手段尚不能表现的科学奥秘和科学规

4、律。奥秘和科学规律。它也是工程科学家的研究成果它也是工程科学家的研究成果-理论、理论、方法和科学数据方法和科学数据-的归属之一，做成软的归属之一，做成软件和数据库，成为推动工程和社会进步件和数据库，成为推动工程和社会进步的最新生产力。的最新生产力。2024/3/192024/3/19CAE软件是迅速发展中的计软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算机科学、工程管理学与现代计算机科学和技术相结合，而形成的一科学和技术相结合，而形成的一种综合性、知识密集型信息产品。种综合性、知识密集型信息产品。2024/3/192024/3/19 CA

5、E软件分类软件分类针对特定类型的工程针对特定类型的工程/产品所开发的用于产产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化计算的软件，称为品性能分析、预测和优化计算的软件，称为专用专用CAE软件。软件。可以对多种类型的工程可以对多种类型的工程/产品的性能和行为产品的性能和行为进行性能预测、计算分析，模拟仿真，评价进行性能预测、计算分析，模拟仿真，评价与优化的软件，称为通用与优化的软件，称为通用CAE软件。软件。通用通用CAE软件主要由有限元软件软件主要由有限元软件、优化设计、优化设计软件、计算流体软件、电磁场计算软件、最软件、计算流体软件、电磁场计算软件、最优控制软件和其它专业性的计算软件组成。优控制

6、软件和其它专业性的计算软件组成。2024/3/192024/3/19CAE与与CADCAMCAPPPDMERP一起，已经成为支持工程行业和制造企一起，已经成为支持工程行业和制造企业信息化的主导技术，它们已经在提高业信息化的主导技术，它们已经在提高工程工程/产品的设计质量，降低研究开发成产品的设计质量，降低研究开发成本，缩短开发周期方面发挥了重要作用，本，缩短开发周期方面发挥了重要作用，成为实现工程成为实现工程/产品创新的支撑技术。产品创新的支撑技术。2024/3/192024/3/19CAE是迅速发展中的信息技术：是迅速发展中的信息技术：实现多体耦合分析、多物理场耦合分析以实现多体耦合分析、多

7、物理场耦合分析以及多目标优化设计；及多目标优化设计；实现多尺度和多模型耦合分析，以及结构、实现多尺度和多模型耦合分析，以及结构、构件及其材料的一体化设计与模拟仿真；构件及其材料的一体化设计与模拟仿真；基于巨型并行机群系统、基于巨型并行机群系统、Internet、Grid Computing 的高性能的计算机辅助工程；的高性能的计算机辅助工程；CAE 与与CADCAM/CAPPPDM/ERP的集成化的集成化、网络化、智能化。网络化、智能化。2024/3/192024/3/19一现一现 状状 计计算算机机辅辅助助工工程程起起源源于于上上个个世世纪纪五五十十年年代中期。代中期。实实用用的的CAE软软

8、件件诞诞生生于于上上个个世世纪纪七七十十年年代初期。代初期。从从上上个个世世纪纪七七零零年年到到八八五五年年的的十十五五年年，是是CAE软软件件的的功功能能和和算算法法的的扩扩充充和和完完善善期期，到到八八十十年年代代中中期期，逐逐步步形形成成了了商商品品化的通用和专用化的通用和专用CAE软件。软件。2024/3/192024/3/19 到到上个世纪上个世纪八十年代后期国际上知名八十年代后期国际上知名的的CAE软件有软件有NASTRAN,ANSYS,ABAQUS,DYN3D,MARC,ASKA,DYNA,MODULEF、FASTRAN 等。等。国内的国内的CAE软件主要是软件主要是JIFEX,

9、SAP,FEM,FEPS,等。等。2024/3/192024/3/19早期的早期的CAE软件都是采用结构化软件都是采用结构化软件设计方法软件设计方法、用、用FORTRAN 语语言和数据文件管理技术，开发的言和数据文件管理技术，开发的结构化软件。结构化软件。2024/3/192024/3/19近十五年近十五年CAE的发展，不仅是的发展，不仅是扩充了软件的功能、性能，更重要扩充了软件的功能、性能，更重要的是扩充了用户界面，前、后处理的是扩充了用户界面，前、后处理能力；对数据管理和图形部份，进能力；对数据管理和图形部份，进行了重大的改造。新增的软件成分行了重大的改造。新增的软件成分大都采用了面向对象

10、的软件技术和大都采用了面向对象的软件技术和C+语言。语言。2024/3/192024/3/19近十五年近十五年CAE软件发展很快，目软件发展很快，目前市场上的前市场上的CAE软件，在功能、性软件，在功能、性能、可用性能、可用性可靠性方面，基本上可靠性方面，基本上满足了用户的当前需求，它们可以满足了用户的当前需求，它们可以运行在超级并行机，大、中、小、运行在超级并行机，大、中、小、微等各类计算机系统上。微等各类计算机系统上。2024/3/192024/3/19通用通用CAE的算法与软件模块的算法与软件模块2024/3/192024/3/19 前处理前处理 三维实体建模与参数化建模，三维实体建模与

11、参数化建模，构件的布尔运算，构件的布尔运算，有限元自动剖分与节点自动编号，有限元自动剖分与节点自动编号，节点参数自动生成，节点参数自动生成，荷载与材料数据输入与公式化导入，荷载与材料数据输入与公式化导入，节点荷载自动生成，节点荷载自动生成，有限元模型信息自动生成有限元模型信息自动生成,.。2024/3/192024/3/19有限元分析有限元分析 有限单元库，有限单元库，材料库及相关算法库，材料库及相关算法库，约束处理算法，约束处理算法，静力、动力、振动、线性与非线静力、动力、振动、线性与非线性解法库及相应的有限元系统组装性解法库及相应的有限元系统组装模块库，模块库，单元内物理场计算等单元内物理

12、场计算等,.。2024/3/192024/3/19有限元分析子系统有限元分析子系统 根据工程问题的物理、力学和数学特征，有根据工程问题的物理、力学和数学特征，有限元分析可以分解成若干子系统限元分析可以分解成若干子系统:线性静力分析子系统线性静力分析子系统,动力及高速碰撞分析子系统动力及高速碰撞分析子系统,振动模态分析子系统振动模态分析子系统,非线性分析子系统非线性分析子系统,多体耦合与接触分析子系统多体耦合与接触分析子系统,热分析与热热分析与热-力耦合分析子系统力耦合分析子系统,。2024/3/192024/3/19 CAE软软件件的的计计算算分分析析与与模模拟拟仿仿真真能能力力，主主要要决决

13、定定于于单单元元库库和和材材料料库库的的丰丰富富和和完完善善程程度度，单单元元库库包包含含的的单单元元类类型型越越多多，材材料料库库包包括括的的材材料料特特性性种种类类越越全全，对对工工程程/产品的分析与仿真能力就越强。产品的分析与仿真能力就越强。知知名名CAE软软件件的的单单元元库库一一般般都都有有百百余余种单元，种单元，并拥有一个比较完善的材料库。并拥有一个比较完善的材料库。2024/3/192024/3/19 CAE软件的计算效率和结果的精度，软件的计算效率和结果的精度，主要决定于解法库；如果解法库包含了主要决定于解法库；如果解法库包含了各种不同类型的高性能求解算法，它就各种不同类型的高

14、性能求解算法，它就会对不同类型、不同规模的问题，以较会对不同类型、不同规模的问题，以较快的速度和较高的精度给出计算结果。快的速度和较高的精度给出计算结果。先进高效的求解算法与常规的求解算法先进高效的求解算法与常规的求解算法相比，在计算效率上可能有几倍、几十相比，在计算效率上可能有几倍、几十倍，甚至几百倍的差异，特别是在并行倍，甚至几百倍的差异，特别是在并行计算机环境下运行时。计算机环境下运行时。2024/3/192024/3/19 后处理后处理 有限元分析结果的数据平滑，有限元分析结果的数据平滑，各种物理量的加工与显示，各种物理量的加工与显示，根据设计要求对工程根据设计要求对工程/产品按工程规

15、范产品按工程规范进行设计数据检验，进行设计数据检验，优化设计，优化设计，配筋设计与绘制设计图，配筋设计与绘制设计图，.2024/3/192024/3/19前前、后处理是伴随信息技术发展最快的后处理是伴随信息技术发展最快的CAE软件成份，它们是软件成份，它们是CAE软件满足用软件满足用户需求，使通用软件户需求，使通用软件专业化、属地化专业化、属地化，实现与实现与CAD、CAM、CAPP、PDM等软等软件无缝集成的关键成份件无缝集成的关键成份.2024/3/192024/3/19计算机辅助建筑工程施工计算机辅助建筑工程施工(CAC)计算机辅助橡塑制品成型计算机辅助橡塑制品成型(CAD-Mold)计

16、算机辅助模具设计与加工计算机辅助模具设计与加工计算机辅助工艺优化与机械加工计算机辅助工艺优化与机械加工。2024/3/192024/3/19 用户界面用户界面 用户界面包括交互式图形界面，用户界面包括交互式图形界面，数据导入与导出宏命令数据导入与导出宏命令,CAE相关的相关的GUI图符，图符，智能化用户界面支持系统智能化用户界面支持系统(专家系统）。专家系统）。2024/3/192024/3/19 有些有些CAE软件拥有专用的智能化用户软件拥有专用的智能化用户界面，能够帮助用户选择单元形态，分界面，能够帮助用户选择单元形态，分析流程，判断分析结果等，使用户使用析流程，判断分析结果等，使用户使用

17、CAE软件，就像使用软件，就像使用“傻瓜傻瓜”相机一样，相机一样，具有一按即得的功效。具有一按即得的功效。有限元软件自动生成系统：集开发环境与应用系统（科学与工程计算）于一体的CAE系统。2024/3/192024/3/19数据管理系统与数据库数据管理系统与数据库 不同的不同的CAE软件采用的数据管理技术软件采用的数据管理技术不同：十五年前主要是文件管理系统，不同：十五年前主要是文件管理系统，关系型数据库管理系统，目前主要是面关系型数据库管理系统，目前主要是面向对象的工程数据库管理系统等；向对象的工程数据库管理系统等；数据库：标准构件库，典型工程产数据库：标准构件库，典型工程产品的结构品的结构

18、图形库，常规材料特性数据库，图形库，常规材料特性数据库，相关的国家国际标准与规范库，以及相关的国家国际标准与规范库，以及有关的知识库等有关的知识库等。2024/3/192024/3/19 数据管理系统和数据库已经成为大型数据管理系统和数据库已经成为大型应用软件实现系统集成的核心，它们为应用软件实现系统集成的核心，它们为 CAE软件的功能扩充，实现与软件的功能扩充，实现与CAD、CAM软件的无缝连接奠定了基础。软件的无缝连接奠定了基础。数据管理系统和数据库的优劣，对大数据管理系统和数据库的优劣，对大型型CAE软件的运行效率影响极大。统计软件的运行效率影响极大。统计资料表明，在资料表明，在CAE软

19、件运行中，软件运行中，70左左右的时间是在进行数据交换。右的时间是在进行数据交换。2024/3/192024/3/19目前目前CAE软件功能软件功能静力和拟静力的线性与非线性分析静力和拟静力的线性与非线性分析线性与非线性动力分析线性与非线性动力分析稳态与瞬态热分析稳态与瞬态热分析电磁场和电流分析电磁场和电流分析流体计算流体计算声场与波的传播计算声场与波的传播计算结构优化结构优化多学科优化，多学科优化，。2024/3/192024/3/19静力和拟静力的线性与非线性分析静力和拟静力的线性与非线性分析各种单一和复杂组合结构的弹性、各种单一和复杂组合结构的弹性、弹塑性、塑性、蠕变、膨胀、几何大变弹塑

20、性、塑性、蠕变、膨胀、几何大变形、大应变、疲劳、断裂、损伤，以及形、大应变、疲劳、断裂、损伤，以及包括多体弹塑性接触在内的变形与应力、包括多体弹塑性接触在内的变形与应力、应变分析。应变分析。2024/3/192024/3/19线性与非线性动力分析线性与非线性动力分析各种动荷载、爆炸与冲击荷载作用下各种动荷载、爆炸与冲击荷载作用下的时程分析，的时程分析，振动模态分析，振动模态分析，交变荷载与谐波响应分析，交变荷载与谐波响应分析，随机地震荷载及随机振动分析，随机地震荷载及随机振动分析，屈曲与稳定性分析等。屈曲与稳定性分析等。2024/3/192024/3/19稳态、瞬态热传导与热稳态、瞬态热传导与

21、热-力耦合力耦合分析分析热传导分析，热传导分析，对流和幅射状态下的热分析，对流和幅射状态下的热分析，相变分析，相变分析，热热-结构耦合分析，结构耦合分析，。2024/3/192024/3/19电磁场和电流分析电磁场和电流分析 静态和交变态的电磁场分析，静态和交变态的电磁场分析，电流与压电行为分析，电流与压电行为分析，电磁电磁-结构耦合分析，结构耦合分析，.。2024/3/192024/3/19流体计算流体计算 常规的管内和外场的层流与端常规的管内和外场的层流与端流分析，流分析，热热/流耦合分析，流耦合分析，流流/固耦合分析，固耦合分析，.。2024/3/192024/3/19声场与波的传波计算

22、声场与波的传波计算 静态和动态声场及噪声计算，静态和动态声场及噪声计算，固体、流体和空气中波的传播固体、流体和空气中波的传播计算，计算，.。2024/3/192024/3/19 伴随着伴随着CAE的发展，的发展，CAE 与与 CAD/CAM/CAPP/PDM 一起已经形成了一起已经形成了一个包括研究、开发、营销、咨询、培一个包括研究、开发、营销、咨询、培训服务在内的信息产业，这是一个对工训服务在内的信息产业，这是一个对工程和产品制造业的技术创新有重大影响程和产品制造业的技术创新有重大影响的信息产业，它已经并会继续对国民经的信息产业，它已经并会继续对国民经济发展和国家安全做出重要贡献。济发展和国

23、家安全做出重要贡献。2024/3/192024/3/19二发二发 展展 趋趋 势势功能功能性能性能软件技术软件技术用户界面与智能化用户界面与智能化网络化与网络化与CAE网上链锁店网上链锁店2024/3/192024/3/192.1 功能功能可变形体与多体耦合分析，可变形体与多体耦合分析，多相多态介质耦合分析，多相多态介质耦合分析，多物理场耦合分析与多目标优化设计，多物理场耦合分析与多目标优化设计，多尺度耦合分析与材料多尺度耦合分析与材料-结构一体化计算、结构一体化计算、仿真与优化设计，仿真与优化设计，微机电系统分析。微机电系统分析。CAI 计算机辅助创新技术和工具计算机辅助创新技术和工具202

24、4/3/192024/3/19可变形体系与多体耦合分析可变形体系与多体耦合分析形体变化与荷载变化并发状态下可变形形体变化与荷载变化并发状态下可变形体系的动力与振动分析。例如，卫星天体系的动力与振动分析。例如，卫星天线、机器人、起落架。线、机器人、起落架。多体耦合状态下的静力、动力与振动分多体耦合状态下的静力、动力与振动分析：多体接触分析，多体耦合动力分析析：多体接触分析，多体耦合动力分析与多体耦合振动分析。例如，车辆与路与多体耦合振动分析。例如，车辆与路轨，车辆与桥梁等。轨，车辆与桥梁等。2024/3/192024/3/19多相多态介质耦合多相多态介质耦合复杂的工程复杂的工程/产品大产品大都是

25、处在多物理场与多相多态介质非线性耦合状态都是处在多物理场与多相多态介质非线性耦合状态下工作，其行为绝非是多个单一问题的迭加。下工作，其行为绝非是多个单一问题的迭加。多物理场（力场、渗流场、温度场、多物理场（力场、渗流场、温度场、电磁场等）非线性耦合分析，电磁场等）非线性耦合分析，多相与多态（流、固、气）介质耦合多相与多态（流、固、气）介质耦合分析。分析。2024/3/192024/3/19多物理场耦合分析与多目标优化多物理场耦合分析与多目标优化多物理场多物理场(热、力、电、磁，热、力、电、磁，）耦合作）耦合作用下物理和力学性能组合优化的多目标用下物理和力学性能组合优化的多目标优化分析与设计。优

26、化分析与设计。材料材料-结构性能一体化分析与优化设计计结构性能一体化分析与优化设计计算算2024/3/192024/3/19多尺度耦合分析多尺度耦合分析 从基本材料的组份及其局部就位性到制成从基本材料的组份及其局部就位性到制成复合材料，从复合材料做成构件，再由构件装复合材料，从复合材料做成构件，再由构件装配成工程配成工程/产品，存在着从微观、细观到宏观产品，存在着从微观、细观到宏观的多尺度现象；不同的尺度服从于不同的物理、的多尺度现象；不同的尺度服从于不同的物理、力学模型；通过对宏观模型的细分，不能导致力学模型；通过对宏观模型的细分，不能导致细观和微观模型；相反，通过微观和细观模型细观和微观模

27、型；相反，通过微观和细观模型的无限迭加，也难导致宏观模型。因此，在工的无限迭加，也难导致宏观模型。因此，在工程程/产品的精细分析中，一定会遇到多尺度模产品的精细分析中，一定会遇到多尺度模型的耦合问题。目前的型的耦合问题。目前的CAE软件，基本上局限软件，基本上局限于宏观物理、力学模型的工程于宏观物理、力学模型的工程/品分析。品分析。2024/3/192024/3/19 对于多物理场的强耦合问题、多相对于多物理场的强耦合问题、多相介质耦合问题，特别是多尺度耦合问题，介质耦合问题，特别是多尺度耦合问题，目前尚没有统一、可靠的理论和方法，目前尚没有统一、可靠的理论和方法，处于基础性前沿研究阶段，它们

28、已经成处于基础性前沿研究阶段，它们已经成为国内外科学家主攻的目标，由于其强为国内外科学家主攻的目标，由于其强烈的工业背景，基础研究的任何突破，烈的工业背景，基础研究的任何突破，都会被迅速纳入都会被迅速纳入CAE软件，以支持新兴软件，以支持新兴工程工程/工业产品的技术创新。工业产品的技术创新。2024/3/192024/3/19材料材料-结构一体化的性能预测和服役行为分析结构一体化的性能预测和服役行为分析是十分困难和复杂的，问题的主要特征是是十分困难和复杂的，问题的主要特征是：1.多尺度特征，材料的微观、介观和宏观性能及工作行为，不仅依赖于组成成分，同时也强烈地依赖于各个尺度（层次）的结构；2.

29、多模型耦合特征，不同层次（尺度）的物理力学行为服从于不同的数学物理模型，评价材料与结构的性能和行为，必须解决多尺度模型耦合的难题；3.多物理场（力、热、电、磁、光）耦合的时变特征，材料和结构在成型过程中产生的各种相变，形成的各个层次结构，是在复杂的物理和力场耦合作用下发生的；材料和结构在服役环境下的微观结构演变是在极短的时间内完成的，因此在考虑不同尺度微结构演变时，必须同时处理时间和空间的多尺度耦合；4.随机不确定性。2024/3/192024/3/19计算材料科学与材料信息学材料模拟Materials Studio：Materials Visualizer 分子、晶体及高分子材料结构模型设计

30、和前后处理模块Discover,Forcite 分子力学及分子动力学计算模块DMol,CASTEP 密度泛涵(DFT)及量子力学计算MesoDyn 高分子熔体体及高分子共混体系 COMPASS,Amorphous,Reflex and Reflex plus,Equilibria,VAMP,DPD,X-Cell,.材料模拟Cerius-2材料信息学软件：Ms Matinformatics2024/3/192024/3/19生命科学 化学信息学生物信息学，.。2024/3/192024/3/19从材料设计到工程从材料设计到工程/产品设计、产品设计、仿真、优化于一体的仿真、优化于一体的CAE系统系

31、统随着计算材料科学的发展，不远的随着计算材料科学的发展，不远的将来，计算机辅助于材料设计将会纳入将来，计算机辅助于材料设计将会纳入CAE软件，实现从材料性能的预测、仿软件，实现从材料性能的预测、仿真，到构件与整个产品的设计、性能预真，到构件与整个产品的设计、性能预测、系统仿真，形成集计算机辅助于材测、系统仿真，形成集计算机辅助于材料设计、制备，到工程或产品的设计、料设计、制备，到工程或产品的设计、仿真、优化于一体的新一代仿真、优化于一体的新一代CAE系统。系统。2024/3/192024/3/19微机电系统分析与纳米计算微机电系统分析与纳米计算随着多物理场、多相介质耦合理论与亚随着多物理场、多

32、相介质耦合理论与亚微米、纳米科学和技术的发展，以及微微米、纳米科学和技术的发展，以及微机电系统开发的强烈需求，专门用于微机电系统开发的强烈需求，专门用于微机电系统设计计算和系统仿真的机电系统设计计算和系统仿真的CAE 软软件正在开发，不久将会问世。件正在开发，不久将会问世。2024/3/192024/3/19CAI 计算机辅助创新技术和工具计算机辅助创新技术和工具TRIZ（发明专利解决理论）理论；（发明专利解决理论）理论；本体论（创新知识的关联性）；本体论（创新知识的关联性）；多个工程科学领域解决相似技术问题的有效方多个工程科学领域解决相似技术问题的有效方法；法；现代设计方法学；现代设计方法学

33、；自然语言处理技术；自然语言处理技术；计算机软件技术；计算机软件技术；Pro/Innovator2024/3/192024/3/19TRIZ理论G.S.Altschuller(1946)G.S.Altschuller(1946)在研究和处理世界各国在研究和处理世界各国发明专利的过程中，通过总结各种技术发明专利的过程中，通过总结各种技术发明的演化规律模式，解决各种技术矛发明的演化规律模式，解决各种技术矛盾和物质矛盾的创新原理和法则，建立盾和物质矛盾的创新原理和法则，建立起一套由解决技术问题实现创新开发的起一套由解决技术问题实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，各种方法、算法组成的综合理

34、论体系，并结合各种工程学科的原理和法则，创并结合各种工程学科的原理和法则，创建了建了发明问题解决理论发明问题解决理论-TRIZ-TRIZ2024/3/192024/3/19工程工程/产品创新应该是基于知识和技术的创产品创新应该是基于知识和技术的创新，特别是基于专业和系统知识的创新。新，特别是基于专业和系统知识的创新。基于发明专利的知识发掘创新理论为支撑基于发明专利的知识发掘创新理论为支撑的的CAICAI软件为工程师实现工程软件为工程师实现工程/产品创新产品创新提供了最前端的支持提供了最前端的支持。2024/3/192024/3/192.2 性能性能基于超级计算机和计算机群的并行计算基于超级计算

35、机和计算机群的并行计算CAE系统，系统，基于网格计算的基于网格计算的CAE系统，系统，基于互联网的集成化与支持协同工作的基于互联网的集成化与支持协同工作的CAE系统系统2024/3/192024/3/19适应于超级计算机和机群并行适应于超级计算机和机群并行计算计算CAE系统系统每秒百万亿次每秒百万亿次(135万亿次万亿次)的计算机系的计算机系统已经问世统已经问世,每秒千万亿次的计算机与机每秒千万亿次的计算机与机群系统即将诞生，适应这些大规模并行群系统即将诞生，适应这些大规模并行计算平台的新型高精度和高效率算法正计算平台的新型高精度和高效率算法正迅速发展。迅速发展。新一代的新一代的CAE系统将能

36、够解算上千万系统将能够解算上千万阶级方程组，能够实现对复杂工程产阶级方程组，能够实现对复杂工程产品的实时和真三维仿真。品的实时和真三维仿真。2024/3/192024/3/19基于网格计算的基于网格计算的CAE系统系统互联网已经将千万台各类计算机互联网已经将千万台各类计算机连接在一起，连接在一起，专家们正在开发将互专家们正在开发将互联网上所有计算机硬件、软件、数联网上所有计算机硬件、软件、数据库以其连接的实验设备统一和有据库以其连接的实验设备统一和有效使用的效使用的网格计算技术网格计算技术。随着这一。随着这一技术的成熟，一定会出现基于网格技术的成熟，一定会出现基于网格计算的计算的CAE系统系统

37、2024/3/192024/3/19基于互联网的集成化与支持协基于互联网的集成化与支持协同工作的同工作的CAE系统系统随着分布式对象集成技术和网格计算随着分布式对象集成技术和网格计算技术的发展，以及大型工程和复杂产品技术的发展，以及大型工程和复杂产品开发中实施并行工程和研究设计集团的开发中实施并行工程和研究设计集团的联合攻关，未来的用户将不再需要单一联合攻关，未来的用户将不再需要单一的的CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM 和和 ERP产品，它们需要基于互联网产品，它们需要基于互联网(JAVA)的、具有行业特色的、集成化与的、具有行业特色的、集成化与支持协同工作的的套装系统。支持协同工作的

38、的套装系统。2024/3/192024/3/19大型工程和复杂产品，例如发电厂大型工程和复杂产品，例如发电厂化工厂化工厂飞机飞机轮轮船、高速列车以及航天船、高速列车以及航天技术产品等，它们由数万到数百万个构件技术产品等，它们由数万到数百万个构件和数以千计的设备组成，其设计和数以千计的设备组成，其设计分析分析安装模拟安装模拟和运行仿真，都要涉及数个到数和运行仿真，都要涉及数个到数十领域的专业技术人员。因此，基于十领域的专业技术人员。因此，基于Internet和和Grid computing的异地的异地异构异构系统下的设计系统下的设计计算，实现对大型工程复计算，实现对大型工程复杂产品的全面分析和运

39、行仿真，将成为杂产品的全面分析和运行仿真，将成为CAE的一个十分重要发展方向。的一个十分重要发展方向。2024/3/192024/3/192.3 软件技术软件技术真三维图形处理与虚拟现实，真三维图形处理与虚拟现实，基于基于Internet和和Grid computing的面向对的面向对象的工程数据库管理系统及工程数据库。象的工程数据库管理系统及工程数据库。2024/3/192024/3/19真三维图形处理与虚拟现实真三维图形处理与虚拟现实计算机图形处理能力近年有了上百倍的计算机图形处理能力近年有了上百倍的提高，再加上三维图形算法、图形运算提高，再加上三维图形算法、图形运算和参数化建模的发展，快

40、速真三维的虚和参数化建模的发展，快速真三维的虚拟现实技术已经成熟。因此拟现实技术已经成熟。因此,CAECAE软件软件的三维实体建模，复杂的静态、动态物的三维实体建模，复杂的静态、动态物理场的虚拟现实技术将会有大发展。理场的虚拟现实技术将会有大发展。2024/3/192024/3/19基于基于Internet和和Grid computing的面向对象的工程数据库管理系统及的面向对象的工程数据库管理系统及工程数据库工程数据库 高性能价格比的大容量的存贮器高性能价格比的大容量的存贮器及高速存取技术在迅速发展，及高速存取技术在迅速发展，PC机的硬机的硬盘容量很快将由盘容量很快将由GB达到达到TB量级。

41、量级。用户将要求把更多的计算模型、设用户将要求把更多的计算模型、设计方案、标准规范和知识性信息纳入计方案、标准规范和知识性信息纳入CAE软件的数据库中。软件的数据库中。2024/3/192024/3/19 Internet和和Grid computing环境下的数据环境下的数据库管理系统，必须能够管理多用户并发库管理系统，必须能够管理多用户并发存取的存取的、与时间空间相关的与时间空间相关的、大量大量非结构化的非结构化的、各、各种类型的数据。种类型的数据。高性能的高性能的、基于网格环境的基于网格环境的、面向对象面向对象的工程数据库管理系统将会出现在新一的工程数据库管理系统将会出现在新一代的代的C

42、AE软件中。软件中。2024/3/192024/3/19 Internet和和Grid computing环境下的数据环境下的数据库管理系统应该具有关系型数据库，面库管理系统应该具有关系型数据库，面向对象数据库及其管理技术的优点，支向对象数据库及其管理技术的优点，支持抽象数据模型定义，分布式持抽象数据模型定义，分布式、异构、异构、虚拟计算环境与多用户并发虚拟计算环境与多用户并发I/O状态下的状态下的数据管理，数据管理，Internet和和Grid computing环环境下的高级存储与查询语言，访问权限境下的高级存储与查询语言，访问权限与数据所有权的保护，异构数据库的时与数据所有权的保护，异构

43、数据库的时/空一致性和有效性检验，系统异常状态空一致性和有效性检验，系统异常状态下的数据一致性恢复等。下的数据一致性恢复等。2024/3/192024/3/193.4 用户界面用户界面 多媒体用户界面多媒体用户界面 智能化用户界面智能化用户界面2024/3/192024/3/19多媒体用户界面多媒体用户界面计算机图形技术正在迅猛发展，狭计算机图形技术正在迅猛发展，狭义的语音输入输出已成现实，计算机义的语音输入输出已成现实，计算机视觉系统已能在一定范围内分析体态、视觉系统已能在一定范围内分析体态、眼神和手势，隐含信息请求的数据发掘眼神和手势，隐含信息请求的数据发掘技术也已冒泡，会听、看、说、写和

44、学技术也已冒泡，会听、看、说、写和学习的计算机即将闻世，这些多媒体技术习的计算机即将闻世，这些多媒体技术一定会使未来一定会使未来CAE软件的用户界面具有软件的用户界面具有更强的直观、直感和直觉性，给用户带更强的直观、直感和直觉性，给用户带来极大便利来极大便利2024/3/192024/3/19智能化用户界面智能化用户界面CAE软件是一个多学科交叉的、综合软件是一个多学科交叉的、综合性的知识密集型产品，稍大一点的性的知识密集型产品，稍大一点的CAE软软件都由数百到数千个算法模块组成，其数件都由数百到数千个算法模块组成，其数据库存放着众多的设计方案、标准构件，据库存放着众多的设计方案、标准构件，行

45、业性的标准、规范，以及判定设计和计行业性的标准、规范，以及判定设计和计算结果正确与否的知识性规则。算结果正确与否的知识性规则。怎么使用软件？怎么判定计算结果？怎么使用软件？怎么判定计算结果？支持用户有效地使用这些软件的专家系统，支持用户有效地使用这些软件的专家系统，将成为用户界面的重要组成部分。将成为用户界面的重要组成部分。2024/3/192024/3/193.5 集成化、集成化、专业化与属地化专业化与属地化目前多数还是目前多数还是单一、孤岛式的单一、孤岛式的CAD、CAE、CAM、PDM产品，产品，集成化程集成化程度不高。度不高。随着产品的自主创新和新产品开发随着产品的自主创新和新产品开发

46、实施并行工程，企业将需要与实施并行工程，企业将需要与CAD、CAE、CAM、PDM无缝连接的、具无缝连接的、具有专业特色的、有专业特色的、CAE系统。系统。2024/3/192024/3/19SolidWorks套装产品CAD:SolidWorks(2-D&3-D设计工具)SolidWorks Office Proffessional(3-D建模，协同设计，设计资源（标准件库、工具库），PDMWorks)SolidWork Office Premium(SolidWorks Routing-制管、配管和布线,COCMOSWorks Designer,COSMOSMotion）。CAE:COSM

47、OS 分析软件 COSMOSWorks,COSMOSMotion,COSMOSFloWorks.基于Internet的咨询服务.2024/3/192024/3/19 满足专业化属地用户的需求，即国满足专业化属地用户的需求，即国外外CADCAECAMPDM 软件软件中国化，以及中国出口软件的属地中国化，以及中国出口软件的属地化，应该成为化，应该成为CAE软件开发商的经软件开发商的经营之道。营之道。2024/3/192024/3/19实现初级集成化的若干途径实现初级集成化的若干途径直接的桥式软部件连接直接的桥式软部件连接共享数据库桥式软部件连接共享数据库桥式软部件连接建立基于建立基于Interne

48、tInternet的、可支持二的、可支持二次开发的智能化信息交换平台。次开发的智能化信息交换平台。2024/3/192024/3/19力元智能信息交换协作平台力元智能信息交换协作平台信息传输与交换平台，信息传输与交换平台，企业应用集成平台，企业应用集成平台，协同工作平台。协同工作平台。（端口池，数据传感器）（端口池，数据传感器）2024/3/192024/3/193.6 CAE网上链锁咨询业网上链锁咨询业随着互联网的普及，随着互联网的普及，网格计算的发网格计算的发展，展，宽带通信技术的突破，通信、广播宽带通信技术的突破，通信、广播和计算机三网合一正在实现，一个完全和计算机三网合一正在实现，一个

49、完全信息化的、充满着虚拟色彩，而又实实信息化的、充满着虚拟色彩，而又实实在在的新时代正在到来，它在改变着现在在的新时代正在到来，它在改变着现代人的工作、学习、交往和娱乐方式，代人的工作、学习、交往和娱乐方式，实现处处可以学习，处处可以工作。实现处处可以学习，处处可以工作。2024/3/192024/3/19立足于全社会的网络环境，建立专业立足于全社会的网络环境，建立专业化的化的CAE网上链锁咨询店，实施网上经销、网上链锁咨询店，实施网上经销、网上培训与咨询服务，以及计算量大的工网上培训与咨询服务，以及计算量大的工程设计网上协同进行，使用户能够进行多程设计网上协同进行，使用户能够进行多专业专业异

50、地异地协同协同并行地设计与分析，并行地设计与分析，实施工程与产品创新，这必将成为实施工程与产品创新，这必将成为CAE软软件应用的一个发展方向。件应用的一个发展方向。2024/3/192024/3/19这种网上链锁咨询店能否生存，关这种网上链锁咨询店能否生存，关键在于能否建立一个自适应于当前社会键在于能否建立一个自适应于当前社会环境的、实现知识产权保护和合理付费环境的、实现知识产权保护和合理付费的机制，这种机制应该保证软件与数据的机制，这种机制应该保证软件与数据产权的拥有者，能够依据合同条款从使产权的拥有者，能够依据合同条款从使用者那里获得合理的收益，并给用户提用者那里获得合理的收益，并给用户提