CAE技术应用面临的十大挑战

从有限元技术上世纪60年代初诞生至今，CAE技术的发展已经历了半个世纪，在工业界的需求的牵引和软件、硬件技术发展的推动下，CAE已经渗入到产品研发的各个环节，由辅助的验证工具，转变为驱动产品创新的引擎。

根据虚拟仿真的对象、计算方法、物理场、应用行业等不同维度，CAE技术可以细分出很多单元技术。在过去几十年的发展过程当中，诞生了很多解决特定行业、特定问题的CAE产品和专业CAE厂商。

虽然CAE单元技术已经逐渐成熟，但是，对于CAE技术的用户企业和CAE软件提供商、CAE工程咨询公司而言，仍然面临着诸多实际问题和挑战：

1） CAE软件的易用性。虚拟仿真涉及到大量的数学和力学问题。因此，传统的CAE软件被称为“只有博士才能用好的软件”，作为“阳春白雪”的技术，长期得不到普及应用。如何能够让拥有丰富设计经验和制造业专业背景的工程师能够将CAE软件应用到产品研发设计过程当中，实现普及应用，是一个十分重要的问题。

2） CAE知识的积累与传承。同样的产品模型，应用同样的CAE软件，但不同的分析工程师，由于知识和经验的差异，分析出来的结果差异会很大。因此，企业如何建立自己的虚拟仿真规范和知识库，实现对虚拟仿真知识的捕捉和重用，如何将经验丰富的分析专家的仿真知识和仿真流程传承给新入门的分析工程师，是企业真正应用好CAE技术的关键。

3）仿真流程的规范化与自动化。对产品进行虚拟仿真涉及到十分复杂的流程，而应用单元的CAE产品，需要手工管理仿真流程，导致虚拟仿真的效率不高。如何实现虚拟仿真流程的自动化，创建完整的仿真流程模板，并且能够根据各个学科仿真的需求动态调整网格模型，对于提升虚拟仿真的效率和质量非常关键。

4）对虚拟仿真的结果的评价。如何将虚拟仿真与实际的物理试验结合起来，提高虚拟仿真结果的置信度，从而真正减少物理样机和物理试验的数量，在提高产品性能的同时，降低产品研发成本，提高产品研发的成功率和研发效率。

5）多学科仿真与优化。各个领域的虚拟仿真结果得出了局部的性能仿真和改进建议，但是，单元的CAE产品无法实现产品整体性能提升，只能解决局部优化问题，无法解决全局优化问题。

6）仿真数据的管理。在虚拟仿真的过程中，生成了海量的、不同类型的仿真文档和数据，对应不同的分析结果。如何有效管理仿真文档，如何建立分析文档与产品模型的对应关系，是CAE技术深化应用必须解决的问题。

7）多场耦合分析。在解决一些复杂的仿真问题过程中，设计到多物理场耦合分析的问题，如流固耦合问题，这对于单纯提供某个领域仿真技术的CAE厂商而言，是一个巨大挑战。

8）研发组织架构如何支持仿真驱动设计。在制造企业传统的产品研发流程当中，虚拟仿真技术还不在主流程之中，虚拟仿真技术人员往往属于一个专门的部门。如何在企业中将虚拟仿真技术真正融入产品研发流程当中，调整企业研发部门的组织架构和研发组织体系，使仿真分析工程师与设计、工艺和制造工程师协同工作，实现从事多个学科虚拟仿真的工程师之间的协作，真正实现仿真驱动设计，是一个巨大的挑战。另外，如何在上下游企业之间进行虚拟仿真的协同，则更是一个难题。

9）虚拟仿真软件与优化软件的结合。虚拟仿真软件只能完成仿真计算，却不能解决优化问题，应用虚拟仿真软件是一个试错过程。因此，虚拟仿真技术如何与优化技术有效结合，是一个重要挑战。

10）仿真技术如何跟上计算机硬件技术的发展。目前，多核CPU、GPU、刀片工作站等硬件技术发展迅速，充分利用多核CPU、HPC、并行计算等新兴技术，来提高虚拟仿真的效率，是一个重要的问题。

目前，全球CAE技术发展和应用的焦点已经从单元技术的提升转向对整个虚拟仿真流程、乃至整个研发过程管理的提升。面对这十大挑战，能否给出明确而完整的解答，将决定CAE厂商未来在全球CAE市场的竞争力。

来源：e-works博客

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