航空結構分析CAE軟件發展現狀與未來挑戰

王彬文，段世慧，聶小華，郭瑜超

中國飛機強度研究所，西安 710065

航空結構分析CAE(Computer Aided Engineering)軟件(后面簡稱為CAE軟件)作為航空裝備研制過程中不可或缺的工具之一，已經融入到航空裝備設計、制造、試驗和服役等全生命周期中，應用于結構方案優化、響應分析、工藝仿真、強度評估和修理方案評價等多個應用場景，用于解決裝備研制過程中面臨的結構完整性問題。

CAE軟件是裝備研制的根本保障。目前，中國航空裝備進入可全面自主研制的快速發展階段，CAE軟件對于提升裝備性能、縮短研制周期、降低研制成本起到了關鍵作用。以航空裝備研制為例，在飛行器的概念設計階段需要建立結構的低保真度數字模型，進行靜強度和氣動彈性的分析，得到結構的傳力路徑，為結構方案選型提供依據。在初步設計階段需要建立中等保真度模型，進行靜強度、動強度、氣動彈性、疲勞強度和優化設計，確定基本尺寸分布。在詳細設計階段需要建立高保真度模型，進行關鍵區域連接強度、細節疲勞壽命和工藝符合性分析。在試驗驗證階段需要建立虛擬試驗模型，進行虛擬加載和虛擬測量，預估試驗中出現的各種情況。在制造裝配階段需要建立超差和裝配數字模型，來保證加工和大部件對接的精度。在試飛服役階段需要建立虛擬試飛模型，進行故障復現模擬和關鍵部位壽命評估。上述模型的建立與分析均需依賴CAE軟件來實現。

CAE軟件是進行創新技術研究和攻關的重要工具。數值模擬與理論研究、物理實驗并稱“創新三架馬車”，CAE軟件作為重要的數值模擬工具，可以輔助科學家、工程師揭示物理實驗手段尚不能揭示或很難揭示的科學規律。此外，CAE軟件還可為新材料和微結構(納米材料、碳纖維)設計、新結構(仿生結構、柔性結構和智能結構)設計、新技術(虛擬試驗技術)研究提供可靠的依托平臺。

CAE軟件是實現智能制造的關鍵支撐。在數字化方面，CAE軟件是未來航空裝備仿真模型校核與驗證(V&V)及數字化驗證流程中的基礎手段；在網絡化方面，CAE軟件是實現未來“5G+制造”的關鍵工具，通過未來軟件提供的云仿真、模型修正、數據擬合、可信度分析等技術手段，可實現結構平臺的全狀態數據實時收集和結構的實時評估，支撐智能制造的網絡化實現；在智能化方面，CAE軟件通過構建系列包含智能特征的數字化模型，建立物理空間與數字空間的實時數據映射和反饋預測優化，實現參數智能匹配、實時智能判據和智能預警，支撐工業制造中的智能化特征轉型。

自主CAE軟件是實現裝備研制自主可控的必要手段。目前中國航空裝備研制所使用的CAE軟件，絕大部分依賴進口，整體對外依存度較高；國內現有的CAE軟件，在功能覆蓋性、分析規模和效率、架構開放性和應用可靠性方面與國外還存在一定差距，無法完全替代國外軟件，一旦遭到國外全面封鎖，中國裝備研制面臨著技術停滯的巨大風險。此外，CAE軟件是工業經驗與知識的載體，完全依賴國外軟件無法將中國裝備研發的經驗、大量工業數據與知識積累到軟件中，造成大量浪費，不利于持續發展和創新。未來，中國將進入航空裝備全面創新研制的新時代，實現CAE軟件的自主可控，對推動裝備創新升級和保障裝備研制體系安全具有重要的戰略意義。

1 國內外CAE軟件發展歷程與現狀

1.1 國外發展歷程

CAE軟件誕生于航空航天裝備的研制過程中，在國外的發展大致分為軍工驅動、持續支持、市場推進、重組壯大4個階段。

1) 軍工驅動(1960—1980年)

1956年，美國波音公司Turner等專家為飛機研制開發了一套內部有限元程序，用于翼面結構的強度計算，開創了結構分析CAE軟件的先河。1966年，美國國家航空航天局(NASA)為滿足阿波羅登月項目中對結構分析的迫切需要(如圖1所示)，組織開發了第一個工程實用的通用結構有限元分析軟件NASTRAN(NASA Structurla Analysis)，用于計算不具有可試驗性的飛行器結構。1969年，NASA推出其第一個NASTRAN版本，即NASTRAN Level 12。在登月計劃完成后，為了滿足美國的市場戰略需求，美國政府將NASTRAN的源代碼在美國公開，MSC公司被指定為NASTRAN的維護商。1969年，美國John Swanson博士開發STASYS (Structural Analysis SYStem)軟件，可計算核子反應火箭的結構應力和變形，后發展為商用結構分析軟件ANSYS。1972年，David Hibbitt在其博士論文研究(這期間他和他的導師開發了非線性有限元軟件MARC)的基礎上開始編寫ABAQUS。他的第一個客戶是美國西屋核電公司，軟件可計算核反應堆中核燃料棒的接觸、蠕變和松弛等問題。1974年，美國通用動力為解決機翼的氣動彈性問題，研發TSO軟件，具備機翼氣動彈性綜合設計能力。1976年美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Hallquist主持開發了LS-DYNA的研制，主要目的是為武器設計提供高速碰撞、爆炸等分析工具。DYNA程序首先被法國ESI公司商業化，命名為PAM-CRASH。1980年，美國空軍懷特實驗室為解決X系列飛行器超重問題，研發ASTROS軟件，具備多學科分析和設計能力。

圖1 NASTRAN起源于裝備研制[29]Fig.1 NASTRAN originates from equipment development[29]

從國外先進結構分析軟件的發展起源可以發現，早期的研發需求大多來源于航空、航天等高端裝備的研制，具備鮮明的工業應用場景。

2) 持續支持(1980—2000年)

在國家戰略層面，美國一直把科學計算和建模仿真作為服務于國家利益的關鍵技術，美國“競爭力委員會”白皮書《美國制造業——依靠建模和模擬保持全球領導地位》，將建模、模擬和分析，視為維系美國制造業競爭力戰略的王牌，通用結構有限元分析軟件也是美國重點支持的方向之一(如圖2所示)。

圖2 美國國家機構制定的研究計劃[40-41]Fig.2 Research plans made by the national institutions of USA[40-41]

1983年美國在“拉克斯報告”中強調，科學計算是關系到國家安全、經濟發展和科技進步的關鍵環節，是事關國家命脈的大事；1984年美國國家科學基金會(NSF)成立“先進科學計算辦公室”全面指定高級計算科學發展規劃；1987年NSF把“科學與工程計算”作為三大重點支持領域之一；1991年“高性能計算與通訊HPCC”計劃旨在探索采用計算方法解決科學與工程中的重大挑戰，投資重點為先進軟件技術與并行算法；1995年美國實施“加速戰略計算創新計劃ASCI”，致力于開發高級應用軟件，建立解決問題的環境；1995年10月美國國防部制定了一項《國防部建模與仿真主計劃》為基于仿真的采辦提供了框架和基礎設施；2004年總統信息技術咨詢委員會報告指出，對數學和計算科學算法的持續開發和改進是未來高端體系成功的關鍵；2005年總統信息技術咨詢委員會指出“為確保美國競爭力，計算科學已成為科學領導地位、經濟競爭力和國家安全的關鍵”。

通過系列國家計劃和支持，CAE軟件與裝備的發展得到了天然的融合，國外CAE軟件在這一時期得到了長足的發展。以美國NASTRAN軟件為例，MSC公司于1988年加入了新的單元庫、增強了程序功能提高了運算精度和效率，特別對矩陣運算方法進行改進；1989年形成了新的執行系統、高效的數據庫管理、更易理解的DMAP二次開發手段；1994年在優化設計、熱分析、非線性、單元庫、數值計算方法及整體性能水平方面有了很大提高。之后在非線性、梁單元庫、h-p單元混合自適應、優化設計、數值方法及整體性能水平方面均進行了改進和增強。

3) 市場推進(2000—2010年)

隨著現代工業產品的復雜性和成本不斷增加，產品的性能、價格和研發周期面臨著更多的挑戰，對結構分析軟件提出了大量的需求。在旺盛的工業市場需求推動下，美國、法國等西方國家大量的結構分析通用/專用軟件通過各種商業手段涌向市場，迅速占據了國內外工業領域。除了常規的結構數值模擬之外，已經擴展到對產品未來的工作狀態和運行行為的模擬仿真，可及早發現設計缺陷，改進和優化設計方案。

這個階段CAE軟件已經深度融入工業產品的全生命周期中，成為研制先進產品的必備工具之一。這個階段推進了CAE軟件在工業領域的應用，但也暴露出多個軟件架構/模型/數據不統一等弊端。

4) 重組壯大(2010年至今)

在數字化研發模式驅動下，國外商業公司加快了一體化、平臺化軟件系統融合的步伐，通過商業手段進行大量的收購與兼并。在統一軟件架構下，以產品全生命周期為應用場景，整合與吸納各類功能軟件，形成體系龐大、功能完善的結構分析系統。

以MSC公司為例，1989年通過兼并荷蘭PISCES而進入高度非線性分析市場；1998年兼并2D和3D運動學仿真軟件的開發者Knowledge Revolution公司；1999年收購了商業非線性有限元程序MARC；2002年，收購世界著名虛擬樣機仿真軟件MDI公司，動力學仿真分析軟件ADAMS被收入囊中；同年收購波音公司的Easy5軟件；2011年和2012年，分別收購了比利時著名的聲學軟件公司FFT(自由聲場技術)公司和高端材料仿真領域廠商e-Xstream；2016年收購焊接與成型仿真領軍企業Simufact；但在2017年，MSC被與結構分析軟件關聯度極低的瑞典著名測量設備制造企業海克斯康收購，如圖3所示。

圖3 Hexagon/MSC軟件兼并路線圖[39]Fig.3 Software merger roadmap of Hexagon/MSC[39]

2000年開始，ANSYS進行了一系列收購，包括：ICEM CFD Engineering、法國的CADOE。2003年，ANSYS公司收購AEA公司的CFX軟件業務。2006年，ANSYS公司已成功完成對Fluent的收購活動。同年ANSYS又收購了Century Dynamics公司，將高速瞬態動力分析軟件納入到ANSYS的分析體系中。2019年，ANSYS公司再次收購沖擊分析軟件DYNA，不斷擴大其產品線。

2005年，達索公司收購ABAQUS軟件，并創建SIMULIA品牌，建立了功能仿真的核心平臺。2006達索收購瑞典的工程仿真環境開發商Dynasim AB，獲得建模語言Modelica。2008年達索收購Engineous公司，獲得了集成設計和多學科優化軟件Isight，增強了其在仿真生命周期(SLM)對數據、過程、工具和知識產權集成優化的能力。近年又陸續收購塑料注塑仿真技術Simpoe、多體仿真SimPACK、高度動態流體場仿真領域Next Limit Dynamics等軟件。

從國外CAE軟件發展的歷程來看，CAE軟件的本質是具有核心競爭力的工業技術，而非一般意義上的軟件產品。這種核心技術來源于裝備研制需要，應用于解決裝備研制的問題，脫離了本國工業實際情況的CAE軟件無法形成國家核心的戰略支撐能力。

1.2 國外發展現狀

經過50多年的發展，美國、法國等西方國家已經構建了CAE軟件的良好生態，推出了如ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等一批性能先進的通用結構分析CAE軟件，并基本壟斷了市場。軟件覆蓋了線性靜力分析、非線性分析、模態與振動分析、顯式動力學分析、氣彈分析、熱分析、優化設計等通用分析功能，分析精度和可靠性經過大量應用驗證，并且軟件性能先進，形成了成熟的通用分析功能體系，可滿足絕大部分通用結構分析需求。

在專用工具方面，國外商業軟件公司圍繞航空行業特殊需求，研發了一系列專用分析工具，如概念設計階段的布局設計軟件AAA、造型及多學科分析軟件RDS等，詳細設計階段的多尺度分析軟件Digimat、層壓復材設計軟件ESAComp等，制造階段的金屬制造過程仿真軟件Simufact、鑄造過程模擬軟件PROCAST等，試驗階段的試驗數據分析軟件SmartOffice、試驗測試和FEA關聯軟件FEMTools等，服役階段的疲勞分析軟件NCODE、損傷/斷裂分析軟件NASGRO等。系列專用工具已經融入到了飛機裝備研制的全生命周期中，解決了飛機裝備研制中的特殊關鍵問題，成為航空CAE軟件工具群中不可或缺的核心關鍵。同時，國外各航空巨頭分別結合自身裝備研制流程和需求，研發了專用的分析軟件，比較成功的軟件系統如空中客車公司的ISAMI系統，該系統是基于比利時LMS公司的CAESAM框架，將空客公司的方法庫進行統一集成的工具平臺，已成功應用于A350飛機設計，為型號研制提供了強有力的支撐。

在數據庫方面，國外各航空巨頭在設計、制造、試驗、服役等過程中積累了海量數據，形成了各類專用數據庫，為航空裝備的研制起到了重要的支撐作用，但此類數據庫一般只在企業內部使用，嚴禁對外擴散。

1.3 國內發展歷程

國內CAE軟件的起步稍晚于國外，20世紀70年代國內自主CAE軟件開始萌芽，從解決行業的特定問題形成的計算程序起步，逐步形成了比較成體系的CAE軟件。在各種國外軟件充斥市場的情況下，自主CAE軟件的發展經歷過一段偉大的實踐與探索。大致分為艱難起步、遏制沖擊、努力堅持、覺醒突圍4個階段。

1) 艱難起步(1970—1990年)

國內通用結構有限元分析軟件的雛形從20世紀70年代開始出現，在硬件條件和科研經費極為困難的條件下，科研人員用手搖計算機和紙帶數據錄入，克服了缺人、缺錢、缺資料和缺計算資源的困難，艱苦創業，研發了一批自主CAE軟件，解決了多個型號研制的難題。

以航空工業自主CAE軟件為例，1976—1979年，由623所、631所、605所與628所4個航空研究所組成的聯合課題組，共同開發成功了航空結構線性分析有限元程序系統HAJIF-I，獲國家科技進步二等獎，開始了航空人自己開發CAE軟件的歷程。1980—1981年，成功研制了航空結構動力分析系統HAJIF-II，這是航空領域第1個大型結構動力分析系統，解決了某型號的顫振分析問題，該系統獲航空部二等獎，并與HAJIF-I合并獲國家科技進步二等獎。1979—1982年，成功研制了飛機結構多約束優化設計系統YIDOYU，這是航空領域第1個飛機結構優化設計系統，增強了在有限元基礎上的優化設計能力，YIDOYU的機翼模型數據生成能力優越、簡單、實用，該系統獲航空部一等獎，并獲國家科技進步二等獎。1981—1985年，由623所、629所、603所和631所4個航空研究所組成的聯合課題組，成功開發了中國第1個大型通用的結構非線性分析系統HAJIF-Ⅲ，該系統的非線性求解策略先進，解決了某型號機翼彈塑性、穩定性分析問題，為設計提供了依據，獲得了國家科技進步一等獎。1989年，在動強度設計矛盾突出的情況下，成功開發了“飛機結構振動環境預計系統VEP”，該系統獲國家科技進步二等獎。1990年，為解決某飛行器氣動彈性難題，成功研發“顫振實時分析系統”，獲國家科技進步二等獎。1992年，隨著復合材料日益得到應用，成功開發了“復合材料結構分析與優化系統COMPASS”，該系統在復合材料翼面結構綜合設計方面能力強，在多個型號研制中得到應用，獲中國航空工業總公司科技進步二等獎。1990—1995年，成功研制了大型通用有限元結構分析程序系統HAJIF(X)，該系統可對結構進行靜力線性與非線性分析、固有特性分析、動力響應分析、熱傳導分析、復合材料分析以及多級超單元分析。該系統支撐了多個飛機型號的設計分析，獲航空部科技進步二等獎，如圖4所示。

圖4 航空結構CAE分析軟件發展歷程Fig.4 Development of aviation structural CAE software

在高校和其他研究機構，也涌現出一批優秀的有限元分析軟件系統。典型的有大連理工大學研發的JIGFEX軟件，在工業部門進行了應用推廣，用于通訊衛星、運載火箭、工程機械等裝備研制。中國科學院計算數學所崔俊芝院士研發了平面問題通用有限元程序，解決了劉家峽大壩的復雜應力分析問題。北京大學的袁明武教授通過對國外的SAP軟件的移植和重大改造，研發出了SAP-84。除此之外，鄭州機械研究所的“紫瑞CAE”、建筑科學研究院“BDP-建筑工程設計軟件”、中科院數學所的FEPG等軟件也得到了一定的應用。

2) 遏制沖擊(1990—2000年)

20世紀90年代以來，大批國外CAE軟件涌入國內市場，采用靈活的市場戰略和多種推廣策略逐步占領了中國市場，遍及國內的各個行業，國內自主CAE軟件的生存空間受到強烈擠壓。同時由于結構分析軟件的特殊性，既需要基礎研究，又需要代碼研發和產業推廣，在國家層面缺少持續的支持，發展舉步維艱。以至于在20世紀的最后十幾年，國內自主CAE軟件發展步伐相對緩慢，逐漸地拉開了與國外CAE軟件的差距。

在國外CAE軟件的沖擊下，航空工業結合裝備研制需求，研發了一系列專用軟件，解決了當時型號研制的難題。包括：飛機結構強度分析程序STRANAS：針對結構分析后的強度評估問題，采用具有大量試驗數據依據的結構強度工程分析方法，具備強度分析方法庫、材料庫和型材庫，可自動進行飛機結構強度校核，實現飛機結構總體分析/細節強度校核一體化。飛機結構耐久性/損傷容限及可靠性分析程序ADDRAS：以大量的試驗數據為支撐，以EIFS和DFR法為主，兼顧其他耐久性分析方法，可滿足國內航空工業部分結構耐久性/損傷容限分析需求。飛機結構三維溫度場分析程序ASTSA：主要解決離散結構溫度場分析問題，可以求解連續體或離散結構的穩態、瞬態熱傳導問題。

3) 努力堅持(2000—2018年)

2000年以后，國內工業部門在結構分析CAE軟件領域開始全面依賴進口軟件。自主CAE軟件的研發單位，由于缺乏支持或勢單力薄，紛紛放棄自主研發。

以航空工業為代表的少數團隊依靠課題研究、專業軟件定制、橫向服務等方式保留了軟件研發隊伍。中國飛機強度研究所依靠航空工業集團創新基金等項目的支持，并自籌經費，堅持自主CAE軟件研發，陸續發布了HAJIF2013和HAJIF2018版本，不斷提升軟件的規模、效率、擴充了特色功能和工程數據庫，并在大型運輸機、大型客機、大型水陸兩棲飛機等型號的研制中發揮了重要作用。同時培養了一支專業從事計算力學研究與CAE軟件研發的技術團隊，為進一步發展自主CAE軟件奠定了良好的基礎。

在此期間，國內一些高校和其他研究機構也有一批持續堅持自主CAE軟件研發的團隊。從2007年開始，中國工程物理研究院先后與多個單位合作，研發了重大裝備工程力學并行分析軟件平臺PANDA，具備大型復雜結構非線性靜力學、模態與振動、沖擊動力學等有限元分析功能。大連理工大學采用組件和插件軟件設計技術，基于跨平臺編程環境和XML語言開發了面向工程力學計算的SiPESC。

4) 覺醒突圍(2018年至今)

2018年，美國總統特朗普簽署對華“301”報告，拉開了中美“貿易戰”的序幕。對于核心關鍵高端工業軟件的控制成為以美國為首的西方國家遏制中國發展的重要戰略手段之一。按照黨中央關于“自主開發大型工業軟件”指示，結構分析CAE軟件的自主替代提上日程，自主CAE軟件迎來了飛速發展的黃金時間，大量CAE軟件研發企業如雨后春筍般涌現出來，為自主CAE軟件的發展注入活力。

中國飛機強度研究所面對時代賦予的機遇和挑戰，再次起航，立足于已有CAE軟件研發基礎，基于國內航空工業最全的強度試驗數據支撐，繼承創新，提出了“通用平臺為基礎，專用軟件為核心，底層數據為保障”的自主CAE總體發展思路，目前已推出了全新的自主CAE軟件SABRE 1.0系統，為自主CAE軟件的發展奠定了良好的基礎，如圖5所示。

圖5 SABRE 1.0界面示意圖Fig.5 User interface of SABRE 1.0

1.4 國內發展現狀

SABRE1.0系統初步構建了包含通用分析功能群、專用分析工具鏈和國產數據資源池的3層CAE軟件體系，如圖6所示。

圖6 SABRE1.0軟件體系Fig.6 Software management system of SABRE1.0

在專用軟件方面，SABRE1.0系統集成了起落架動力學分析軟件、疲勞分析軟件、載荷快速計算軟件、一致性評估軟件等部分專用軟件工具，解決了裝備研制流程中的部分特殊問題。

在通用平臺方面，SABRE1.0系統可為航空裝備研制提供精確的結構響應計算手段及結構優化減重手段，包括線性靜力分析、非線性分析、模態與振動分析、氣動彈性分析、熱傳導分析和優化設計等功能，覆蓋國外商業軟件的基礎通用分析功能，但分析規模、效率與國外商業軟件還有一定差距。

在數據庫方面，SABRE1.0包含材料性能數據、標準模型庫、典型結構破壞模式庫，初步構建了自主CAE軟件的數據支撐體系。

2 面臨的挑戰

2.1 軟件的復雜性

CAE軟件的研發涉及力學、數學、計算機科學等多個學科，例如在力學方面，涉及材料本構、單元構造、接觸分析、大變形模擬、沖擊仿真等一系列核心力學算法；在數學方面，涉及大型稀疏矩陣的直接求解、迭代求解、矩陣相乘、特征值求解等一系列數值算法；在計算機科學方面，稀疏矩陣數值求解的實現過程與矩陣元素壓縮存儲、數據高效索引緊密結合，同時CAE軟件面臨高性能計算、云計算等環境的部署問題。并且，作為航空結構分析CAE軟件的研發者，還需要具備深厚的工程背景，要對航空裝備研制的流程、需求及相關工業知識具備足夠的積累。綜上所述，CAE軟件的復雜度及難度較高，給自主CAE軟件的研發帶來了艱巨的挑戰。

2.2 自主替代的緊迫性

中國航空裝備已全面進入數字化研制階段，CAE軟件已成為裝備數字化研制體系中的關鍵組成部分，但目前裝備研制中應用的CAE軟件基本被國外商業軟件壟斷，如何在較短時間內研發可與國外商業軟件功能、性能相媲美的自主CAE軟件，是目前面臨的重要挑戰之一。解決途徑之一就是需要設計一套面向集成式開發的開放式軟件架構，以提升多人協同研發效率，以及代碼的復用性，通過對軟件整體架構的層次化設計，研究高效的執行控制和數據管理機制，并通過軟件模塊的構件化、接口的標準化處理，大幅降低軟件研發的難度，縮短軟件研發周期，使自主CAE軟件的高效研發成為可能。

2.3 新型裝備研制需求

隨著未來中國對航空裝備的要求不斷提高，為了滿足航空裝備提高性能、降低成本和減少研發時間的要求，需要在裝備研制全周期應用功能更全面、計算能力更強的CAE軟件；同時隨著新型航空發動機、無人機、高超聲速飛行器等新型裝備的研制，帶來了多學科設計仿真、新型復合材料分析等一系列特殊專用需求，為自主CAE軟件的研發帶來了全新的挑戰。新一代自主CAE軟件需要從過去解決航空裝備設計某階段問題為主，轉向覆蓋航空裝備設計、分析、制造、試驗、服役等全流程仿真設計需求；需要從過去解決通用分析需求，轉向解決通用分析需求和航空特殊專用需求。

2.4 軟件可靠性及市場應用迭代

CAE軟件的精確性和可靠性直接決定了裝備研制的成敗。國外商業軟件在數十年的市場推廣中，經過了大量的工程應用驗證，并不斷迭代完善。同時，波音、空中客車等航空巨頭在CAE軟件的應用過程中，都結合裝備研制流程和需求，研發了適應自身裝備研制體系的材料數據庫，并基于裝備研制過程中形成的仿真模型庫和試驗數據庫，對CAE軟件進行了充分的驗證和標定，確保了分析結果的精確性和可靠性。自主CAE軟件研發和推廣過程中，一方面缺乏充分的工程應用驗證和支撐驗證的數據庫，另一方面由于缺少長期用戶的持續反饋，其用戶友善性難以得到提升，導致自主CAE軟件市場化轉型面臨嚴峻挑戰。

3 自主結構分析CAE軟件發展思路

3.1 總體發展技術路徑

通過對以上內容的深入剖析，自主CAE軟件的研發需要遵循“成熟問題理論化、成熟理論程序化、成熟程序軟件化、成熟軟件產業化”的一般性發展規律，針對裝備研制問題，不斷沉淀工業知識，研發軟件產品推向市場，并完成應用迭代，形成軟件生命周期閉環，提升軟件生命力。

自主CAE軟件的發展要遵循“通用平臺為基礎，專用軟件為核心，底層數據為保障”的總體發展技術路線，如圖7所示。“通用平臺為基礎”指在較短時間內，瞄準國外商業軟件的共性通用功能，構建開放式軟件架構，突破一系列核心數值算法，研發包含線性靜力分析、非線性分析、模態與振動分析、氣動彈性分析、熱傳導分析、顯式動力學分析、優化設計等通用分析子系統，打造通用結構分析“功能群”，實現資源的虛擬化、功能的組件化、流程的開放化。“專用軟件為核心”指面向新型航空裝備研制流程，針對裝備設計、制造、試驗、服役等過程中的關鍵特殊需求，瞄準裝備研制急需急用的特殊專用軟件，攻克關鍵技術，基于通用分析平臺，完成一系列專用模塊自主研發，實現接口的規范化、模塊的插件化、應用的定制化，打造專用結構分析“工具鏈”，實現對裝備研制流程關鍵環節的精準覆蓋。“底層數據為保障”指基于航空工業數十年積累的航空強度數據，構建輕型的數據管理架構，設計相關的數據標準，研發工程材料數據庫、標準模型庫、積木式試驗數據庫等，開發“通用功能-專用功能-數據庫”之間的數據接口，實現結構分析全環節的數據貫通，為自主CAE軟件的驗證及應用提供關鍵數據支撐。

圖7 總體技術路線圖Fig.7 Overall technical roadmap

自主CAE軟件的研發要嚴格遵循相關國家標準，加強整個研發過程的質量控制，涉及需求分析、力學任務書、概要設計、詳細設計、代碼開發、代碼測試以及交付應用等環節，涉及功能性、安全性、互用性、可靠性、可用性、效率、可維護性和可移植性等8個軟件質量特征；同時需要對軟件研發過程中的開發文檔進行詳細的規定，為保證軟件研發的規范性奠定堅實的基礎。

3.2 通用分析功能群

自主CAE軟件需解決解題規模、效率、精度、魯棒性等一系列復雜問題，通用分析功能群的構建，既要充分利用計算機軟硬件資源，又需保證數據高效組織及傳遞，同時必須在技術上適應裝備研制和工業軟件未來發展需求。其核心是通過軟件架構的科學設計解決數據、內存和系統開放性等問題，集成先進的數學及力學算法，支撐靜力分析、非線性分析、模態與振動分析、沖擊分析、氣動彈性分析、熱傳導分析和優化設計等通用功能的實現。

3.2.1 新一代架構設計

CAE軟件涉及眾多學科領域，是計算機科學、計算力學、計算數學、結構設計等專業的有機融合。尤其隨著計算機軟硬件技術的飛速發展，CAE軟件架構的內涵也在不斷進化，除需解決數據、內存、系統開放性等傳統問題外，還需兼顧異構環境部署、云端運行等未來需求。本節簡要描述新一代大型結構分析CAE軟件的體系架構，隨后從系統開放性、數據管理、內存管理等方面分別闡述。

1) 分層體系架構

經多年實踐探索，提出適應CAE軟件發展要求的分層體系結構，采用模塊化設計思想，以業務實現為導向進行專業分層，將系統分成若干個功能水平層以降低單個層次的復雜性，每個層次只給相鄰層提供標準接口，保證軟件功能模塊具備足夠的復用性與獨立性。通過對各分層相應的功能進行模塊化劃分，從垂直方向分解整個系統，可大大降低單一模塊的復雜性。在綜合考慮軟件運行框架基礎上，給出CAE軟件總體架構，如圖8所示。

圖8 結構分析CAE軟件總體架構Fig.8 Architecture of structural analysis software

總體架構中，數據庫層完成結構分析任務求解中數據的組織及管理問題，實現對分析模型、中間求解和結果數據的分類管控；模塊層為基礎和專用模塊組件池，通過數據接口通底層數據及文件管理系統發生數據交互；子系統層則按不同專業任務需求，通過執行控制系統調度組件池中的不同功能模塊以完成相應的計算或數據處理工作；面向用戶的系統層面，則通過統一的前后置處理界面開展模型構建、求解設置、結果顯示及分析等。基于上述軟件架構，面向適應分布式、異構環境等，從數據管理、內存管理、功能組件設計、子系統流程組織等方面技術、算法、程序等攻關，將形成完備的CAE軟件體系。

2) 系統開放性設計

大型結構分析CAE軟件系統架構設計之初必須秉持開放性設計思想，要構建具備良好開放性的軟件架構，需從軟件體系開放性、用戶接口開放性、功能模塊開放性等方面開展研發工作。軟件體系開放主要指軟件流程的靈活控制、功能組件的載入、數值算法的互換性或通用性設計等。要實現軟件體系開放，需要設計一套執行控制系統，將不同的結構分析功能組件整合成一個完整系統的同時又保留各個功能組件的可擴展性和相對獨立性。用戶接口開放主要指結構分析軟件支持的輸入輸出模型文件接口、軟件對其他應用程序的調用接口等，每種數據或應用都必須建立標準接口，標準接口的設計需在充分研究現行數據標準的基礎上開展。功能模塊開放主要指構成結構分析求解流程的模塊具備統一標準接口，同一求解流程中任務組件或任務模塊可動態擴展或替換，同時易于并行開展研發工作。

3) 大規模數據管理

在結構分析軟件中，尤其隨著精細化建模分析要求越來越高，在結構分析過程中，數據管理顯得非常重要。為高效管理、存儲、訪問和分析這些數據，應首先定義底層數據內核，其次開展面向對象的數據結構設計，并基于數據庫技術實現各類數據的高效管理。

4) 內存管理

數據處理過程會發生大量的磁盤數據讀取操作，將大大降低程序運行效率，這也是CAE軟件要面臨的主要問題。內存管理的核心是以盡可能少的數據磁盤交互完成計算。高效的方法是在一次內外存交互中將計算數據盡可能多地加載到緩存中反復使用，盡可能減少交互次數以提升系統運行效率。

3.2.2 關鍵數值算法

CAE軟件涉及的數值計算方法主要包括以大型稀疏矩陣高效求解為代表的基礎性算法和以不同學科計算需求牽引需攻克的力學或數學等專用算法。

1) 稀疏矩陣直接/迭代求解算法

一般工程問題的計算，其根本是求解稀疏線性方程組。國產軟件針對未來超大規模稀疏線性方程組的求解問題，分別應用直接法和迭代法2類算法。其中，直接法以面向并行求解的分段多波前法為主。迭代法則不直接處理系數矩陣，而以某種極限過程逐步逼近線性方程組的精確解，其求解依賴于矩陣預處理算法。一般而言，直接法計算精度高，但存儲和計算開銷大；迭代法存儲空間小、計算開銷小，但當系數矩陣條件數較大時會面臨收斂速度慢甚至不收斂。

2) 大型矩陣特征值求解算法

獲取高精度的振動響應結果，需要建立精細的有限元模型，而結構動力學分析的基礎是求解系統的特征值和特征向量。廣泛應用的全維特征值正交三角(QR)求解算法因其計算復雜度與矩陣規模呈三次方關系，且難以利用矩陣的稀疏特點，因此不適用于大規模稀疏特征值問題的求解。針對大型矩陣特征值求解問題，學者們則提出了求解效率更高的計算特征值子集的部分特征值求解算法。因此，在大型特征值求解方面，需針對大型動力學方程的特點，對Arnoldi/lanczos，Krylov類算法以及Jacobi-Davidson等方法等進行系統研究，掌握這些大型矩陣特征值算法對動力學方程求解的優劣勢，形成自主的高效高精度的特征值求解器。

3) 非線性求解算法

在非線性求解方面，非線性方程的求解精度、效率和穩健性受多種因素影響，例如單元的自鎖現象、材料失效后剛度折減、迭代的收斂控制、剛度矩陣的奇異性、加載平衡路徑上的多極值點等。同時由于非線性問題的多樣性和復雜性，求解方法也很難統一，不同的解法具有不同的適用范圍，選擇不當可能導致收斂較慢甚至發散。因此在涉及幾何、材料等多重非線性求解上，需開展相關的技術研究，研發高效穩健的非線性方程求解算法及模塊。

4) 考慮侵蝕和摩擦滑移的自動接觸算法

各種沖擊/碰撞過程均會涉及接觸問題，碰撞接觸引起的結構網格大變形、材料失效破壞是沖擊動力學計算的難點之一。沖擊/碰撞過程中結構大變形、運動界面追蹤和計算、材料失效后單元刪除等將導致新界面的追蹤和計算，是拖慢計算效率和占用計算資源的主要根源，也是導致計算收斂性差的根本，而接觸載荷計算(法向載荷和切向摩擦)則是產生計算誤差的主要因素之一。為適應沖擊/碰撞過程中復雜結構/邊界、任意區域的接觸問題，需考慮侵蝕單元刪除影響進行通用自動接觸算法研究，重新構建接觸面并開展高效全局/局部搜索、接觸力計算技術攻關，研發全新的自動接觸算法。

5) 氣動伺服彈性分析算法

針對飛機的氣動伺服彈性特性分析問題，利用用戶輸入的傳感器、舵機、飛控系統的參數建立相應的數學模型，并與氣動力模型和結構模型聯合，建立氣動伺服彈性系統的控制方程，分析系統的傳遞函數，并以Nyquist穩定判據對系統的穩定性進行判定，同時給出穩定裕度。未來，將針對非線性氣動伺服彈性分析所涉及的非定常氣動力建模、非線性結構力學、氣動伺服彈性控制律設計等問題，梳理相關研究成果，為后續新型氣動伺服彈性軟件的研制提供技術基礎。

6) 先進的結構優化算法

在結構優化設計功能方面，裝備研制精細化、輕量化設計要求對CAE軟件優化設計功能提出新的挑戰。超大規模變量、復雜約束維度等是新型優化問題的主要特點。傳統的考慮單一變量、少量約束的優化算法已難以適應裝備研制和軟件發展需求，結構優化已經變成一個極為復雜的數學問題。現階段，求解多變量/多約束問題的優化算法種類繁多，很多先進的優化算法均以理論和教學研究為主，在自主CAE軟件中少有集成。為適應復雜工程問題優化需求，需重點開展以先進準則法、基于梯度信息的數學規劃法(如MMA(Method of Moving Asymptotes)、GCMMA(Globally Convergent of MMA)、SQP(Sequential Quadratic Programming)等)等為代表的算法研究，兼顧啟發式算法，開發形成適應于復雜工程問題求解的先進優化器，集成于自主CAE軟件中。

3.2.3 核心通用功能提升

CAE軟件作為支撐裝備研制的關鍵工具，在統一的軟件架構下，融合解決各領域共性問題的通用功能，主要包括：靜力分析、非線性分析、模態與振動分析、沖擊分析、氣動彈性分析、熱傳導分析和優化設計等，形成通用分析功能群，以解決制約裝備研制的基礎共性分析及優化設計問題。

1) 靜力分析主要用于求解結構在靜力載荷，如：集中/分布靜力、溫度、強制位移、慣性力以及等作用下的結構響應分析，包括結構在以上載荷下的屈曲分析，結構響應包括節點位移、節點力、約束(反)力、單元內力、單元應力/應變等。

2) 非線性分析主要包括幾何非線性、材料非線性和接觸非線性分析，其提供多種非線性疊加狀態下的結構節點位移、節點力、約束(反)力、單元內力、單元應力/應變響應。

3) 模態與振動分析支持結構的實特征值分析和復特征值分析；支持結構的頻率響應分析，方法有直接法和模態法；支持結構的隨機振動分析。

4) 沖擊分析主要以顯式積分算法求解結構沖擊/碰撞工況下的響應，如機身墜撞分析、復合材料抗沖擊分析、汽車碰撞分析等，基于隨時間歷程變化的載荷，給出結構響應動態變化過程。

5) 氣動彈性分析主要應用于航空航天翼面結構，支持定常/非定常氣動力計算及氣動力修正、結構/氣動插值、靜氣動彈性分析、顫振特性分析、陣風響應求解、氣動伺服彈性穩定性分析等。

6) 熱傳導分析可以考慮傳熱、對流、輻射等現象，開展結構在線性/非線性狀態下的穩態熱傳導分析、瞬態熱傳導分析，得到結構的溫度場、熱流等分布，為后續的力熱耦合分析等提供輸入條件。

7) 優化設計主要用于結構在給定載荷和邊界條件下，尋求滿足某些約束條件的最優的結構尺寸、形狀和拓撲構型，以達到結構性能最優。

3.3 專用分析工具鏈

航空裝備的設計與研發是一個復雜的系統工程，從CAE軟件在整個裝備研制流程中的應用情況來看，并非只應用通用分析功能，大量專用分析功能同樣也起到舉足輕重的作用。

參考空中客車等航空企業的專用軟件研發經驗，結合國內航空裝備研制需求，梳理了若干專用軟件新研和改進需求，作為未來短期研發的重點，主要包括：機身結構強度分析、翼面結構強度分析、復合材料結構設計與分析、疲勞與損傷容限分析、起落架系統分析、薄壁結構銑削加工過程仿真等6大專用分析工具，解決型號研制中的緊迫的問題。

1) 機身結構強度分析工具

機身結構受力形式復雜，不同部位要考慮不同的分析情況。根據機身結構典型受力特征，機身結構典型分析情況主要包括：機身加筋壁板靜強度分析、壁板對接強度分析、機身普通框強度分析、機身加強框強度分析、機身典型開口結構分析，機身結構分析專用工具也將覆蓋這些需求。

如圖9所示基本的研發思路，首先從總體有限元模型中獲取內力解，確定分析部分和分析類型，然后從數據庫中提取必要的工程計算參數，進行許用強度計算，并結合有限元分析結果，計算分析部位的安全裕度，判斷結構的強度性能是否滿足要求，如果滿足，則結束任務流程，如果不滿足，則更新結構、更新模型，進行迭代。

2) 翼面結構強度分析工具

翼面結構是飛機最主要的承力結構，直接承受復雜的氣動、沖擊等載荷。翼面結構受力復雜，導致分析工作任務量大、技術難度高。根據翼面結構形式，翼面結構主要分析部位為：機翼整體壁板、翼梁結構、翼肋結構及翼面典型開口結構。如圖9所示，翼面結構分析工具的發展思路和機身結構類似。但是，此類專用分析工具的強度分析數據無法直接映射至結構CAD幾何數字模型上，造成強度分析與結構設計數據的信息隔離。因此，未來的專用分析工具將融合CAD、CAE及相關數據庫模塊，實現CAD幾何數字模型、CAE有限元模型等數據的無縫對接，從而加速設計、加速迭代，全面提升復雜裝備的研發效率。

圖9 機身、翼面結構專用分析工具研發思路Fig.9 Research and development route of dedicated software used in fuselage and wing structure analysis

3) 復合材料結構設計與分析工具

復合材料因其高比強度、高比剛度、性能可設計等優異特性，在航空結構中得到了廣泛應用。自主復合材料結構設計與分析工具將基于設計與分析2大主線，采取“雙線并舉”的研發思路。如圖10所示，在“設計線”方面，從基體材料和纖維材料的性能出發，基于代表性體積單元(RVE)方法開展細觀分析，設計確定其組分比，獲得單層復合材料等效常數，并逐步開展考慮層合板剛度、失效、穩定性的復合材料設計過程，最終支撐復合材料典型結構設計，并基于此主線，研發相關的復合材料設計工具。在“分析線”方面，從總體分析模型獲得內力解，依次開展層合板剛度分析、失效分析、穩定性分析，并最終實現復合材料典型結構強度評價，并基于此主線，研發相關的復合材料分析工具。

圖10 復合材料結構設計與分析工具研發思路Fig.10 Research and development route of composite structure design and analysis software

4) 疲勞與損傷容限分析工具

為滿足型號研制需求，自主研發的疲勞與損傷容限分析工具將重點圍繞載荷譜處理、裂紋萌生壽命分析、裂紋擴展壽命分析等方面進行功能研發與性能提升。如圖11所示，疲勞與損傷容限分析工具的發展采取“三步走”的思路，第1步，增強現有分析功能，如雨流計數、載荷譜簡化、應力/應變疲勞、應力強度因子分析、裂紋擴展壽命計算等；第2步，擴充能力，如熱疲勞、振動疲勞、概率裂紋擴展分析等功能；第3步，統一平臺、架構、數據管理、執行控制、前后置，實現與自主CAE軟件統一平臺的無縫對接。

圖11 疲勞與損傷容限分析工具研發思路Fig.11 Research and development route of fatigue and damage tolerance analysis software

5) 起落架系統分析工具

起落架系統的設計與分析是飛機設計中關鍵的研究領域之一，隨著飛機結構朝大型化、復雜化、系統化的方向發展，起落架系統的設計與分析也面臨著諸多問題和挑戰。起落架系統分析工具，需要具備對陸基飛機和艦載飛機起落架起飛/降落過程的載荷預計和緩沖性能分析與優化設計能力，功能包括：單個起落架系統落震/滑跑載荷計算與優化、單個起落架突伸性能分析、全機著陸/滑跑起落架載荷計算與優化、艦載機全機彈射/滑躍起飛起落架載荷計算與優化、艦載機攔阻著艦起落架載荷計算與優化、艦載機起落架越障載荷計算與優化，如圖12所示。

圖12 起落架系統分析工具研發思路Fig.12 Research and development route of landing gear analysis software

由于起落架系統參數多、識別復雜性高，輸入與輸出往往難以建立顯式的表達式，給起落架系統的設計與分析帶來極大的不便。針對此問題，起落架系統分析工具將充分利用機器學習模型，在非線性建模、輪胎動力學建模方面尋求新的突破，支撐未來國產起落架設計。

6) 薄壁結構銑削加工過程仿真工具

航空裝備件性能很大程度上受到制造工藝的影響。航空裝備結構一般是薄壁加筋結構，這種結構由于壁薄、剛度低等特點，在加工過程中受到初始殘余應力、銑削力、裝夾條件等因素的作用極易產生加工變形，嚴重影響薄壁零件的尺寸精度與性能。因此，研發大型薄壁結構銑削加工過程仿真專用工具，對提前預估殘余變形、提高銑削加工精度具有重要意義。將基于薄壁結構加工制造場景，構建銑削加工過程零件變形仿真及裝夾布局優化流程，研發大型薄壁結構銑削加工過程仿真專用工具，為大型薄壁結構的精密制造提供支持。

3.4 國產數據資源池

繼實驗、理論、計算之后，數據已成為人類認知世界的第四科學范式，發展自主CAE軟件離不開工業數據的支撐。伴隨著新一代航空裝備研制不斷推進，裝備的材料國產化率越來越高，國產數據庫對自主CAE軟件的支撐作用更加凸顯。CAE軟件應用場景和裝備研制需求，亟需構建可支撐CAE軟件的國產數據資源池，初步梳理其功能框架如圖13所示。

圖13 國產數據資源池功能框架Fig.13 Functional framework of domestic data resource pool

面對積木式試驗數據、材料數據、標準模型數據、強度知識數據等的管理問題，在此基于SQLite的輕量化數據管理技術實現數據庫的構建，并基于ASAM-ODS(開放式數據服務標準)形成面向強度數據特征的數據存儲及訪問標準化方法，制定相關數據標準，研發通用、專用功能數據接口，打造國產數據資源池，實現多個系統之間的數據高效關聯，打破信息孤島。國產數據資源池在CAE軟件應用過程中的業務邏輯如圖14所示。

圖14 國產數據資源池業務運行邏輯Fig.14 Business operation logic of domestic data resource pool

1) 積木式強度試驗數據庫

建立積木式試驗數據庫的目的不僅要對試驗數據進行有效地保存和管理，使軟件開發人員能夠快速地按需查詢、分析和對比試驗數據，支持結構分析軟件系統的測試和研發，還需要基于先進的數據挖掘技術和大數據處理技術，完成數據清洗，從冗余試驗數據提取有效的關鍵數據供仿真使用，實現試驗數據與仿真數據的高效融合，為結構設計分析提供支持。多專業積木式試驗數據庫功能組成如所圖15所示。

圖15 積木式試驗數據庫功能組成Fig.15 Functional framework of building block strength test database

2) 航空典型材料工程數據庫

在航空裝備結構分析過程中，材料性能數據扮演著重要角色，為材料計算模擬提供基礎數據支撐。工程材料數據庫的研發以國產材料試驗數據為數據源，基本覆蓋國內航空主干材料，同時包含飛機設計手冊、復合材料結構設計手冊，以及部分國外資料的材料力學性能數據，一方面要根據軟件分析功能的研發，不斷擴充完善型材料性能數據和本構模型，另一方面需要實現材料曲線數值化和數據曲線擬合功能，滿足精細化分析需求。同時要在充分考慮各系統分析場景基礎上,通過定義數據庫接口完成與結構分析建模過程的無縫連接，提高結構分析效率和自動化程度。其中通用的材料數據概念模型如圖16所示，其本質是構建材料數據庫的基礎數據結構。

圖16 材料數據概念模型Fig.16 Conceptual model of material data

3) CAE軟件標準模型庫

標準CAE模型作為國產數據資源池的核心數據對象之一，對于驗證軟件計算方法的準確性和可靠性有重要價值。針對航空結構分析CAE軟件功能和性能指標，構建基于理論的經典問題模型、經過商業軟件驗證的標準模型、經過試驗驗證的典型工程問題模型，形成自主CAE軟件標準模型庫，覆蓋自主CAE軟件通用及專用功能，支撐自主CAE軟件精確性及可靠性驗證。

除上述幾個典型數據庫之外，還需根據自主CAE軟件應用需求，適時研發強度準則庫、典型結構構型庫、強度知識庫等，為裝備研制提供數據支撐。

4 未來發展趨勢及建議

4.1 技術發展趨勢

隨著計算機軟硬件技術的快速發展和裝備研制對結構分析CAE軟件需求的不斷升級，國際結構分析CAE軟件顯現出一些發展趨勢，自主CAE軟件在未來的發展過程中需要及時布局，加速追趕。

1) CAD/CAE軟件一體化

隨著未來環境對航空裝備性能、研制周期等的要求越來越高，在裝備設計階段盡早引入仿真分析，可對裝備性能進行充分的仿真和優化，并有效加速設計迭代，在此過程中的關鍵因素就是設計/仿真所需CAD/CAE軟件的一體化，此為CAE軟件重要的發展方向。

2) 多物理場耦合分析

以高超聲速飛行器為例，其面臨流場、溫度場、電磁場、聲場等多物理場耦合的復雜服役環境，只有通過多場耦合仿真分析的方式，才能最大程度模擬飛行器的真實受載狀態，為飛行器設計提供支持，因此多物理場耦合分析是CAE軟件的重要發展方向。

3) 多尺度分析

隨著未來各類新型復合材料的廣泛應用，需要準確分析非均質材料的微觀結構對材料性能的影響，可以借助多尺度分析軟件，從微觀、細觀到宏觀多個層面進行仿真，并對顆粒/纖維體積分數、纖維方向等參數進行優化設計，為新型復合材料的設計提供支持，因此多尺度分析是CAE軟件的重要發展方向。

4) 高性能計算環境部署

為了適應快速發展的高性能計算硬件環境， CAE軟件需要不斷吸收高精度、高效率并行數值算法，進行軟件的并行化升級，并面向高性能計算環境進行軟件適應性改造，為超大規模的高效、高精度仿真奠定基礎。

5) 云平臺部署

云平臺近年來取得了快速發展，借助云平臺可以進行CAE軟件快速部署，并保證軟件、數據的統一配置和管理；同時可利用云端高性能計算資源和海量存儲空間，進行大規模模型的高效計算和數據文件管理；借助云平臺，可高效開展異地協同設計仿真，提升裝備研制效率；因此CAE軟件在云平臺部署是重點發展方向之一。

4.2 發展建議及展望

近年來，中國陸續出臺了多項支持工業軟件發展的重大政策，為中國自主工業軟件發展營造了良好的政策環境，同時大量新型裝備的研制以及工業數字化轉型為工業軟件發展提供了龐大的需求市場，這些都為自主CAE軟件發展帶來了前所未有的機遇。

前途是光明的，道路卻總是曲折的。中國自主CAE軟件發展面臨軟件性能與國外差距大、應用驗證不充分、產業發展滯后等諸多問題，為推動中國自主CAE軟件可持續、高質量發展，在軟件的開發模式、運行模式等方面有如下建議：

緊跟裝備研制需求，推進關鍵軟件優先研發。結合航空裝備研制流程，針對關鍵通用需求和特殊專用需求，分別研發通用、專用分析功能，快速形成軟件產品，支撐裝備研制。

加強產學研用協同合作開發。發揮各方在基礎研究、工業背景、代碼開發及工程應用等方面的優勢，加強基礎算法攻關，加快代碼開發，并持續推進工程應用與迭代改進，協同促進自主CAE軟件成熟度提升。

探索敏捷高效的軟件開發模式。在自主CAE軟件的研發過程中，以瀑布式開發的基本流程為基礎，探索瀑布式開發和敏捷式開發相結合的軟件開發模式，深度結合用戶需求，基于已有功能模塊快速形成軟件原型，并在應用中不斷改進，實現快速開發、測試、部署和迭代，大幅加快CAE軟件創新迭代速度。

推動自主CAE軟件云平臺部署。面對云計算的高靈活性、可擴展性和高性價比的特點，加強與云計算企業的合作，夯實CAE軟件云化技術基礎，推動軟件云化發展；并借助云平臺調整軟件銷售模式，提供基于云平臺的銷售與技術咨詢一體化服務。

加大自主CAE軟件市場推廣力度。采用“軟件產品+服務”的模式，為用戶提供包括貨架產品、專用定制軟件和技術服務在內的整體解決方案；并針對各類客戶群體，發布不同的軟件版本并制定針對性的市場推廣策略，為自主CAE軟件的持續健康發展奠定基礎。

制定相關軟件標準，構建自主工業軟件發展生態。積極聯合國內相關軟件研發單位，制定自主CAE軟件通用技術標準、數據標準和接口標準，并開展相關標準的應用推廣，促進上下游軟件之間的數據貫通，構建自主可控的工業軟件發展生態。

未來，本團隊將結合國內外形勢和軟件發展規律，體系規劃，分“3個階段”系統推進自主CAE軟件發展。第1階段：“面向通用、解決急需”，針對裝備研制的通用共性需求，在統一的開放式軟件架構下，研發通用功能和基礎數據庫，并結合裝備研制流程進行應用驗證，不斷提升軟件的成熟度和易用性，具備國外商業軟件通用分析功能。第2階段：“發展專用、覆蓋流程”，針對航空裝備研制流程中的特殊需求，研發“專用工具鏈”，覆蓋裝備研制流程關鍵環節，同時持續提升軟件的性能、魯棒性、友善性等，并探索自主CAE軟件的市場化推廣模式。第3階段：“創新超越、構建生態”，研發形成完備的“通用分析功能群+專用分析工具鏈+國產數據資源池”自主CAE軟件體系，軟件功能、性能全面超越國外商業軟件，軟件成熟度、易用性、可靠性、安全性全面提高；同時在軟件研發模式和市場化推廣模式日趨成熟的環境下，構建具有中國特色的工業軟件可持續發展生態。