CAE软件的作用、发展趋势以及如何发展我国的CAE软件产业.doc

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1、CAE软件的作用、发展趋势以及如何发展我国的CAE软件产业工程和制造企业的生命力在于工程和产品的创新，对于企业家和工程师来说，实现创新的关键，除了创新的思想和理念之外，就是采用最现代化的设计工具和技术手段，即先进可靠的CAE软件。CAE技术不仅可以在大型复杂的工程和产品的研发中发挥技术支撑作用，例如三峡工程、青藏铁路、飞机、舰船等，而且可以在日用家电等普通工业产品和零部件的自主研发屮担当重要的角色。基本概念CAE应该包括计算机辅助于工程和产品研发的所有方面，但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品的功能、性能与安全可靠性进行计算分析;进而扩充到对未来产品的T作

2、状态和运行行为进行模拟仿真，及早发现设计缺陷，改进和优化设计方案，证实未来工程和产品的对川性与对靠性;并对工程的施工过程和产品的加工、成型过程进行模拟仿真，优化工艺流程，提高工程或产品的质量和生产效率。CAE是一种迅速发展屮的信息技术，是实现对工程和产品进行计算分析、模拟仿真，对设计方案和制造工艺进行优化的工程软件;是支持工程师进行创新设计的最重要的丁•具和手段，也是工程科学家进行科学和技术研究的三人手段之一。它可以帮助科学家揭示丿IJ物质实验手段尚不能揭示或很难揭示的科学奥秘和科学规律;同时，它也是应用科学家的研究成果（包括：理论、方法和科学数据）的归属之一，

3、做成软件和数据库，加入到CAE软件屮，构成推动工程和产品创新的最新生产力。CAE的发展趋势计算机及其信息技术的飞速发展为CAE捉供了强有力的技术支撑，计算数学、计算力学、计算工程科学和工程管理学的发展为CAE捉供了新的科学知识，人型复杂工程建设和创新产品的研发则为CAE捉供了强人的动力。未来十年间，伴随着航空航大、生物医学、信息技术等高科技及其产品的发展，CAE软件无论在功能上、还是性能上，都将会迅速增强与扩展。在功能方面，伴随着高科技工程和产品研发对可变形体与多体耦合体系分析、多相多态介质的多物理场耦合分析以及微机电系统计算分析的需求，CAE软件的如下功能会有

4、明显的增强：可变形体与多体耦合体系的动力、振动分析；多相多态（流、I古I、气）介质耦合体系，在多物理场（力场、温度场、电磁场等）耦合作用F的非线性分析；微机电系统分析；以及材料及结构性能一体化的设计计算与多目标优化等。随看材料科学与材料制备技术的发展，新材料设计与制备正在被纳入创新工程和产品的研发之屮。因此,需要从材料设计到工程/产品设计计算、优化于一体的CAE软件，辅助于材料设计、制备，构件与产品的设计与制造，整体模拟仿真，材料及结构性能的一•体化优化，以及多物理场（热、力、电、磁等）耦合作用下的物理和力学性能计算与组合优化。值得指出，从基本组分材料及其就位性

5、制成复合材料，从复合材料做成构件，再由构件装配成产品，存在看从微观、细观到宏观的多尺度现象。不同尺度的现象服从于不同的物理、力学模型，通过对宏观模型的细分，不能导致细观和微观模型;相反地，通过微观和细观模型的无限迭加，也难导致宏观模型。因此，在复杂的高科技工程和产品的精细分析屮，一定会遇到时-空的多尺度耦合、多模型耦合、多物理场耦合和确定性-随机性耦合的复杂计算问题。目前，CAE软件基本上是局限于宏观物理、力学模型的工程和产品的分析。对于多物理场的强耦合问题、多相介质耦合问题，特别是材料与结构一体化的时-空多尺度耦合问题，虽然已经有了一•些算法和软件，但是,总体

6、来说，目前尚没有统一、可靠的理论和方法，尚处于基础性、前沿性研究阶段，它们己经成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,都会被迅速纳入CAE软件,以支持新兴工程与工业产品的技术创新。笔者深知，这方而存在肴诸多的十分困难、充满挑战的基础研究、应用研究和技术研究课题。此外，在屮小规模技术集成度的新产品研发屮，除了利用CAE软件作为设计分析工具外，应川〃创新理论及其信息技术〃，实现计算机辅助于新产品的概念设计与雏形方案设计是非常必要的。在〃创新理论〃方面，〃发明问题解决理论〃（简称"TRIZ理论〃）是一个比较成熟的理论。它是在研究大量（数百

7、万个）专利技术的基础上，通过归纳总结人类发明创造、解决技术难题活动屮所遵循的客观原理和法则，而形成的能够培养创新意识和创新能力、指导工程与产品创新实践的理论和方法体系。TRIZ理论以其良好的可操作性、系统性和实用性已经在全球创新理论研究屮占有独特的地位。以TRIZ理论为基础，结合现代设计方法学、计算机技术和多种工程学科的原理，开发的〃计算机辅助于工秽和产品创新（CAI）的软件〃，可以快速地为我们提供高质景的新产品创意和创新性的解决方案，支持企业在产业链的上游获得具有自主知识产权的创意，CAI是概念设计和方案设计阶段的重要支撑技术，它正在工程技术界、制造业界推广应

8、用。图CAE的主要应用领