CAE的现状和未来-崔俊芝院士讲解
cae发展现状
cae发展现状现代自动化技术的广泛应用使得计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering，CAE）在工业领域得到了快速发展。
CAE 是利用计算机技术和软件工具来进行工程分析和仿真的过程，可用于设计、开发和优化产品、工作流程和生产线等。
CAE的发展现状是多样化的，涉及到各个不同领域的应用。
在汽车工业中，CAE在车身结构的强度和刚度分析、碰撞仿真以及车辆性能优化方面发挥着重要作用。
通过CAE技术，汽车制造商可以在实际生产之前进行虚拟实验和测试，从而提高产品质量和安全性。
在航空航天领域，CAE被广泛用于飞机结构设计、飞行仿真和机载系统优化。
通过使用CAE软件，航空工程师能够在设计阶段就对飞机进行各种扰动和应力分析，以评估结构的安全性和性能。
此外，CAE还在能源领域、建筑工程和制造业等方面具有重要的应用。
在能源领域，CAE被用于设计和分析发电厂、风力涡轮机、太阳能电池板等能源设备。
在建筑工程中，CAE 可以帮助工程师进行结构分析、热力仿真和风电荷载分析等。
而在制造业中，CAE被用于机械零件的设计和制造过程中的仿真和优化。
随着计算能力的不断提升和软件工具的不断更新，CAE在工程领域的应用也在不断扩大。
据预测，未来CAE领域将更加强调与其他工程软件和系统的集成，以实现更高效的设计和仿真过程。
此外，随着人工智能和机器学习技术的普及，CAE 还将更好地支持自动化和智能化的工程设计和分析。
总之，CAE在工程领域的发展前景广阔，其应用范围涵盖了许多不同的行业和领域。
由于CAE能够提供准确、高效和经济的工程分析和仿真解决方案，预计它将继续在未来的工程实践中发挥重要作用。
建筑大师--崔恺
建筑⼤师--崔恺崔恺，教授级⾼级建筑师，中国勘察设计⼤师，现任中国建筑学会副理事长、中国建筑设计研究院副院长。
他的建筑观：建筑之于我是⼀种审美。
图形之美、空间之美、造型之美、技术之美、材料之美,沉醉其中．建筑之于我是⼀种⽂化。
史学之远、哲学之深、⽂学之妙、及⾄⽣活万象，涵括其中。
建筑之于我是⼀种交流。
管理者、投资者、建造者、使⽤者汇集⼀处，共识共勉，成就其中。
建筑之于我是⼀种使命。
职业道义、社会责任、企业形象、⼈之品格，尽显其中。
建筑之于我是⼀种旅程。
长路漫漫、始于⾜下、脚踏实地、潜⼼求索，乐在其中。
崔恺访谈—外研社设计（节选）（Bruin：东南⼤学建筑系硕⼠研究⽣）Bruin：我以为你们这⼀辈的建筑师，上学的时候接触到的早期的建筑理论的影响，我特地找来了79-86的《建筑师》⽬录，我看那时候⼤家⽐较关注设计⼯业化——所以我碰到你们这⼀辈的建筑师，⼀提到⼯业建筑改造，都有点情结似的，是吗？崔恺：对⼯业建筑改造的兴趣还是来⾃于对国际上这⽅⾯实践的⼀些认识和了解。
这种改造像是新的⼀种⽂化复兴，在纽约的SOHO和Chelsea，德国的鲁尔⼯业区，我们都去看过。
去年，在北京，伯明翰城市管理部门也给我们介绍了关于传统⼯业区⼀些想法。
我觉得从总体来看，从世界范围来看是⼀个从⼯业⾰命向信息化⾰命转型带来的物质遗产转移的过程，在欧美国家更多出现的是传统⼯业向亚洲第三世界国家转移的过程，遗留下来很多旧⼚房。
肯定会来炸，因为它达不到⼀个要求。
为什么这么说呢，好⽐电器产品，⼿机也好电脑也好，我们购买肯定是因为它们的性能--有⼏百块钱的⼿机，有⼏千块钱的，为什么要买这⼏千块钱的⼿机不买⼏百块钱的，肯定是考虑它有⼀些功能：蓝⽛、上⽹、双频、彩显、照相；买汽车，为什么买⼏万块钱的奥拓或者买⼏⼗万的奥迪，甚⾄上百万奔驰宝马，因为价格差别反映了不同的技术含量。
从发动机到排⽓量各种配制全都不⼀样。
可是⼿机⼏百上千，汽车⼏⼗万，那么房⼦多少钱--上百万，这么昂贵的消费品⾥⾯的技术含量居然是零！那肯定将来要改，要升级，可升级的时候发现没有地，要么把⽼房⼦炸掉，要么来改。
国内有限元法的发展之路
国内有限元法的发展之路我国的力学工作者为有限元方法的初期发展做出了许多贡献，其中比较著名的有：陈伯屏（结构矩阵方法），钱令希（余能原理），钱伟长（广义变分原理），胡海昌（广义变分原理），冯康（有限单元法理论）。
遗憾的是由于当时环境所致，我国有限元方法的研究工作受到阻碍，有限元理论的发展也逐渐与国外拉开了距离。
20世纪60年代初期，我国的老一辈计算科学家较早地将计算机应用于土木、建筑和机械工程领域。
当时黄玉珊教授就提出了“小展弦比机翼薄壁结构的直接设计法”和“力法－应力设计法”；而在70年代初期，钱令希教授提出了“结构力学中的最优化设计理论与方法的近代发展”。
这些理论和方法都为国内的有限元技术指明了方向。
1964年初崔俊芝院士研制出国内第一个平面问题通用有限元程序，解决了刘家峡大坝的复杂应力分析问题。
20世纪60年代到70年代，国内的有限元方法及有限元软件诞生之后，曾计算过数十个大型工程，应用于水利、电力、机械、航空、建筑等多个领域。
20世纪70年代中期，大连理工大学研制出了JEFIX有限元软件，航空工业部研制了HAJIF系列程序。
80年代中期，北京大学的袁明武教授通过对国外SAP软件的移植和重大改造，研制出了SAP-84；北京农业大学的李明瑞教授研发了FEM软件；建筑科学研究院在国家“六五”攻关项目支持下，研制完成了“BDP-建筑工程设计软件包”；中国科学院开发了FEPS、SEFEM；航空工业总公司飞机结构多约束优化设计系统YIDOYU等一批自主程序。
上世纪90年代以来，大批国外CAE软件涌入国内市场，遍及国内的各个领域，国外的专家则深入到大学、院所、企业与工厂，展示他们的CAE技术、系统功能及使用技巧，因此使得国内自主研发CAE软件受到强烈打压。
同时，有关管理部门在对直接为先进装备制造业服务的CAE软件核心技术的认识上产生了偏差：CAE既不属于基础科学，又不属于科技攻关，故而失去了必要的支持，使其发展举步维艰，以至于在上世纪的最后十几年国内CAE自主创新的步伐已经非常缓慢，也逐渐的拉开了与国外CAE软件的距离。
基于IWOA算法求解并联冷机负荷分配问题
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计算机测量与控制!
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光辉历程中国计算机发展50年专栏·制造业计算机应用之二 CAE助推工程和产品创新——中国工程院院士崔俊
件、 优化 设计软 件、计算流 体软件 、
电磁场计算软 件 、最 优控制 软件和
崔俊 芝院 士在学术 大会上 做主题 演讲 ， 崔俊 芝院士 在 ２ 世纪 ６ 年代 和 ７ 年代发 题 ０ Ｏ Ｏ 目 是 “ 向 ２ 世纪 的 Ｃ Ｅ 术” 面 １ Ａ技
表的 论文 崔俊 芝院 士见 证 了我国 ＣＡＥ技术
速更新 发展 中 。
崔俊 芝院士 侃侃而 谈 Ｃ Ｅ 术舶发展 Ａ技
， ＡＥ 字面 上讲 ， 包括 计算 其它专 业性 的计算软 件组成 。 从 它 、 √ 机辅 助 工程和 制造 业的 所有 方面 。 但是 ， 传统的 Ｃ 主要指是 ， ＡＥ 用
们刊 物的老读 者 了，看到你们 能够 生情 ，想起 了为开 创我国 Ｃ ＡＥ科学
崔俊芝 院士 从西北 工业 大学数
技术 发展的 历史资料 和珍贵 的 “ 老 学 力学 系毕业 没多久 ，来到 中国科
． 行模拟仿 真 ，及早 发现设 计缺 为进
约 谈时 ， 显得很兴奋 ， 他 整整花 照片 ” 而 不辞辛 苦地 “ ， 翻箱 倒框” 学 院计算 技术 研 究所 第三 研究 室 ， ， 从事 计算数学 与科学 工程计 算的研
究和 应用工作 。
陷， 改进和优 化设计方 案 ， 实未来 了半 天的时 间 ，把 自己的所 见所 闻 更让 记者大 受感动 。 证
工程 ／产品的 可用性与 可靠性 。 所知 所感 ，向记者一一 道来 。
现代Ｃ Ｅ Ａ 软件 有两类 ：
约 谈 中，崔俊 芝院 士表现 得非
触景生情 ，
文／本刊记者 仝培杰
疆影 ／本刊记者 徐健淞
计 算机辅 助工 程 （ ＡＥ 是 一种迅 速发展 的信 息技 术 是实 Ｃ ） 现 重大 工程 和工业 产 品的计 算分析 、模拟仿 真 与优化 设计 的工
面向集成化CAE软件开发的SiPESC研发工作进展
基 于 面向组件 和插 件 的软件 设计技 术 等 实现 ， 集成 化 功 能模 块 包括 面向核 心任 务 管理 的 集成 开 其 发 环境 、 向 系统 集成 的活动 流程 图定制 工具 、 向大规模 计 算的 工程数 据库 管理 系统 以及通 用数 面 面
值算法库设计框 架等． 介绍基 于 Ｓ Ｅ Ｃ的 Ｃ Ｅ软件 系统研发 ， ｉ Ｓ Ｐ Ａ 包括开放式结构有限元分析 系统及 集成 化 结构分析 与优 化设 计 系统 ， 并给 出针 对 高速 列 车 、 力发 电机 、 箭、 梁与 坝体等 的典 型工 风 火 桥
面 向集 成 化 Ｃ Ｅ软 件 开发 的 Ａ ＳＰ Ｓ ｉＥ Ｃ研 发 工 作 进 展
张洪武 ， 陈飙松 ， 李云鹏 ， 张 盛 ， 彭海军
（ 大连理 工大学 工业装备 结构分析国家重点 实验室 运载工程与力学 学部 工程力 学系，辽宁 大连 １６ ２ ） １０４
摘要 ： 针对我国 自 Ｃ Ｅ软件发展缓慢的事实， 主 Ａ 根据现代 工程领域 的科 学研 究和产品研发对 Ｃ Ｅ Ａ 建模 、 分析和设计能力提 出的需求， 研发 自 主的面向 Ｃ Ｅ工程与科 学计算集成化软件平台 Ｓ Ｅ Ｃ Ａ ｉ Ｓ Ｐ
作者简介 ： 张洪武（９ ４ ） 辽 宁庄 河人 ， １６ 一 ， 教授 ， 博导 ， 博士 ， 究方向为计 算力学与工程科学计算等 ，Ｅ ｍ ｉ ｚａｇｗ ｌ ．ｄ ．ｎ 研 （ － ａ ）ｈｎｈ ＠ｄ ｔ ｕ ｃ ｌ ｕｅ
ｈ ｔ ／ ｗｗ ｃ ｉ ａ ａ ． Ｕ ｔ ｐ：／ ｗ． ｈｎ ｃ ｅ Ｃ
ｐａ ｏｍ Ｓ Ｅ Ｃ Ｓ ｆ ａｅＩｔ ａ ｏ ｌｔ ｒ ｒ ｎ ｉｅｒ ｇａｄ Ｓｉｎ ｆ ｏ ｕａ ｏ ）ｉ ｄｖｌ ｅ ｌｔ ｒ ｉ Ｓ （ ｏｔ ｒ ｎ ｇ ｔ ｎＰａ ｏ ｆ ｇ ｅ ｎ ｎ ｃ ｔ ｃＣ ｍｐ ｔ ｉ ｆ Ｐ ｗ ｅ ｉ ｒ ｆｍ ｏ Ｅ ｎ ｉ ｅｉ ｉ ｔ ｎ ｓ ｅｅ ｐ ｄ ｏ ｗ ｏｅ ｏｊｃ ｖｓ ａｅ ｔ ｄ ｖｌ ｎ ｏｅ ，ｌ ｇ—ｃｌ ｏ ｐ ｔｔ ｎ ｌａ ｄ ｎｅ ａ ｄ ｌ ｏｍ Ｔ ｅ ｈ ｓ ｂｅｔ ｅ ｒ ｏ ｅｅｏ ａ ｐ ｎ ａ ｅｓａ ｃｍ ｕａｉ ａ ｎ ｉ ｇ ｔ ｐａ ｒ ． ｈ ｉ ｐ ｒ ｅ ｏ ｔｒ ｅ ｆ ｔ ｉ ｐｅ ｅ ｔ ｉ ｆ ｉＥ Ｃ ｅ ｐｏｓ ｂ ｃ—ｒ ｎｅ ｅ ｏ ， ＭＬｔｃｎ ｌ ｙ ｃｏｓｐａ ｏｍ ｐｏ ａ ｍｉｇ ｍ ｌｍ ｎａ ｏ ｏ Ｐ Ｓ ｍ ｌ ｊ ｔ ｉ ｔ ｍ ｔ ｄ Ｕ ｈ ｏ ｇ ， ｒｓ－ｌ ｒ ｒ ｍ ｎ ｔｎ Ｓ ｙ ｏ ｅ ｏｅ ｄ ｈ ｅ ｏ ｆ ｔ ｒ ｇ
有限元模态分析现状与发展趋势_龙英
有限元模态分析现状与发展趋势龙英1，滕召金2，赵福水2（1.湖南现代物流职业技术学院，湖南长沙410131；2.湖南农业大学，湖南长沙410128；3.三一机电技术学校，湖南长沙410131）摘要：模态分析技术开始于20世纪30年代，经过70多年的发展，模态分析已经成为振动工程中一个重要的分支。
最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
阐述了国内外有限元模态分析现状与发展趋势，并对当今国际上有限元模态分析和软件开发的特征进行了分析。
关键词：有限元；模态分析；发展趋势中图分类号：TH113文献标识码：A 文章编号：1007-8320（2009）04-0027-02The present status and development trends of finite element modal analysisLONG Ying 1，TENG Zhao-jin 2，ZHAO Fu-shui 2（1.Hunan Modern Logisties College ，Changsha ，Hunan 410128，China ；2.Hunan agricultural University ，Changsha ，Hunan 410128，China ；3.Sanyi Electrical and Technical School ，Changsha ，Hunan 410131，China ）Abstract ：Modal analysis began in the 1930’，after 70years of development ，modal analysis of vibration en -gineering has become an important branch.The ultimate goal is to identify the modal parameters of the system ，provide the basis for the vibration characteristics analysis and optimal design structural system ，fault diagnosis and prediction of vibration and dynamic characteristics of the structure.Describing the status quo and develop -ment trend of today ’s international finite element modal ，analyzing characteristics of software development.Key words ：finite element ；modal analysis ；development trend收稿日期：2009-04-12作者简介：龙英（1980-），女，研究方向：机械工程。
中国CAE技术的过去与现在
元计算科技发展有限公司
说到中国的CAE技术，在20世纪50年代后期， 1958年中国103小型计算机诞生，1959年每秒接近 万次104型计算机的问世，自从有了自己的万次 104型计算机，同时也就开始了中国的CAE技术。 就我国的CAE发展来说，“我们国家的CAE产 生于20世纪50年代后期，我国的老一辈计算科学 家较早地将计算机应用于土木、建筑和机械工程 领域。”崔俊芝院士说。“在我们自己的有限元 方法及有限元软件诞生之后，20世纪60年代到70 年代，我们曾计算过数十个大型工程，应用于水 利、电力、机械、航空、建筑等领域。”
专家院士认为，我国的CAE软件产业和CAE应用 ，相对于发达国家还是比较落后的，原因有三： • 其一，是从20世纪70年代后期直到90年代中期 ，我国绝大多数工程和制造企业，缺乏工程和产 品的创新意识和创新需求。 • 其二，CAE方面的投资不足，且软件知识产权保 护不完善。 • 其三，CAE软件开发者和经营者，大多数是科研 人员和大学教授，他们缺乏软件产业的市场意识 ，基本上是学院式的软件开发和软件经销模式， 形不成规模型软件经营方式。
值得庆幸的是，从20世纪90年代初，部分CAE 软件开发者和相关企业，开始了CAE软件的商业化 运作，逐步出现了一些商品化的CAE软件。例如， 元计算科技发展有限公司的FELAC软件，不仅占领 了我国大部分的软件市场，而且还销售到国外。 随着建设创新型国家步伐的加快，工程和产 品的自主创新需求，为CAE发展提供了强大的动力 ，同时信息技术的飞速发展，为CAE技术的提升提 供了技术基础。我国CAE技术将会随着工程科学技 术的飞速发展以及中国的和平崛起，而迎来一个 更为辉煌灿烂的明天。
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摘
•
要
计算机辅助工程（CAE）是一种迅速 发展的信息技术，是实现重大工程和工 业产品的计算分析、模拟仿真与优化设 计的工程软件，是支持工程科学家进行 创新研究和工程师进行创新设计的、最 重要的工具和手段。本报告将扼要叙述 CAE技术及其软件的现状，并展望最近十 年的发展趋势。
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近十五年CAE软件发展很快， 目前市场上的CAE软件，在功能、 性能、可用性﹑可靠性方面，基 本上满足了用户的需求，它们可 以运行在超级并行机，大、中、 小、微等各类计算机系统上。
通用CAE的算法与软件模块
前处理
• • • • • 三维实体建模与参数化建模， 构件的布尔运算， 有限元自动剖分与节点自动编号， 节点参数自动生成， 荷载与材料数据输入与公式化导入， 节点荷载自动生成， • 有限元模型信息自动生成
有限元分析
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有限单元库， 材料库及相关算法库， 约束处理算法， 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 模块库， 单元内物理场计算等, ...。
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 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, 动力及高速碰撞分析子系统, 振动模态分析子系统, 非线性分析子系统, 多体耦合与接触分析子系统, 热分析与热-力耦合分析子系统
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CAE软件的计算分析与模拟仿真能力， 主要决定于单元库和材料库的丰富和完 善程度，单元库包含的单元类型越多， 材料库包括的材料特性种类越全，其对 工程/产品的分析与仿真能力就越强。 • 知名CAE软件的单元库一般都有百余 种单元，并拥有一个比较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 包含了各种不同类型的高性能求解算法， 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 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、 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。
发展趋势
• 扩充CAE功能，实现多结构耦合分 析，实现多物理场耦合分析，多尺 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。 • 基于Internet/Intranet => Grid Computing 的、CAD／CAE／CAM / CAPP／PDM / ERP的集成化、网 络化、智能化。
•
CAE软件是迅速发展中的计 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 科学和技术相结合，而形成的一 种综合性、知识密集型信息产品。
CAE软件分类
• 针对特定类型的工程/产品所开发的用于 产品性能分析、预测和优化计算的软件， 称为专用CAE软件。 • 可以对多种类型的工程/产品的工程行为 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CAE软件。 • 通用CAE软件主要由有限元软件、优化 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 算软件组成。
• CAE技术已经成熟，CAE软件的可 用性、可靠性和计算效率问题已经 基本解决。 • CAE与CAD / CAM／CAPP／PDM / ERP软件一起，已经成为企业家和 工程师们实现工程/产品创新的得力 助手和有效工具。同时，也已成为 专家、教授进行研究重要手段。
•
CAE与CAD／CAM／CAPP／PDM ／ERP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 在提高工程/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，成为实现工程/产品创新的支撑 技术。
•
它们都是采用结构化软件设 计方法、用FORTRAN语言和数 据文件管理技术，开发的结构化 软件。
•
近十五年CAE的发展，不仅是 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 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 大都采用了面向对象的软件技术和 C++语言。
一．概 述
• 计算机辅助工程（CAE)，从字面上 讲它包括工程和制造业信息化的所有方 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、优化设计，对未来的工作状 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 未来工程/产品的可用性与可靠性。
二．现 状
• 计算机辅助工程计算起源于五十年代 中期。 • 实用的CAE软件诞生于七十年代初期。 • 从七零年到八五年的十五年，是 CAE 软件的功能和算法的扩充和完善期，到 八十年代中期，逐步形成了商品化的通 用和专用CAE软件。
• 到八十年代后期国际上知名的CAE 软件有NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, DYN－3D, MARC, ASKA, DYNA, MODULEF、 FASTRAN 等。 • 国内的CAE软件主要是JIFEX, FEM, FEPS等。
后处理
• • • 有限元分析结果的数据平滑， 各种物理量的加工与显示， 根据设计要求对工程/产品按工程规范 进行设计数据检验， • 优化设计， • 配筋设计与绘制设计图，….
•
前后处理是近十多年发展最快的 CAE软件成份，它们是CAE软件满足用 户需求，使通用软件专业化、属地化， 并实现与CAD、CAM、CAPP、PDM等 软件无缝集成的关键成份；通过增加面 向行业的数据处理和优化算法模块实现 了特定行业的有效应用.
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工 程/产品的创新，而对于工程师 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 术手段，就是采用先进可靠的 CAE软件.
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术 研究的三大手段之一。它可以帮助科学 家揭示用物质实验手段尚不能表现的科 学奥秘和科学规律。 • 同时，它也是工程科学家的研究成果--理 论、方法和科学数据--的归属之一，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。