CAE的现状和未来-崔俊芝院士详解

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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。

计算机辅助工程（CAE）的现在和未来分析

计算机辅助工程（CAE）的现在和未来分析
刘金辉
【期刊名称】《电子技术与软件工程》
【年(卷),期】2016(000)007
【摘要】数字仿真通常被称为计算机辅助工程（CAE）。

利用数字仿真,可以评审更多概念,以更快的速度做出更好的决策,最后确定性能更好的产品设计方案,为企业带来更高的利润。

本文分析了现阶段计算机辅助工程（CAE）软件应用过程中存在弊端,提出了CAE未来发展的方向以供参考。

【总页数】1页(P71-71)
【作者】刘金辉
【作者单位】黑龙江省计算机软件研究中心,黑龙江省哈尔滨市150028
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.7
【相关文献】
1.计算机辅助工程（CAE）的现在和未来 [J], 崔俊芝
2.《计算机辅助工程》成为“中国CAE工程分析技术年会”金牌合作媒体 [J],
3.第7届中国CAE工程分析技术年会(CCAC2011)暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会即将召开 [J],
4.2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会暨首届中国CAE工程分析技术年会在北京成功召开 [J], 王继宏
5.第二届中国CAE工程分析技术年会暨2006全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会 [J],
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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。

中国数字仿真联盟成立大会暨中国数字仿真高峰论坛在北京举办

中国数字仿真联盟成立大会暨中国数字仿真高峰论坛在北京举办作者：来源：《计算机辅助工程》2019年第01期2018年12月21日上午9：00，在北京的人力资源和社会保障部社会保障能力建设中心贵宾楼一层，成功举办中国数字仿真联盟成立大会暨中国数字仿真高峰论坛。

中国数字仿真联盟（以下简称联盟）由国内从事数字仿真、数字设计与制造、智能化技术及软件开发、新型材料微观与宏观成型、数字化工厂等相关行业和科研机构、高等院校、相关企业及学会和协会单位，在自愿、平等、互利、合作、共赢的基础上组成，为非营利性机构。

联盟由中国机械工程学会机械工业自动化分会、中国力学学会产学研工作委员会、中国计算机学会高性能计算专业委员会、中国通信工业协会人工智能与智慧应用分会、大连理工大学等单位发起，经联盟筹备工作组招募，目前由70余家发起单位，以及50余家单位和个人会员组成。

大会由北京诺维特机械科学技术发展中心承办。

联盟成立大会由清华大学航天航空学院庄茁教授主持，中国科学院程耿东院士，中国工程院院士、《计算机辅助工程》副主编崔俊芝院士，北京大学力学与工程科学系袁明武教授，北京航空制造工程研究所、《计算机辅助工程》编委岳中第研究员，中国航空工业集团公司信息技术中心首席顾问宁振波先生，大连理工大学汽车工程学院胡平教授和中国科学院计算所张云泉研究员分别致辞。

大会提请选举中国数字仿真联盟第一届理事会，并召开中国数字仿真联盟一届一次理事会（扩大），提请选举理事长和副理事长。

联盟全体成员一致通过选举清华大学航天航空学院庄茁教授为联盟理事长，选举中国航空工业集团信息技术中心宁振波为常务副理事长，选举中国科学院计算所张云泉等20人为副理事长，大连理工大学计算力学软件研究所、《计算机辅助工程》编委陈飙松教授等17人为理事，推选中国CAE工程分析技术年会组委会秘书长关清芳为联盟秘书长。

联盟秘书长关清芳女士在“中国数字仿真联盟2019年工作报告”中指出：2019年，中国数字仿真联盟将以贯彻落实中国制造2025、国家数字化和智能化发展相关战略要求為导向，汇聚联盟单位的资源和力量，搭建产、学、研、用相结合的交流平台，提升联盟单位的研究创新、技术拓展、行业应用与产品开发水平，不断建设完善联盟工作机制。

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０ＯＯ目是 “ 向２世纪的ＣＥ术” 面１Ａ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ＣＥ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ＣＡＥ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ＣＥＡ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

创新篇Reform and Innovation

胡锦涛主席与杨乐 2006年President Hu Jintao with Yang Lo (2006)创新篇Reform and Innovation1998年12月，在中国科学院知识创新工程的推动下，数学研究所、应用数学研究所、系统科学研究所、计算数学与科学工程计算研究所，整合成为数学与系统科学研究院。

建院以来，进行了一系列重大改革，特别是调整结构，转换机制；凝练学科目标，明确主攻方向；改造园区环境，建设创新文化。

各项工作取得了迅速进展和明显成效。

知识创新工程给数学和系统科学的发展带来了新的机遇。

胡锦涛主席与吴文俊 2007年President Hu Jintao with Wu Wen-Tsun (2007)In December 1998, as part of the National Knowledge Innovation Program of the CAS, theInstitute of Mathematics, Institute of Applied Mathematics, Institute of Systems Science andInstitute of Computational Mathematics and Scientific/Engineering Computing were merged intothe Academy of Mathematics and System Science (AMSS).Since its founding, the AMSS has launched a series of major reforms, especially in adjustingstructure and clarifying the main targets; improving the environment for research. The work hasbeen proceeding rapidly and effectively. The knowledge innovation program has brought aboutnew opportunities to the development of mathematics and systems science.34/35创新篇Reform and Innovation深化体制改革数学与系统科学研究院是中科院知识创新工程体制改革的先行单位。

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ＳＥＣ的ＣＥ软件系统研发，ｉＳＰＡ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ＣＥ软件开发的ＡＳＰＳｉＥＣ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１６２）１０４
摘要：针对我国自ＣＥ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ＣＥＡ建模、分析和设计能力提出的需求，研发自主的面向ＣＥ工程与科学计算集成化软件平台ＳＥＣＡｉＳＰ
作者简介：张洪武（９４）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，Ｅｍｉｚａｇｗｌ．ｄ．ｎ研（－ａ）ｈｎｈ＠ｄｔｕｃｌｕｅ
ｈｔ／ｗｗｃｉａａ．Ｕｔｐ：／ｗ．ｈｎｃｅＣ
ｐａｏｍＳＥＣＳｆａｅＩｔａｏｌｔｒｒｎｉｅｒｇａｄＳｉｎｆｏｕａｏ）ｉｄｖｌｅｌｔｒｉＳ（ｏｔｒｎｇｔｎＰａｏｆｇｅｎｎｃｔｃＣｍｐｔｉｆＰｗｅｉｒｆｍｏＥｎｉｅｉｉｔｎｓｅｅｐｄｏｗｏｅｏｊｃｖｓａｅｔｄｖｌｎｏｅ，ｌｇ—ｃｌｏｐｔｔｎｌａｄｎｅａｄｌｏｍＴｅｈｓｂｅｔｅｒｏｅｅｏａｐｎａｅｓａｃｍｕａｉａｎｉｇｔｐａｒ．ｈｉｐｒｅｏｔｒｅｆｔｉｐｅｅｔｉｆｉＥＣｅｐｏｓｂｃ—ｒｎｅｅｏ，ＭＬｔｃｎｌｙｃｏｓｐａｏｍｐｏａｍｉｇｍｌｍｎａｏｏＰＳｍｌｊｔｉｔｍｔｄＵｈｏｇ，ｒｓ－ｌｒｒｍｎｔｎＳｙｏｅｏｅｄｈｅｏｆｔｒｇ

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。

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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，并拥有一个比较完善的材料库。
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CAE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。
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。
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。
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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。
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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。
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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。
计算机辅助工程（ＣＡＥ）的现状和未来
摘
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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。
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，….
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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.
有限元分析
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• 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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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
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。
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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。
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。