CAE技術現狀及發展趨勢研究

李浩強 葉志剛 丁銳 楊佳俊 馬大旺

摘要：針對目前CAE的應用及發展現狀，發現存在人們認識不清晰、普及度低等問題，提出CAD和CAE的結合、重視軟件背后的原理及編程等觀點，為推動CAE軟件發展奠定理論基礎。

關鍵詞：CAE技術;技術現狀;發展趨勢

一、引言

CAE是一種能夠清楚的分析模型內部的構造以及能夠在一些特定的情況研究其主要性能，在學習的過程中可以了解到一些模型所能用到的一些檢測方法，其中這些檢測就是關于在一個密閉空間里會有什么因素去影響這個模型所在的這個空間，以及影響因素是如何對模型進行影響等等進行分析。CAE能夠分析許多方面的因素，因此CAE是一種能夠分析在某種程度上物體所受到的各個因素對其影響的程度大小。

二、基本概念

由于對CAE的了解不是太多，僅能從所接觸的課程談一下對CAE的了解和看法，由課程可以得出，CAE能夠模擬一些特定場景，然后在特定的場景里去發現問題，其中來自外界的因素包括壓力，壓強，溫度，氣流，氣體，這些可能對產品質量產生影響，通過CAE對產品性能的測試和分析，模擬狀態，明確影響產品的主要性能之后，對產品生產進行改進和完善，由此可以看出對于CAE的研究十分必要，它可以減少對不知道具體情況的物體給予一個模擬形態進行研究，能夠發現其中存在的問題，然后進行改進。

三、技術現狀及發展趨勢

（一）CAE軟件的發展與現狀

CAE領域的現狀主要分為三類，第一類是在校科研人員，主要由學生組成，第二類是工程師專業的從業人員，長期進行CAE工作的工作者，第三類是CAE軟件開發公司人員，對于學生以及工作的工作人員，人數相對較少，但是CAE的需求是比較大的，總體來說。目前的CAE應用水平是越來越高，涉及的領域也是非常廣泛。目前CAE的發展現狀存在很多的問題，現在作為CAE來說。并不是一個普及的軟件，社會上對于模型研究涉及較少。其次在軟件的運行和分析結果方面，對于一些產品的模擬和分析存在一些誤差，目前不是能夠得到很好的解決。其中CAE也存在一些問題，在一些高等院校里，CAE作為一個重要課程被廣泛授課，因為CAE可以進行很多分析。既可以作為實驗方法，又可以做理論依據，最大的優勢是可以進行仿真模擬。目前社會上需要大量的CAE技術人才，因此在CAE方面會出現很多需求，因此本科學院，專科院校都進行CAE課程教學。目的就是為了培養出人才，對該領域進行大量深入研究。因為CAE技術具有很大的發展前途，主要因為它的便捷性以及功能性，以后也會成為很多工作崗位所需要的必不可少的研究工具，而目前的發展現狀就是高校主要用于對產品的模擬。找到其中所存在的缺點，缺陷，僅存在一個淺顯的層次。中國的CAE技術相對于國際上是落后的，但并不能代表以后的發展，大部分人在這方面會遇到一個難題，就是它的歷史發展并不是特別好，在一些領域研究上面存在很大的難題，CAE目前已經深入到了各個行業，在各個行業里面也是必不可少的研究工具。但是這種現象會被排斥，因為對于CAE來說深入研究是非常困難的，其次軟件的更新換代非常迅速。隨著對于產品的研究和發展，CAE的技術要求也得提高。對于CAE的發展將會起到很大的好處，目前社會上對于CAE的整體研究是比較少的，大部分人僅僅懂得用這個軟件，但不能進行開發或者是進行深入研究。這就形成了一個只會用而不會創新的問題，缺少創新，這就會使得CAE的發展變得比較緩慢，目前社會上各個方面都需要進行CAE的研究。對于高校研究所還有一些公司，都在這方面進行加強學習。CAE在國內的情況來看，認為CAE的就是一個網格，電腦上能夠做出動畫，因為沒能夠去真正了解CAE的存在，所以存在這樣的認知誤區。CAE軟件的核心是計算機語言而程序用戶界面系統僅僅使得CAE工作變成了窗口操作，其次，如果說劃分網格分析計算是小學學歷，學會優化頂多算初中生，但如果熟悉編程，那就是大學畢業。因為本人所說的編程不僅僅是“Hello World”，更重要的是程序后面的力學原理，很可惜，估計一百個人里也沒有一個能熟練編程又精通有限元原理。但就算只是簡單掌握某種可以和CAE軟件接口的計算程序，就可以做CAE軟件開發、二次開發、軟件對接、提高計算效率……所以國內的CAE現狀還是比較堪憂的，CAE仿真的目的主要是通過模擬現實中的一些主要場景來降低實驗的成本。通過模擬發現產品所存在的問題。然后進行問題的分析，這種方法可以減少成本。增加效率，通過CAE可以使一些問題得到相應的改善，目前CAE仿真的目的是反應真實物理意義的模型。

（二）發展趨勢

在某些成熟領域作用非常大，以前從事汽車CAE，對CAE具有指導意義和發言權，目前重工農機行業，作用很局限，主要產品差別大，分析類型單一，應用水平偏低。所以，CAE的發展和前景要區分行業，但仿真驅動設計應該是機械設計未來的必然趨勢。CAE方法及CAE工具必然會發生變化，使用網格進行計算的有限元方法只是CAE分析方法的一種， 除此之外還有邊界元，EFG，SPH，有限體積等很多不用畫網格就能進行分析計算的方法，這些方法各有優缺點，適用的范圍也不同，當這些無網格方法克服了一些自身缺陷，就有機會大規模使用。未來的CAE軟件勢必會越來越人性化，易用性也會越來越好，不過由于CAE分析對現實模型做了大量簡化和假設，具體到某個問題中如何簡化，使用何種參數這些都需要大量的經驗，這些暫時還都是計算機難以自動處理的，所以可以知道CAE軟件會有一定程度的傻瓜化，但是作為一個合格的CAE工程師，依舊需要深厚的理論和豐富的項目經驗。從目前等幾何分析的發展熱度來看，將CAD中用于表達幾何模型的NURBS基函數作為形函數，克服FEA中模型精度損失的問題，實現CAD和CAE的無縫結合，是一個很有前途和潛力的發展方向。

結語

CAE作為一種很重要的技術，當代大學生應該加強學習和了解，對國家經濟具有很大的作用。對于CAE技術領域，應抱有敬畏之心，沉下心來，去學習、實踐，在項目中積累實際的應用經驗，而不是人云亦云，要擁有自己的創新;其次，要對一些企業的人員分布進行管理，盡量使一些企業能夠得到充分的幫助，幫助他們進行各種方面的進步。國家需要自主創新，掌握核心技術，提高工業的設計和對模型的分析，以達到減少設計的時長來提高產品的競爭和企業的競爭，進而推動國家CAE的應用和普及。

參考文獻：

[1] 徐毅，孔凡新.計算機輔助工程（CAE）技術及其應用[J]. 機械制造與自動化，2003，06：146-150.

[2] 姜蘭蘭. CAE技術在制造業中的發展[J]. 卷宗， 2013（7）：228-228.

作者簡介：

李浩強，葉志剛，丁銳，楊佳俊，馬大旺，安徽信息工程學院。