CAE技术现状及发展趋势研究

李浩强 叶志刚 丁锐 杨佳俊 马大旺

摘要：针对目前CAE的应用及发展现状，发现存在人们认识不清晰、普及度低等问题，提出CAD和CAE的结合、重视软件背后的原理及编程等观点，为推动CAE软件发展奠定理论基础。

关键词：CAE技术;技术现状;发展趋势

一、引言

CAE是一种能够清楚的分析模型内部的构造以及能够在一些特定的情况研究其主要性能，在学习的过程中可以了解到一些模型所能用到的一些检测方法，其中这些检测就是关于在一个密闭空间里会有什么因素去影响这个模型所在的这个空间，以及影响因素是如何对模型进行影响等等进行分析。CAE能够分析许多方面的因素，因此CAE是一种能够分析在某种程度上物体所受到的各个因素对其影响的程度大小。

二、基本概念

由于对CAE的了解不是太多，仅能从所接触的课程谈一下对CAE的了解和看法，由课程可以得出，CAE能够模拟一些特定场景，然后在特定的场景里去发现问题，其中来自外界的因素包括压力，压强，温度，气流，气体，这些可能对产品质量产生影响，通过CAE对产品性能的测试和分析，模拟状态，明确影响产品的主要性能之后，对产品生产进行改进和完善，由此可以看出对于CAE的研究十分必要，它可以减少对不知道具体情况的物体给予一个模拟形态进行研究，能够发现其中存在的问题，然后进行改进。

三、技术现状及发展趋势

（一）CAE软件的发展与现状

CAE领域的现状主要分为三类，第一类是在校科研人员，主要由学生组成，第二类是工程师专业的从业人员，长期进行CAE工作的工作者，第三类是CAE软件开发公司人员，对于学生以及工作的工作人员，人数相对较少，但是CAE的需求是比较大的，总体来说。目前的CAE应用水平是越来越高，涉及的领域也是非常广泛。目前CAE的发展现状存在很多的问题，现在作为CAE来说。并不是一个普及的软件，社会上对于模型研究涉及较少。其次在软件的运行和分析结果方面，对于一些产品的模拟和分析存在一些误差，目前不是能够得到很好的解决。其中CAE也存在一些问题，在一些高等院校里，CAE作为一个重要课程被广泛授课，因为CAE可以进行很多分析。既可以作為实验方法，又可以做理论依据，最大的优势是可以进行仿真模拟。目前社会上需要大量的CAE技术人才，因此在CAE方面会出现很多需求，因此本科学院，专科院校都进行CAE课程教学。目的就是为了培养出人才，对该领域进行大量深入研究。因为CAE技术具有很大的发展前途，主要因为它的便捷性以及功能性，以后也会成为很多工作岗位所需要的必不可少的研究工具，而目前的发展现状就是高校主要用于对产品的模拟。找到其中所存在的缺点，缺陷，仅存在一个浅显的层次。中国的CAE技术相对于国际上是落后的，但并不能代表以后的发展，大部分人在这方面会遇到一个难题，就是它的历史发展并不是特别好，在一些领域研究上面存在很大的难题，CAE目前已经深入到了各个行业，在各个行业里面也是必不可少的研究工具。但是这种现象会被排斥，因为对于CAE来说深入研究是非常困难的，其次软件的更新换代非常迅速。随着对于产品的研究和发展，CAE的技术要求也得提高。对于CAE的发展将会起到很大的好处，目前社会上对于CAE的整体研究是比较少的，大部分人仅仅懂得用这个软件，但不能进行开发或者是进行深入研究。这就形成了一个只会用而不会创新的问题，缺少创新，这就会使得CAE的发展变得比较缓慢，目前社会上各个方面都需要进行CAE的研究。对于高校研究所还有一些公司，都在这方面进行加强学习。CAE在国内的情况来看，认为CAE的就是一个网格，电脑上能够做出动画，因为没能够去真正了解CAE的存在，所以存在这样的认知误区。CAE软件的核心是计算机语言而程序用户界面系统仅仅使得CAE工作变成了窗口操作，其次，如果说划分网格分析计算是小学学历，学会优化顶多算初中生，但如果熟悉编程，那就是大学毕业。因为本人所说的编程不仅仅是“Hello World”，更重要的是程序后面的力学原理，很可惜，估计一百个人里也没有一个能熟练编程又精通有限元原理。但就算只是简单掌握某种可以和CAE软件接口的计算程序，就可以做CAE软件开发、二次开发、软件对接、提高计算效率……所以国内的CAE现状还是比较堪忧的，CAE仿真的目的主要是通过模拟现实中的一些主要场景来降低实验的成本。通过模拟发现产品所存在的问题。然后进行问题的分析，这种方法可以减少成本。增加效率，通过CAE可以使一些问题得到相应的改善，目前CAE仿真的目的是反应真实物理意义的模型。

（二）发展趋势

在某些成熟领域作用非常大，以前从事汽车CAE，对CAE具有指导意义和发言权，目前重工农机行业，作用很局限，主要产品差别大，分析类型单一，应用水平偏低。所以，CAE的发展和前景要区分行业，但仿真驱动设计应该是机械设计未来的必然趋势。CAE方法及CAE工具必然会发生变化，使用网格进行计算的有限元方法只是CAE分析方法的一种， 除此之外还有边界元，EFG，SPH，有限体积等很多不用画网格就能进行分析计算的方法，这些方法各有优缺点，适用的范围也不同，当这些无网格方法克服了一些自身缺陷，就有机会大规模使用。未来的CAE软件势必会越来越人性化，易用性也会越来越好，不过由于CAE分析对现实模型做了大量简化和假设，具体到某个问题中如何简化，使用何种参数这些都需要大量的经验，这些暂时还都是计算机难以自动处理的，所以可以知道CAE软件会有一定程度的傻瓜化，但是作为一个合格的CAE工程师，依旧需要深厚的理论和丰富的项目经验。从目前等几何分析的发展热度来看，将CAD中用于表达几何模型的NURBS基函数作为形函数，克服FEA中模型精度损失的问题，实现CAD和CAE的无缝结合，是一个很有前途和潜力的发展方向。

结语

CAE作为一种很重要的技术，当代大学生应该加强学习和了解，对国家经济具有很大的作用。对于CAE技术领域，应抱有敬畏之心，沉下心来，去学习、实践，在项目中积累实际的应用经验，而不是人云亦云，要拥有自己的创新;其次，要对一些企业的人员分布进行管理，尽量使一些企业能够得到充分的帮助，帮助他们进行各种方面的进步。国家需要自主创新，掌握核心技术，提高工业的设计和对模型的分析，以达到减少设计的时长来提高产品的竞争和企业的竞争，进而推动国家CAE的应用和普及。

参考文献：

[1] 徐毅，孔凡新.计算机辅助工程（CAE）技术及其应用[J]. 机械制造与自动化，2003，06：146-150.

[2] 姜兰兰. CAE技术在制造业中的发展[J]. 卷宗， 2013（7）：228-228.

作者简介：

李浩强，叶志刚，丁锐，杨佳俊，马大旺，安徽信息工程学院。