CAE作為一門新興的學科已經(jīng)逐漸的走下神壇，成為了各大企業(yè)中設計新產(chǎn)品過程中不可缺少的一環(huán)。傳統(tǒng)的CAE技術是指工程設計中的分析計算與分析仿真，具體包括工程數(shù)值分析、結構與過程優(yōu)化設計、強度與壽命評估、運動/動力學仿真，驗證未來工程/產(chǎn)品的可用性與可靠性。
　　
　　如今，隨著企業(yè)信息化技術的不斷發(fā)展，CAE軟件與CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP一起，已經(jīng)成為支持工程行業(yè)和制造企業(yè)信息化的主導技術，在提高工程/產(chǎn)品的設計質(zhì)量，降低研究開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期方面都發(fā)揮了重要作用，成為實現(xiàn)工程/產(chǎn)品創(chuàng)新的支撐技術。
　　
　　雖然CAE技術經(jīng)過近50年的洗禮已經(jīng)逐漸成熟，但對于一門新技術發(fā)展成熟則需要面對無數(shù)的挑戰(zhàn)，而對于CAE技術的用戶企業(yè)與CAE軟件提供商發(fā)展至今而言，仍然面臨著如軟件使用復雜、工程師理論知識欠缺、缺少實踐經(jīng)驗、CAD與CAE的集成、仿真數(shù)據(jù)管理分散、計算機硬件與軟件結合以及計算速度等諸多實際問題和挑戰(zhàn)。
　　
　　CAE技術的內(nèi)容
　　
　　CAE技術主要包括以下三個方面的內(nèi)容：
　　
　　(1)有限元法的主要對象是零件級，包括結構剛度、強度分析、非線性和熱場計算等內(nèi)容;
　　
　　(2)仿真技術的主要對象是分系統(tǒng)或系統(tǒng)，包括虛擬樣機、流場計算和電磁場計算等內(nèi)容;
　　
　　(3)優(yōu)化設計的主要對象是結構設計參數(shù)。
　　
　　CAE技術面臨的問題
　　
　　1) CAE軟件的易用性。虛擬仿真涉及到大量的數(shù)學和力學問題。因此，傳統(tǒng)的CAE軟件被稱為“只有博士才能用好的軟件”，作為“陽春白雪”的技術，長期得不到普及應用。如何能夠讓擁有豐富設計經(jīng)驗和制造業(yè)專業(yè)背景的工程師能夠?qū)�CAE軟件應用到產(chǎn)品研發(fā)設計過程當中，實現(xiàn)普及應用，是一個十分重要的問題。
　　
　　2) CAE知識的積累與傳承。同樣的產(chǎn)品模型，應用同樣的CAE軟件，但不同的分析工程師，由于知識和經(jīng)驗的差異，分析出來的結果差異會很大。因此，企業(yè)如何建立自己的虛擬仿真規(guī)范和知識庫，實現(xiàn)對虛擬仿真知識的捕捉和重用，如何將經(jīng)驗豐富的分析專家的仿真知識和仿真流程傳承給新入門的分析工程師，是企業(yè)真正應用好CAE技術的關鍵。
　　
　　3)仿真流程的規(guī)范化與自動化。對產(chǎn)品進行虛擬仿真涉及到十分復雜的流程，而應用單元的CAE產(chǎn)品，需要手工管理仿真流程，導致虛擬仿真的效率不高。如何實現(xiàn)虛擬仿真流程的自動化，創(chuàng)建完整的仿真流程模板，并且能夠根據(jù)各個學科仿真的需求動態(tài)調(diào)整網(wǎng)格模型，對于提升虛擬仿真的效率和質(zhì)量非常關鍵。
　　
　　4)對虛擬仿真的結果的評價。如何將虛擬仿真與實際的物理試驗結合起來，提高虛擬仿真結果的置信度，從而真正減少物理樣機和物理試驗的數(shù)量，在提高產(chǎn)品性能的同時，降低產(chǎn)品研發(fā)成本，提高產(chǎn)品研發(fā)的成功率和研發(fā)效率。
　　
　　5)多學科仿真與優(yōu)化。各個領域的虛擬仿真結果得出了局部的性能仿真和改進建議，但是，單元的CAE產(chǎn)品無法實現(xiàn)產(chǎn)品整體性能提升，只能解決局部優(yōu)化問題，無法解決全局優(yōu)化問題。
　　
　　6)仿真數(shù)據(jù)的管理。在虛擬仿真的過程中，生成了海量的、不同類型的仿真文檔和數(shù)據(jù)，對應不同的分析結果。如何**管理仿真文檔，如何建立分析文檔與產(chǎn)品模型的對應關系，是CAE技術深化應用必須解決的問題。
　　
　　7)多場耦合分析。在解決一些復雜的仿真問題過程中，設計到多物理場耦合分析的問題，如流固耦合問題，這對于單純提供某個領域仿真技術的CAE廠商而言，是一個巨大挑戰(zhàn)。
　　
　　8)研發(fā)組織架構如何支持仿真驅(qū)動設計。在制造企業(yè)傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)流程當中，虛擬仿真技術還不在主流程之中，虛擬仿真技術人員往往屬于一個專門的部門。如何在企業(yè)中將虛擬仿真技術真正融入產(chǎn)品研發(fā)流程當中，調(diào)整企業(yè)研發(fā)部門的組織架構和研發(fā)組織體系，使仿真分析工程師與設計、工藝和制造工程師協(xié)同工作，實現(xiàn)從事多個學科虛擬仿真的工程師之間的協(xié)作，真正實現(xiàn)仿真驅(qū)動設計，是一個巨大的挑戰(zhàn)。另外，如何在上下游企業(yè)之間進行虛擬仿真的協(xié)同，則更是一個難題。
　　
　　9)虛擬仿真軟件與優(yōu)化軟件的結合。虛擬仿真軟件只能完成仿真計算，卻不能解決優(yōu)化問題，應用虛擬仿真軟件是一個試錯過程。因此，虛擬仿真技術如何與優(yōu)化技術**結合，是一個重要挑戰(zhàn)。
　　
　　10)仿真技術如何跟上計算機硬件技術的發(fā)展。目前，多核CPU、GPU、刀片工作站、串口服務器等硬件技術發(fā)展迅速，充分利用多核CPU、HPC、并行計算等新興技術，來提高虛擬仿真的效率，是一個重要的問題。
　　
　　CAE技術的應用實例
　　
　　設計發(fā)動機機油箱時，對原設計的結構進行分析，結果表明如果各安裝位置間沒有相對位移，那么結構應力遠小于許用值，結構不會發(fā)生損壞。進一步分析表明，即使安裝位置間有一毫米的相對位移，危險部位也將產(chǎn)生很大的應力而引起破壞，這就需要選擇適當?shù)陌惭b固定方式，為改進設計提供了理論依據(jù)。
　　
　　為解決型號車多次出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)共振問題，對傳動系統(tǒng)作了多次扭振性能計算，最終找到了合適的聯(lián)軸器參數(shù)，這些參數(shù)在新的設計方案中得到了應用，并通過了實車考核，至今未出現(xiàn)過同類問題。
　　
　　對兩棲車等水上推進器進行了數(shù)十個方案比較，選出了**方案，省去了多次性能試驗，僅以每次直接試驗費用15萬元計算，效益也是很可觀的，這還不包括縮短生產(chǎn)時間所帶來的好處。部分分析結果已經(jīng)得到了相關實驗的驗證，兩者誤差不超過5%，充分說明了分析的**性。
　　
　　對某型車總體動力學性能進行仿真計算，得到了底盤在通過垂直墻、跨壕溝、爬坡等過程中車輛的一些重要參數(shù)及重要零部件所承受的載荷，為深入了解整車性能和確定零部件載荷打下了基礎，其中大部分參數(shù)是以往很難得到的，甚至在設計階段是不可能得到的，這對指導設計有著重要意義。
　　
　　CAE技術的發(fā)展趨勢
　　
　　CAE技術的發(fā)展趨勢可以概括為，采用**進的信息技術，吸納**的科學知識和方法，擴充CAE軟件的功能以提高其性能。
　　
　　這主要包括以下三方面的內(nèi)容。
　　
　　(1)功能、性能和軟件技術方面：包括三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實、面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、多相多態(tài)介質(zhì)耦合、多物理場耦合以及多尺度耦合分析以及適應于超級并行計算機和機群的高性能CAE求解技術。
　　
　　(2)多媒體用戶界面與智能化：包括多媒體的用戶界面、增強的建模和數(shù)據(jù)處理功能以及智能化用戶界面。
　　
　　(3)CAE軟件的無縫集成：多種專業(yè)領域的CAE計算分析軟件的集成化，實現(xiàn)對大型工程和復雜產(chǎn)品的**計算分析和運行仿真，將成為CAE軟件集成化的另一個重要方向。
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