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| | CAE技术：推动工程和产品创新的生产力 |
立足于全社会的网络环境，建立专业化的CAE网上连锁咨询店，实施网上经销、网上培训与咨询服务，以及计算量大的工程设计网上协同计算，使用户能够进行多专业、异地、协同、并行地设计分析与模拟仿真，实施工程与产品创新。
最近记者采访中国工程院崔俊芝院士时，他指出：“网上连锁经销与咨询服务必将成为CAE技术应用的一个发展方向。”
记者：CAE技术和软件在制造企业产品设计中已经有一些应用，但是，真正通过CAE来实现产品品质的提升，在产品设计阶段就通过CAE分析功能，发现和预测可能的设计问题，实现这样应用效果的企业还不太多。请问，CAE在工程与产品创新方面具有哪些重要的作用？
崔俊芝：CAE（计算机辅助工程）是一种迅速发展的信息技术，是实现重大工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，是支持工程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计的、最重要的工具和手段。
计算机辅助工程，从字面上讲它包括工程和制造业信息化的所有方面，但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品的功能、性能与安全可靠性进行计算、优化设计，对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真，及早发现设计缺损，改进和优化设计方案，证实未来工程/产品的可用性与可靠性。
CAE软件还是工程科学家进行科学和技术研究的三大手段之一。它可以帮助科学家揭示用物质实验手段尚不能表现的科学奥秘和科学规律。
同时，CAE也是工程科学家的研究成果理论、方法和科学数据的归属之一，做成软件和数据库，成为推动工程和产品创新的最新生产力。
记者：CAE技术和软件已经经历了几十年的发展历程，随着信息技术和网络化的发展，特别是随着企业应用逐步深入，您认为CAE技术和软件将在哪些方面会有跨越性的发展？
崔俊芝：CAE技术、产品及其软件产业，经过几十年的研究和发展，特别是从20世纪末期，随着信息技术的广泛应用，在强大需求的牵引下，CAE技术发展很快。我认为，CAE技术无论在CAE软件的功能、性能、软件技术上，还是在用户界面的智能化、使用环境的网络化，以及CAE软件企业的网上链锁咨询服务等方面都会有明显的发展。
CAE的发展不仅体现了需求牵引的特征，同时也充分体现了信息时代的全球化和网络化的发展特征。值得注意，随着互联网的普及，网格计算的发展，宽带通信技术的突破，通信、广播和计算机三网合一的实现，一个完全信息化的、充满着虚拟色彩，而又实实在在的新时代已经到来，它正在改变着现代人的工作、学习、交往和娱乐方式，实现处处可以学习，处处可以工作。全球网络化使得专业化的CAE软件企业开展网上链锁咨询服务成为可能。
立足于全社会的网络环境，建立专业化的CAE网上链锁咨询服务店，实施网上经销、网上培训与咨询服务，以及计算量大的工程设计网上协同计算，模拟仿真，使用户能够进行多专业、异地、协同、并行地设计与分析，实施工程与产品创新，这将成为CAE软件应用的一个发展方向。
这种网上连锁咨询店能否生存，关键在于能否建立一个自适应于当前社会环境的、实现知识产权保护和合理付费的机制。这种机制应该保证软件与数据产权的拥有者，能够依据合同条款从使用者那里获得合理的收益，并给用户提供一个方便地调用软件和访问数据，以及方便、合理的付费途径。
我们也要看到，CAE软件作为一个专业化的创新工具，不仅现在在企业推广应具有一定的难度，在实现专业化的CAE软件网上连锁营销、咨询服务方面也会遇到困难。其实，这不是一个技术性难题，而是一个涉及到知识产权意识和法律观念的问题。我相信，社会需求和潜在的巨额利润，会激励有志之士，摸着石头过河，一步步地解决这个难题，使CAE网上连锁营销、咨询服务店走上兴旺发达之路。
记者：目前，CAD等计算机辅助工具软件的发展，已经更多地在互通、易用、协同等方面进行研究和开发，不断推出新的升级版本。您刚才谈到CAE软件在功能方面的发展趋势，您能具体介绍一下未来的CAE软件能够使得用户更多、更好地实现哪些功能？
崔俊芝：CAE的功能发展趋势主要体现在七个方面。
其一，可变形体与多体耦合分析，实现形体变化与荷载变化并发状态下的可变形体系的动力与振动分析。例如，卫星天线、机器人、起落架。多体耦合状态下的静力、动力与振动分析，包括多体接触分析，多体耦合动力分析与多体耦合振动分析。例如，车辆与路轨，车辆与桥梁等。
其二，多相多态介质耦合分析。复杂的工程/产品大都是处在多物理场与多相多态介质非线性耦合状态下工作，其行为绝非是多个单一问题的迭加，这样就必须进行多物理场（力场、渗流场、温度场、电磁场等）的非线性耦合分析和多相与多态（流、固、气）介质的耦合分析。
其三，多目标优化设计计算。实现多物理场(热、力、电、磁……）耦合作用下的物理和力学性能的组合优化，以及材料及结构性能一体化的优化等多目标优化设计计算。
其四，多尺度耦合分析与材料-结构一体化计算、仿真与优化设计。目前，CAE软件基本上局限于宏观物理、力学模型的工程、产品分析。对于多物理场的强耦合问题、多相介质耦合问题，特别是多尺度耦合问题，目前尚没有统一、可靠的理论和方法，处于基础性前沿研究阶段，它们已经成为国内外科学家主攻的目标，由于其强烈的工业背景，基础研究的任何突破，都会被迅速纳入CAE软件，以支持新兴工程/工业产品的技术创新。
其五，从材料设计到工程/产品设计、仿真、优化于一体的CAE系统。随着计算材料科学的发展，不远的将来，计算机辅助于材料设计将会纳入CAE软件，实现从材料性能的预测、仿真，到构件与整个产品的设计、性能预测、系统仿真，形成集计算机辅助于材料设计、制备，到工程或产品的设计、仿真、优化于一体的新一代CAE系统。
其六，微机电系统分析与纳米计算。随着多物理场、多相介质耦合分析，多尺度分析理论与计算方法，以及深亚微米、纳米科学和技术的发展，以及开发微机电系统的强烈需求，专门用于微机电系统设计计算和系统仿真的CAE 软件正在开发，不久将会问世。
最后，CAE作为产品设计分析工具和手段，必然与先进的设计理念和工具紧密结合，将与CAI（计算机辅助创新）技术和工具相结合，开发出更加智能化的CAE 产品。
记者：请问，巨型计算机与网格计算技术的发展对CAE的发展将产生哪些影响和促进呢？
崔俊芝：CAE技术和软件的性能随着计算技术的发展而不断攀升其软件性能。
首先，已经出现基于超级计算机和计算机机群的并行计算CAE系统。值得指出，每秒百万亿次(135万亿次)的计算机系统已经问世,每秒千万亿次的计算机与机群系统即将诞生，适应这些大规模并行计算平台的新型高精度和高效率算法正迅速发展。新一代的CAE系统将能够解算数千万阶的代数方程组，能够实现对复杂工程/产品的实时和真三维仿真。
其次，互联网已经将千万台各类计算机连接在一起，专家们正在开发将互联网上所有计算机硬件、软件、数据库以其连接的实验设备统一和有效使用的网格计算技术。随着这一技术的成熟，一定会出现基于网格计算的CAE系统。
第三，将出现基于互联网的集成化与支持协同工作的CAE系统。随着分布式对象集成技术和网格计算技术的发展，以及大型工程和复杂产品开发中实施并行工程和研究设计集团的联合攻关，未来的用户将不再需要单一的CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM 和 ERP产品，它们需要基于互联网的、具有行业特色的、集成化与支持协同工作的套装系统。
这些系统，对大型工程和复杂产品设计具有十分重要的应用价值。例如发电厂、化工厂、飞机、轮船、高速列车以及航天技术产品等，它们由数万到数百万个构件和数以千计的设备组成，其设计、分析、安装模拟和运行仿真，都要涉及数个到数十个领域的专业技术人员。因此，基于Internet和Grid computing的异地、异构系统下的设计计算，实现对大型工程/复杂产品的全面分析和运行仿真，将成为CAE的一个十分重要发展方向。
记者：就CAE本身来讲，其主要的软件技术的发展态势怎样？
崔俊芝：经过多年的研究，目前，真三维图形处理与虚拟现实、数据库技术等CAE软件的支持技术都有了很大的进展。
计算机图形处理能力近年有了上百倍的提高，再加上三维图形算法、图形运算和参数化建模的发展，快速真三维的虚拟现实技术已经成熟。因此, CAE软件的三维实体建模，复杂的静态、动态物理场的虚拟现实技术将会实用化。
另一方面，高性能/价格比的大容量的存贮器及高速存取技术正在迅速发展， PC机的硬盘容量很快将由GB达到TB量级。用户将要求把更多的计算模型、设计方案、标准规范和知识性信息纳入CAE软件的数据库中。Internet和Grid computing环境下的数据库管理系统，将能够管理多用户并发存/取的、与时间/空间相关的、大量非结构化的、各种类型的数据。因此，高性能的、基于网格环境的、面向对象的工程数据库管理系统也将会出现在新一代的CAE软件中。
记者：企业信息化要取得成效，各种信息系统在企业中必需达到有效集成，否则，很难取得成效，集成是大趋势。在这方面，可能不仅仅是CAE软件本身需要集成，产业化的发展也需要集成。您认为在这方面如何发展才能更好地满足企业用户的深层次需求。
崔俊芝：顺应企业应用需求，CAE软件需要在集成化、专业化与属地化方面有进一步发展。在这方面，CAE软件企业需要有较好的产业化发展思路。
目前市场上多数CAD、CAE、CAM、PDM产品还是单一、孤岛式的，集成化程度不高。随着制造企业在产品开发方面的自主创新和实施并行工程，企业将需要与CAD、CAE、CAM、PDM无缝连接的、具有专业特色的CAE系统。
我认为，满足专业化属地用户的需求，即国外CAD/CAE/CAM/PDM 软件产品的中国化，以及中国出口软件的属地化，应该成为CAE软件开发商的经营之道。
同时，实现初级集成化的途径，如桥式软部件连接、共享数据库＋桥式软部件连接、建立基于Internet的、可支持二次开发的智能化信息交换平台等已经成熟。
值得关注的是，除了上面介绍的CAE技术的发展趋势外，CAE软件在用户界面与智能化等方面，也将随着企业应用需求的不断深化而呈现出新的发展趋势。 |
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