CAE是干什么的？原來應用這么廣泛！

IDC報告顯示，2022年中國計算機輔助工程（CAE）總市場份額達到37.6億元人民幣，年增長率為17.1%，保持穩(wěn)定的增速。

其中Ansys、西門子和達索系統(tǒng)在2022年中國CAE軟件市場排名前三，市場占比也有所下降。國產(chǎn)廠商市場份額有所提升，國產(chǎn)替代空間進一步得到擴大。

CAE市場在不斷增長，被譽為工業(yè)軟件“皇冠上的明珠”，主要是因為CAE軟件它是一種綜合性、知識密集型軟件工具產(chǎn)品，融合了物理學、數(shù)學、工程學、計算機科學等多學科算法和技術，具有涉及學科廣、模型復雜特點，需要深厚理論基礎和持續(xù)技術創(chuàng)新才能涉足。

那么CAE具體能干什么？其價值有哪些？軟件有哪些類別？帶著這些問題，我們一起詳細的來了解一下吧。

基本概念

CAE(Computer Aided Engineering）是用計算機輔助求解復雜工程和產(chǎn)品結構強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優(yōu)化設計等問題的一種近似數(shù)值分析方法。

CAE已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程，其理論和算法都經(jīng)歷了從蓬勃發(fā)展到日趨成熟的過程，現(xiàn)已成為工程和產(chǎn)品結構分析中(如汽車、電子電器、航空航天、機械、土木結構等領域）必不可少的數(shù)值計算工具，同時也是分析連續(xù)力學各類問題的一種重要手段。

隨著計算機技術的普及和不斷提高，CAE系統(tǒng)的功能和計算精度都有很大提高，各種基于產(chǎn)品數(shù)字建模的CAE系統(tǒng)應運而生，并已成為結構分析和結構優(yōu)化的重要工具，同時也是計算機輔助CAX系統(tǒng)（CAD/CAE/CAPP/CAM）的重要環(huán)節(jié)。

核心思想

結構的離散化，即將實際結構離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體，實際結構的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果來替代對實際結構的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復雜問題。

核心價值

隨著CAE技術不斷成熟，國內(nèi)各行業(yè)在不斷應用，真正給企業(yè)帶來了減低成本、縮短研發(fā)設計時間等好處。就如元王的一款自研RQMS平臺，不僅能夠給企業(yè)在研發(fā)設計中降本增效，還能夠防錯減少損失，讓使用過的企業(yè)都覺得越用越值。

軟件類別

CAE軟件可以分為兩類：針對特定類型的工程或產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品性能分析、預測和優(yōu)化的軟件，稱之為專用CAE軟件；可以對多種類型的工程和產(chǎn)品的物理、力學性能進行分析、模擬和預測、評價和優(yōu)化，以實現(xiàn)產(chǎn)品技術創(chuàng)新的軟件，稱之為通用CAE軟件。

行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

CAE行業(yè)上游主要以開發(fā)工具、硬件設備、中間件為主；中游以軟件開發(fā)、CAE咨詢；下游以汽車制造、新能源、電子電器、機械設備、航天航空、工業(yè)通訊、石油化工、海洋船舶、土木建筑等行業(yè)中廣泛應用。

CAE分析步驟

CAE軟件對工程或產(chǎn)品進行性能分析和模擬時，一般要經(jīng)歷以下三個過程：

前處理：給實體建模與參數(shù)化建模，構件的布爾運算，單元自動剖分，節(jié)點自動編號與節(jié)點參數(shù)自動生成，載荷與材料參數(shù)直接輸入有公式參數(shù)化導入，節(jié)點載荷自動生成，有限元模型信息自動生成等。

有限元分析：有限單元庫，材料庫及相關算法，約束處理算法，有限元系統(tǒng)組裝模塊，靜力、動力、振動、線性與非線性解法庫。大型通用題的物理、力學和數(shù)學特征，分解成若干個子問題，由不同的有限元分析子系統(tǒng)完成。一般有如下子系統(tǒng)：線性靜力分析子系統(tǒng)、動力分析子系統(tǒng)、振動模態(tài)分析子系統(tǒng)、熱分析子系統(tǒng)等。

后處理：根據(jù)工程或產(chǎn)品模型與設計要求，對有限元分析結果進行用戶所要求的加工、檢查，并以圖形方式提供給用戶，輔助用戶判定計算結果與設計方案的合理性。

下面就以鉆削為例，理解CAE分析仿真過程。

鉆削過程中，如果加工參數(shù)選擇不當，會造成鉆削力過大、鉆頭壽命短、產(chǎn)生顫振及鉆頭折斷等，同時，影響表面質(zhì)量和尺寸精度。通過反復采購物料實物加工實驗的方式，來優(yōu)化加工參數(shù)，時間、費用經(jīng)濟成本高，缺乏科學基礎。采用CAE軟件進行仿真分析，根據(jù)鉆削速度、刀具選擇、進給量等參數(shù)選擇，預測加工過程中的應力、溫度變化情況，在虛擬環(huán)境中達到理想效果后，再在現(xiàn)實環(huán)境中處理顯著提升效率。

資料來源：知乎，《基于Abaqus的鉆削仿真分析》

CAE軟件可以說是應用領域較為廣泛，在中國制造2025的十大重點應用領域中全部涉及建模仿真，涵蓋信息、材料、能源、制造、生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)。從市場規(guī)模到市場應用，從大型企業(yè)到中型企業(yè)慢慢普及，CAE前景廣闊，助力實現(xiàn)從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的跨越。