CAE的现状和未来-崔俊芝院士详解ppt课件

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1、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计算机辅助工程（）的现状和未来摘摘 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近十十年的发展趋势。年的发展趋势。摘 要

2、计算机辅助工程（CAE）是一种一概一概 述述计算机辅助工程（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。一概 述计算机辅助工程（CAE

3、)，从字面上讲它工程师进行创新设计的重要手工程师进行创新设计的重要手段和工具段和工具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，最主要的技计思想和概念之外，最主要的技术手段，就是采用先进可靠的术手段，就是采用先进可靠的CAE软件软件.工程师进行创新设计的重要手段和工具工程和制造企业的生命力在于科学家进行创新研究的重要手科学家进行创新研究的重要手段段科学计算是现代科学家进行科学和技术科学计算是现代科学家进行科学和技术研究的三大手段之一。它可以帮助科学研究的三

4、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家揭示用物质实验手段尚不能表现的科学奥秘和科学规律。学奥秘和科学规律。同时，它也是工程科学家的研究成果同时，它也是工程科学家的研究成果-理论、方法和科学数据理论、方法和科学数据-的归属之一，的归属之一，做成软件和数据库，成为推动工程和社做成软件和数据库，成为推动工程和社会进步的最新生产力。会进步的最新生产力。科学家进行创新研究的重要手段科学计算是现代科学家进行科学和技CAE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

5、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。CAE软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科 CAE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品所开发的用于产品性能分析、预测和优化计算的软件，产品性能分析、预测和优化计算的软件，称为专用称为专用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/产品的工程行为产品的工程行为进行计算分析，模拟仿真，性能预测、进行计算分析，模拟仿真，性能预测、评价与优化的软件，称为通用评价与优化的软件，称为通用CAE软件。软件。通用通用CAE软件主要由有限元软

6、件软件主要由有限元软件、优化、优化设计软件、计算流体软件、电磁场计算设计软件、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软件、最优控制软件和其它专业性的计算软件组成。算软件组成。CAE软件分类针对特定类型的工程/产品所开发的用于产品性能CAE技术已经成熟，技术已经成熟，CAE软件的可软件的可用性、可靠性和计算效率问题已经用性、可靠性和计算效率问题已经基本解决。基本解决。CAE与与CAD/CAMCAPPPDM/ERP软件一起，已经成为企业家和软件一起，已经成为企业家和工程师们实现工程工程师们实现工程/产品创新的得力产品创新的得力助手和有效工具。同时，也已成为助手和有效工具。同时，

7、也已成为专家、教授进行研究重要手段。专家、教授进行研究重要手段。CAE技术已经成熟，CAE软件的可用性、可靠性和计算效率问题 CAE与与CADCAMCAPPPDMERP一起，已经成为支持工程行业和一起，已经成为支持工程行业和制造企业信息化的重要技术，它们已经制造企业信息化的重要技术，它们已经在提高工程在提高工程/产品的设计质量，降低研究产品的设计质量，降低研究开发成本，缩短开发周期方面发挥了重开发成本，缩短开发周期方面发挥了重要作用，成为实现工程要作用，成为实现工程/产品创新的支撑产品创新的支撑技术。技术。CAE与CADCAMCAPPPDME发展趋势发展趋势 扩充扩充CAE功能，实现多结构耦合

8、分功能，实现多结构耦合分析，实现多物理场耦合分析，多尺析，实现多物理场耦合分析，多尺度耦合分析，以及结构、构件及其度耦合分析，以及结构、构件及其材料的一体化设计计算与模拟仿真。材料的一体化设计计算与模拟仿真。基于基于Internet/Intranet=Grid Computing 的的、CADCAECAM/CAPPPDM/ERP的集成化的集成化、网网络化、络化、智能化智能化。发展趋势 扩充CAE功能，实现多结构耦合分析，实现多物理场耦二现二现 状状 计计算算机机辅辅助助工工程程计计算算起起源源于于五五十十年年代代中期。中期。实用的实用的CAE软件诞生于七十年代初期。软件诞生于七十年代初期。从从

9、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化的的通通用和专用用和专用CAE软件。软件。二现 状 计算机辅助工程计算起源于五十年代中期 到八十年代后期国际上知名的到八十年代后期国际上知名的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,FEM,FEPS等。等。到八十年代后期国际上知名的CAE软件有NASTRAN,A它们都

10、是采用结构化软件设它们都是采用结构化软件设计方法计方法、用、用FORTRAN语言和数语言和数据文件管理技术，开发的结构化据文件管理技术，开发的结构化软件。软件。它们都是采用结构化软件设计方法、用FORTRAN语言和数近十五年近十五年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。近十五年CAE的发

11、展，不仅是扩充了软件的功能、性能，更重近十五年近十五年CAE软件发展很快，软件发展很快，目前市场上的目前市场上的CAE软件，在功能、软件，在功能、性能、可用性性能、可用性可靠性方面，基可靠性方面，基本上满足了用户的需求，它们可本上满足了用户的需求，它们可以运行在超级并行机，大、中、以运行在超级并行机，大、中、小、微等各类计算机系统上。小、微等各类计算机系统上。近十五年CAE软件发展很快，目前市场上的CAE软件，在功能通用通用CAE的算法与软件模块的算法与软件模块通用CAE的算法与软件模块 前处理前处理 三维实体建模与参数化建模，三维实体建模与参数化建模，构件的布尔运算，构件的布尔运算，有限元自

12、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 前处理 三维实体建模与参数化建模，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场计算等,.。有限元分析 有限单元库，有限元分析子系统有限

13、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个子问题子系统限元分析可以分解成若干个子问题子系统: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有限元分析子系统 根据工程问题的物理、力学和数学 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，主主要要决决定定于于单单元元库库和和材材料料库库的的丰丰富

14、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，其其对对工程工程/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。CAE软件的计算分析与模拟仿真能力，主要决定于单 CAE软件的计算效率和计算结果的软件的计算效率和计算结果的精度，主要决定于解法库；如果解法库精度，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，包含了各种不同类型的高性能求解算法，那它就会对不

15、同类型、不同规模的问题，那它就会对不同类型、不同规模的问题，以较快的速度和较高的精度给出计算结以较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果。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、算法相比，在计算效率上可能有几倍、几十倍，甚至几百倍的差异，特别是在几十倍，甚至几百倍的差异，特别是在并行计算机环境下运行。并行计算机环境下运行。CAE软件的计算效率和计算结果的精度，主要决 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/产品按工程规范产品按工程规

16、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，.后处理 有限元分析结果的数据平滑，前后处理是近十多年发展最快的前后处理是近十多年发展最快的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，使通用软件专业化、属地化，户需求，使通用软件专业化、属地化，并实现与并实现与CAD、CAM、CAPP、PDM等等软件无缝集成的关键成份；软件无缝集成的关键成份；通过通过增加面增加面向行业的数据处理和优化算法模块向行业的数据处理和优化算法模块实现实现了特定行业的有效应用了特定行业的有效应用.前后处理是近十多年发展最快的CAE软件成份，

17、ANSYS软件通过软件通过增设与增设与CAD 软件的软件的接口模块，实现了与接口模块，实现了与Pro/Engineer，CADDS，Unigraphic，Solidedge，CADIA，Solidworks，MDT以及以及SolidDesigner，MicroStation等软件的有等软件的有效集成。效集成。ANSYS软件通过增设与CAD 软件的接口模2024/5/222024/5/22 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）

18、。专家系统）。2023/8/4 用户界面 用户界面包括交互式图形界面 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。国产的国产的“傻瓜傻瓜”型机械型机械CAE软件已经软件已经闻世两年。闻世两年。有些CAE软件拥有专用的智能化用户界面，能够帮助用户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

19、管理技术不同：文件管理系统，关系型数据库管不同：文件管理系统，关系型数据库管理系统，面向对象的工程数据库管理系理系统，面向对象的工程数据库管理系统等；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。数据管理系统与数据库 不同的CAE软件采用的数据管理 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

20、件的功能扩充，实现与CAD、CAM软件的连接运行奠定了基础。软件的连接运行奠定了基础。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，资料表明，CAE软件在运行中，软件在运行中，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。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目前国际上先进目前国际上先进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

21、算流体计算声场与波的传波计算，声场与波的传波计算，。目前国际上先进CAE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，以及多体弹塑性接触在内的变形与应力应变多体弹塑性接触在内的变形与应力应变分析。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

22、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。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的时程稳态、瞬态热传导与热稳态、瞬态热传导与热-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，。稳态、瞬态热传导与热-力耦合分析热传导分析，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

23、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，.。电磁场和电流分析 静态和交变态的电磁场分析，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，.。流体计算 常规的管内和外场的层流与端流分析，声场与波的传波计算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，.。声场与波的传波计算 静态和动态声场及噪声计算，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

24、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、培训服务在内的软件产业，这是一个对工训服务在内的软件产业，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软件产业，它已经并会继续对国民经的软件产业，它已经并会继续对国民经济的发展做出重要贡献。济的发展做出重要贡献。伴随着CAE的发展，CAE 与 CAD/CA三发三发 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三发 展 趋 势功能3.1 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

25、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，多物理场耦合分析，多尺度耦合分析，多尺度耦合分析，从材料设计到工程从材料设计到工程/产品设计、集仿真与产品设计、集仿真与优化于一体的优化于一体的CAE系统，系统，微机电系统分析。微机电系统分析。3.1 功能可变形体与多体耦合分析，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并发状态下可变形体系形体变化与荷载并发状态下可变形体系的动力与振动分析。例如，卫星天线、的动力与振动分析。例如，卫星天线、机器人、起落架。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

26、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。可变形体系与多体耦合分析形体变化与荷载并发状态下可变形体系的多相多态介质耦合与多物理场耦多相多态介质耦合与多物理场耦合分析合分析复杂的工程复杂的工程/产品大都是处在多物理场与多产品大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。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（

27、流、固、气）介质耦合多相与多态（流、固、气）介质耦合分析。分析。多相多态介质耦合与多物理场耦合分析复杂的工程/产品大都多尺度耦合分析多尺度耦合分析 从基本材料的组份与构造到复合材料，从从基本材料的组份与构造到复合材料，从复合材料做成构件，再由构件装配成工程复合材料做成构件，再由构件装配成工程/产产品，存在着从微观、细观到宏观的多尺度现象；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、力学模型；通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，不能导致细观和微观模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的无限迭加，型；相反，通过微观

28、和细观模型的无限迭加，也难导致宏观模型。因此，在工程也难导致宏观模型。因此，在工程/产品的精产品的精细分析中，客观地会遇到多尺度模型的耦合问细分析中，客观地会遇到多尺度模型的耦合问题。目前的题。目前的CAE软件，都是仅限于宏观物理、软件，都是仅限于宏观物理、力学模型的工程力学模型的工程/品分析。品分析。多尺度耦合分析 从基本材料的组份与构造到复合材对于多物理场的强耦合问题、多相多态介质耦对于多物理场的强耦合问题、多相多态介质耦对于多物理场的强耦合问题、多相多态介质耦对于多物理场的强耦合问题、多相多态介质耦合问题，特别是多尺度耦合问题，目前尚没有合问题，特别是多尺度耦合问题，目前尚没有合问题，特

29、别是多尺度耦合问题，目前尚没有合问题，特别是多尺度耦合问题，目前尚没有成熟可靠的理论，尚处于基础性前沿研究，它成熟可靠的理论，尚处于基础性前沿研究，它成熟可靠的理论，尚处于基础性前沿研究，它成熟可靠的理论，尚处于基础性前沿研究，它们已经成为国内外科学家主攻的目标，由于其们已经成为国内外科学家主攻的目标，由于其们已经成为国内外科学家主攻的目标，由于其们已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，都会强烈的工业背景，基础研究的任何突破，都会强烈的工业背景，基础研究的任何突破，都会强烈的工业背景，基础研究的任何突破，都会被迅速纳入被迅速纳入被迅速纳入被迅速纳入CAECA

30、E软件，以支持新兴工程软件，以支持新兴工程软件，以支持新兴工程软件，以支持新兴工程/工业工业工业工业产品的技术创新。产品的技术创新。产品的技术创新。产品的技术创新。对于多物理场的强耦合问题、多相多态介质耦合问题，特别是多尺度从材料设计到工程从材料设计到工程/产品设计、集产品设计、集仿真、优化于一体的仿真、优化于一体的CAE系统系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

31、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。从材料设计到工程/产品设计、集仿真、优化于一体的CAE系统微机电系统分析微机电系统分析随着多物理场、多相、多态介质耦合理随着多物理场、多相、多态介质耦合理论与亚微米、纳米科学的发展，以及微论与亚微米、纳米科学的发展，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

32、问世。微机电系统分析随着多物理场、多相、多态介质耦合理论与亚微米、3.2 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3.2 性能基于超级计算机和计算机群的并行计算CAE系统，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系统系统每秒千万亿次的计算机与机群系统即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计算平台将诞生，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迅速发展。的新

33、型高精度和高效率算法正迅速发展。新一代的新一代的CAE系统将能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。适应于超级计算机和机群并行计算CAE系统每秒千万亿次的计算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，人们正在开发将互联人们正在开发将互联网上所有计算机硬件、软件、数据网上所有计算机硬件、软件、数据库以及连接的实验设备统一和有效库以及连接的实验设备统一和有效使用的使用的网格计算技术网格计算技术。随着这一技。随着这一技术

34、的成熟，一定会出现基于网格计术的成熟，一定会出现基于网格计算的算的CAE系统系统基于网格计算的CAE系统互联网已经将千万台各类计算机连接在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，大型工程和复杂产品开发技术的发展，大型工程和复杂产品开发中实施并行工程，以及研究集团的联合中实施并行工程，以及研究集团的联合攻关，未来的用户将不再需要单一的攻关，未来的用户将不再需要单一的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

35、、具有行业特色的、集成化与支持协的、具有行业特色的、集成化与支持协同工作的的套装系统。同工作的的套装系统。基于互联网的集成化与支持协同工作的CAE系统随着分布式对象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及机车车辆等，船及机车车辆等，它们由数万到数百万个构件和数以千计它们由数万到数百万个构件和数以千计的设备组成，其设计的设备组成，其设计分析分析安装模拟安装模拟和运行过程仿真，都要涉及数个到数十和运行过程仿真，都要涉及数个到数十专业领域的专业技术人员。因此，基于专业领域的专业技术人员。因此，基于Internet和和Grid computing的异地的

36、异地异构异构系统下的系统下的计算分析，实现对大型工程计算分析，实现对大型工程复杂产品的全面分析和运行仿真，将成复杂产品的全面分析和运行仿真，将成为为CAE的另一个重要发展方向。的另一个重要发展方向。大型工程和复杂产品，例如发电厂化工厂飞机轮船及机车3.3 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。3.3 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真三维图形处理与虚拟现实 随着随着DSP芯片的发展，计算机图形处芯

37、片的发展，计算机图形处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，再加上三维图形算法、图形运算和参数化建模三维图形算法、图形运算和参数化建模的发展，快速真三维的虚拟现实技术已的发展，快速真三维的虚拟现实技术已经成熟。因此经成熟。因此,CAE软件的三维实体建软件的三维实体建模，复杂的静态、动态物理场的虚拟现模，复杂的静态、动态物理场的虚拟现实技术将会有大发展。实技术将会有大发展。真三维图形处理与虚拟现实 随着DSP芯片的发展，计算基于基于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

38、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其高速存取技术在迅速发展，及其高速存取技术在迅速发展，PC机的机的硬盘容量很快将由硬盘容量很快将由GB达到达到TB量级。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。基于Internet和Grid computing的面向对象 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

39、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CAE软件中。软件中。Internet和Grid computing环境下的数据 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/

40、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。Internet和Grid computing环境下的数据3.4 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3.4 用户界面 多媒体用户界面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，

41、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多媒体用户界面计算机图形技术正在迅猛发展，狭义的语音输入智能化用户界面智能化用户界面CAE软件是一个多学科交

42、叉的、综软件是一个多学科交叉的、综合性的知识密集型产品，它由数百到数合性的知识密集型产品，它由数百到数千个算法模块组成，其数据库存放着众千个算法模块组成，其数据库存放着众多的设计方案、标准构件，行业性的标多的设计方案、标准构件，行业性的标准、规范，以及判定设计和计算结果正准、规范，以及判定设计和计算结果正确与否的知识性规则。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？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。系统，将成为用户界面的重要组成部分。智能化用户界面CAE软件是一个多学科交叉的、综合性的知

43、识3.5 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。随着实施并行工程，加入随着实施并行工程，加入WTO和互和互联网的发展，科研人员和中、小企联网的发展，科研人员和中、小企业用户将不再需要单一的业用户将不再需要单一的CAD、CAE、CAM、PDM产品。他们需要产品。他们需要具有专业特色的、集成化的套装支具有专业特色的、集成化的套装支持系统。持系统。3.5 集成化、专业化与属地化目前多数还是单一、孤岛式的C 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

44、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。满足专业化属地用户的需求，即国外CADCAECAM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InternetInternet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。实现初级集成化的若干途径直接的桥式软部件连接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

45、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）力元智能信息交换协作平台信息传输与交换平台，3.6 CAE网上链锁店网上链锁店随着互联网的普及，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的步伐定会加快，一和计算机三网合一的步伐定会加快，一个完全信息化的、充满着虚拟色彩，而个完全信息化的、充满着虚拟色彩，而又实实在在的新时代即将到来，它将改又实实在在的新时代即将到来，它将改变现代人的工作、学习、交往和娱乐方变现代人的工作、学习、交往和娱乐方

46、式，实现处处可以学习，处处可以工作。式，实现处处可以学习，处处可以工作。3.6 CAE网上链锁店随着互联网的普及，网格计算的立足于全社会的网络环境，建立专业化立足于全社会的网络环境，建立专业化的的CAE网上链锁店，实施网上经销、网网上链锁店，实施网上经销、网上培训与咨询服务，以及计算量大的工上培训与咨询服务，以及计算量大的工程计算网上运行，使用户能够进行多专程计算网上运行，使用户能够进行多专业业异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，必将成为实施工程与产品创新，必将成为CAE软软件业的一个发展方向件业的一个发展方向立足于全社会的网络环境，建立专业化的CAE网上链

47、锁店，实施网这种网上链锁店能否生存，关键在这种网上链锁店能否生存，关键在于能否建立一个自适应于当前社会环境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的机的、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产权制，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用者的拥有者，能够依据合同条款从使用者那里获得合理的收益，并给用户提供一那里获得合理的收益，并给用户提供一个方便地调用软件和访问数据，以及方个方便地调用软件和访问数据，以及方便合理的付费途径。便合理的付费途径。这种网上链锁店能否生存，关键在于能否建立一个自适应于当前这不是一个技术性难题，而是一

48、个这不是一个技术性难题，而是一个涉及到观念和法律的问题；涉及到观念和法律的问题；社会需求和潜在的巨额利润，会刺社会需求和潜在的巨额利润，会刺激有志之士，摸着石头过河，一步步地激有志之士，摸着石头过河，一步步地解决这个难题，使解决这个难题，使CAE网上链锁店走上网上链锁店走上兴旺发达之路。兴旺发达之路。ANSYS公司已经和公司已经和HP、EAI合作创合作创建了一种针对建了一种针对ANSYS的网上经销服务体的网上经销服务体系。系。这不是一个技术性难题，而是一个涉及到观念和法律的问题；工程和产品创新为工程和产品创新为 CAE 发展发展提供了强大的动力，信息技术的飞提供了强大的动力，信息技术的飞速发展为速发展为CAE技术的提升提供了技技术的提升提供了技术基础。术基础。CAE技术将会随着工程科技术将会随着工程科学的迅速发展而有一个更为辉煌灿学的迅速发展而有一个更为辉煌灿烂的明天。烂的明天。工程和产品创新为 CAE 发展提供了强大的动力，信息