CAE技術(shù)應(yīng)用10大挑戰(zhàn)

有限元技術(shù)自上世紀(jì)60年代初誕生至今，發(fā)展已經(jīng)歷了半個世紀(jì)，在工業(yè)界需求的牽引和軟件、硬件技術(shù)發(fā)展的推動下，CAE已經(jīng)滲入到產(chǎn)品研發(fā)的各個環(huán)節(jié)，由輔助的驗(yàn)證工具，轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新的引擎。

根據(jù)虛擬仿真的對象、計算方法、物理場、應(yīng)用行業(yè)等不同維度，CAE技術(shù)可以細(xì)分出很多單元技術(shù)。在過去幾十年的發(fā)展過程當(dāng)中，誕生了很多解決特定行業(yè)、特定問題的CAE產(chǎn)品和專業(yè)CAE廠商。

雖然CAE技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，但是，對于CAE技術(shù)的用戶企業(yè)和CAE軟件提供商、CAE工程咨詢公司而言，仍然面臨著諸多實(shí)際問題和挑戰(zhàn)。

1 CAE軟件的易用性

仿真涉及大量的數(shù)學(xué)和力學(xué)問題。因此，傳統(tǒng)的CAE軟件專業(yè)性強(qiáng)、準(zhǔn)入門檻高，長期得不到普及應(yīng)用。如何能夠讓擁有豐富設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和制造業(yè)專業(yè)背景的工程師能夠?qū)?/span>CAE軟件應(yīng)用到產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計過程當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用，是一個十分重要的問題。

2 CAE知識的積累與傳承

 同樣的產(chǎn)品模型，應(yīng)用同樣的CAE軟件，但不同的分析工程師，由于知識和經(jīng)驗(yàn)的差異，分析得到的結(jié)果差異性很大。因此，企業(yè)如何建立自己的仿真規(guī)范和知識庫，實(shí)現(xiàn)對仿真知識的捕捉和重用，如何將經(jīng)驗(yàn)豐富的專家的仿真知識和仿真流程傳承給新入門的分析工程師，是企業(yè)真正應(yīng)用好CAE技術(shù)的關(guān)鍵。

3 仿真流程的規(guī)范化與自動化

對產(chǎn)品進(jìn)行仿真涉及到十分復(fù)雜的流程，而應(yīng)用單元的CAE產(chǎn)品，需要手工管理仿真流程，導(dǎo)致仿真效率不高。如何實(shí)現(xiàn)仿真流程的自動化，創(chuàng)建完整的仿真流程模板，并且能夠根據(jù)各個學(xué)科仿真的需求動態(tài)調(diào)整幾何模型，對于提升仿真的效率和質(zhì)量非常關(guān)鍵。

4 對仿真結(jié)果的評價

如何將虛擬仿真與實(shí)際的物理試驗(yàn)結(jié)合起來，提高虛擬仿真結(jié)果的置信度，從而真正減少物理樣機(jī)和物理試驗(yàn)的數(shù)量，在提高產(chǎn)品性能的同時，降低產(chǎn)品研發(fā)成本，提高產(chǎn)品研發(fā)的成功率和研發(fā)效率。

5 多學(xué)科仿真與優(yōu)化

各個領(lǐng)域的仿真結(jié)果提供了局部的性能仿真和改進(jìn)建議，但是，單元的CAE產(chǎn)品無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整體性能提升，只能解決局部優(yōu)化問題，無法解決全局優(yōu)化問題。

6 仿真數(shù)據(jù)的管理

在仿真過程中，生成了海量的、不同類型的仿真文檔和數(shù)據(jù)，對應(yīng)不同的分析結(jié)果。如何有效管理仿真文檔，如何建立分析文檔與產(chǎn)品模型的對應(yīng)關(guān)系，是CAE技術(shù)深化應(yīng)用必須解決的問題。

7 多場耦合分析

在解決復(fù)雜仿真問題的過程中，涉及到多物理場耦合分析的問題，如流固耦合問題、光機(jī)熱耦合問題，這對于單純提供某個領(lǐng)域仿真技術(shù)的CAE廠商而言，是一個巨大挑戰(zhàn)。

8 研發(fā)組織架構(gòu)如何支持仿真驅(qū)動設(shè)計

在制造企業(yè)傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)流程當(dāng)中，仿真技術(shù)人員往往屬于一個專門的部門。如何在企業(yè)中將仿真技術(shù)真正融入產(chǎn)品研發(fā)流程當(dāng)中，調(diào)整研發(fā)部門的組織架構(gòu)和研發(fā)組織體系，使仿真分析工程師與設(shè)計、工藝和制造工程師協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)從事多個學(xué)科虛擬仿真的工程師之間的協(xié)作，真正實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動設(shè)計，是一個巨大的挑戰(zhàn)。另外，如何在上下游企業(yè)之間進(jìn)行虛擬仿真的協(xié)同，則更是一個難題。

9 仿真軟件與優(yōu)化軟件的結(jié)合

仿真軟件只能完成仿真計算，卻不能解決優(yōu)化問題，應(yīng)用虛擬仿真軟件是一個試錯過程。因此，仿真技術(shù)如何與優(yōu)化技術(shù)有效結(jié)合，是一個重要挑戰(zhàn)。

10 仿真技術(shù)如何跟上計算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展

目前，多核CPU、GPU、刀片工作站等硬件技術(shù)發(fā)展迅速，如何將多核CPU、HPC、并行計算等新興技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合，以提高仿真的效率，同樣是一個重要挑戰(zhàn)。

目前，全球CAE技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的焦點(diǎn)已經(jīng)從單元技術(shù)的提升轉(zhuǎn)向?qū)φ麄€仿真流程、乃至整個研發(fā)過程管理的提升。面對這十大挑戰(zhàn)，能否給出明確而完整的解答，將決定CAE廠商未來在全球CAE市場的競爭力。

來源：仿真技術(shù)應(yīng)用聯(lián)盟