在传统的三维设计过程中，分析的主要角色是设计的后验校核和事故分析。而且，还存在着CAE分析工具往往面临多个系统并存的局面。多个系统并存是目前企业CAE应用的壁垒，这种情况下，不但使用起来很不方便，培训成本也随之增加。同时，还要将几何界面中的CAD数据导入到有限元界面中，在转换过程中就容易造成数据丢失。有限元界面对使用者，要求其有限元的专业知识(要理解各个求解器的单元库)，真正设计现场第一线的人员用不起来。4 V* Y0 Y0 \/ y3 U
& S" N* G- h5 u, G0 h0 `同时，设计的产品是装配体，而不是单个的零件，装配的结合条件是定义在有限元数据上的，而不是定义在设计数据上，如CAD数据上的，装配的定义也需要专家。此外，没有知识工程来保存作业流程，每当有设计变更的时候，因为是在CAD系统之外做的，使得参数化的数据失去其参数意义，回不去了，只得重新建模。这些都是传统设计中CAE所面临的问题，这也导致了开发品质和效率的低下。
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0 f3 I; ^' W& p, T5 ]" v“在CAD/CAM/CAE进入集成时代的今天, CAD的战国时代已经基本结束，特别是高端CAD，如今只剩下几大主流软件。而CAE却是还存在百家争鸣的局面，还没有谁能够一统天下。”“以前游离于CAD之外是可以的，现在不行了。从CAD历史发展来看，90年代以前大部分都是非参数化的，90年代开始以参数化为主，到2000之后，发展到知识工程化。与之相对应的，CAE的发展轨迹，从有限元FEM到计算力学，再到CAE。在90年代以前，设计是以形体为主，此时的主流CAE是独立于CAD系统；发展到90年代，参数化CAE成为主流，设计数据参数化，易于进行形状优化，此时的主流CAE开始讲究与CAD系统界面的融合；本世纪初开始，以solidworks为代表的CAD强调设计的智能化，不仅所有的数据都是参数化的，而且还有设计表，各种设计方案可以通过EXCEL表格来驱动，用户还可以自己定义特征、规矩等。
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5 f5 Y/ S3 b6 ?* Y! i+ Y$ x( t此外，设计数据不仅仅是形体和数据，而是多样的。“比如说焊接，焊接有各种各样的定义，这些定义都是在设计数据里有的，而此时，回到刚才的传统设计过程中，一旦把CAD的数据转换出来，所有智能化的信息、财富就全部丢失了，因为输出的数据是孤立的，就好比只有躯壳而没有内核一般，这就给企业造成巨大的浪费，并且这些信息还必须要在CAE软件中重新定义。，“在这种情况下，集成到CAD的CAE功能就非常重要了。& r+ T2 }( l2 G) d# b8 h
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最早提出CAE(计算机辅助工程)概念的SDRC（研发了EDS Idea软件）的创始人Jason Lemon，他的初衷是希望分析工具为设计人员所用的设计工具。事实上，CAE是面向设计的，以设计为依归的。而有限元注重的是方法；计算力学是有限元的延伸，是以方法论为主。而CAE是以工程目的、设计目的为主的。企业需要的是如何使自己的产品在市场上有竞争力，而大部分国内企业没有CAE的积累，常常是会用工具而不知如何定义条件，有时还出现本末倒置，把做网格当做CAE的现象。, i, j0 c) ]5 R' d- p3 O! }
7 w- s% D+ k( W# C$ z: g还有一点需要澄清的是面向设计人员的CAE和面向分析人员的CAE是有差别的。分析的目的和使用的人员、采用的工具都有所不同。分析工具面对的是分析家，而设计工具是面向设计师的。 它们之间的区别在哪？首先，设计期待的是什么？我们从用户的满意和产品要求的满足两个纬度考量，对于产品品质来说，有些品质是大家都不关心的，而有些是必须要满足的，也就是当然品质；还有一种品质是魅力品质，一个产品只具有当然品质，而没有魅力，那么就不具备竞争力。客户在购买产品的时候，对于当然品质，认为是必须具备的，因此更关心魅力品质。设计人员是创造魅力品质的主体，而分析人员是保证当然品质的。此外，二者的分工也有所区别。设计CAE创造魅力品质，这类CAE系统的特征是，要求网格自动生成；对主要设计目标进行CAE分析；以单一目标为主的线性分析；从分析的结果来定型（形体、尺寸）。
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这些特征使得设计方案能够快速检验。而分析人员的CAE即有限元分析，是品质的保障。它包括对强度以外的设计目标的CAE详细分析；多物理现象的耦合分析；用于强度保障的多目的非线性分析等。“因此，二者的分工是不同的，而目前国内企业CAE应用的最大的问题是只有分析人员的有限元，而没有设计人员的CAE。”这恰恰背离了CAE最初提出时的理念。“还有一点非常重要，就是能否从CAE回到CAD，而这一点将决定产品的魅力品质，但目前却被忽略了。”如果CAE系统是独立于CAD的，那么如果产生了设计变更之后，数据就回不到CAE系统中了，给设计带来很大的不便。如果两个系统是集成的，那么变更后的数据就可以直接加载到CAE系统中，变成用于分析的数据，而CAE分析后的计算数据又可以回到CAD中，进一步优化设计。因此，从CAE回到CAD也是非常重要的。' Y& J2 d$ ?7 d
( k. b1 R$ l5 \. a# p5 ~& T- r据统计，目前企业从事CAE分析的人员中，画图工占12%，工程师占20%，工程师与画图工相比，他具备一定的有限元分析知识，而画图工通常缺乏这些概念。还有一种情况，CAE专家与画图工组成项目组，这种占到28%，而画图工交给分析人员来做的占40%。而未来会变成，画图工做三分之一 的分析工作。这是种变化产生的原因是设计CAE的发展变化。理想的情况下， 设计和分析在同一环境下，也就是在CAD集成平台，就可以实现设计-分析的快速循环，使得传统产品开 发变成短过程的开发过程，即设计-分析的循环型产品开发过程，也就是基于CAE或基于分析的设计。
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未来CAE的发展，首先CAD/CAE/CAM设计仿真一体化；其次，CAE回归设计本源，回归以设计为目的；分析模拟的数据和流程的管理；多学科仿真及混合有限元分析等。无论怎样，设计仿真一体化都是大势所趋，未来CAE要更多为设计服务，为设计创新提供更好的支撑5 N5 {9 S% p' \* h" B1 ?
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发表于 2013-9-9 18:50:45
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