CAE的現(xiàn)狀和未來(lái)-崔俊芝院士分析.ppt

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1、計(jì)算機(jī)輔助工程（）的現(xiàn) 狀和未來(lái) 摘 要 計(jì)算機(jī)輔助工程 （ CAE） 是一種迅速 發(fā)展的信息技術(shù) ， 是實(shí)現(xiàn)重大工程和工 業(yè)產(chǎn)品的計(jì)算分析 、 模擬仿真與優(yōu)化設(shè) 計(jì)的工程軟件 ， 是支持工程科學(xué)家進(jìn)行 創(chuàng)新研究和工程師進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的 、 最 重要的工具和手段 。 本報(bào)告將扼要敘述 CAE技術(shù)及其軟件的現(xiàn)狀 ， 并展望最近十 年的發(fā)展趨勢(shì) 。 一概 述 計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE)，從字面上 講它包括工程和制造業(yè)信息化的所有方 面，但是傳統(tǒng)的 CAE主要指用計(jì)算機(jī)對(duì) 工程和產(chǎn)品的功能 、 性能與安全可靠性 進(jìn)行計(jì)算 、優(yōu)化設(shè)計(jì) ，對(duì)未來(lái)的工作狀 態(tài)和運(yùn)行行為進(jìn)行模擬仿真，及早發(fā)現(xiàn) 設(shè)計(jì)缺隕，改進(jìn)

2、和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，證實(shí) 未來(lái)工程 /產(chǎn)品的可用性與可靠性。 工程師進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要手 段和工具 工程和制造企業(yè)的生命力在于工 程 /產(chǎn)品的創(chuàng)新，而對(duì)于工程師 來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的關(guān)鍵，除了設(shè) 計(jì)思想和概念之外，最主要的技 術(shù)手段，就是采用先進(jìn)可靠的 CAE軟件 . 科學(xué)家進(jìn)行創(chuàng)新研究的重要手 段 科學(xué)計(jì)算是現(xiàn)代科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)和技術(shù) 研究的三大手段之一。它可以幫助科學(xué) 家揭示用物質(zhì)實(shí)驗(yàn)手段尚不能表現(xiàn)的科 學(xué)奧秘和科學(xué)規(guī)律。 同時(shí)，它也是工程科學(xué)家的研究成果 -理 論、方法和科學(xué)數(shù)據(jù) -的歸屬之一，做成 軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，成為推動(dòng)工程和社會(huì)進(jìn) 步的最新生產(chǎn)力。 CAE軟件是迅速發(fā)展中的計(jì) 算力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)

3、、相關(guān)的工程 科學(xué)、工程管理學(xué)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 科學(xué)和技術(shù)相結(jié)合，而形成的一 種綜合性、知識(shí)密集型信息產(chǎn)品。 CAE軟件分類(lèi) 針對(duì)特定類(lèi)型的工程 /產(chǎn)品所開(kāi)發(fā)的用于 產(chǎn)品性能分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化計(jì)算的軟件， 稱(chēng)為專(zhuān)用 CAE軟件。 可以對(duì)多種類(lèi)型的工程 /產(chǎn)品的工程行為 進(jìn)行計(jì)算分析，模擬仿真，性能預(yù)測(cè)、 評(píng)價(jià)與優(yōu)化的軟件，稱(chēng)為通用 CAE軟件。 通用 CAE軟件主要由有限元軟件 、優(yōu)化 設(shè)計(jì)軟件、計(jì)算流體軟件、電磁場(chǎng)計(jì)算 軟件、最優(yōu)控制軟件和其它專(zhuān)業(yè)性的計(jì) 算軟件組成。 CAE技術(shù)已經(jīng)成熟， CAE軟件的可 用性、可靠性和計(jì)算效率問(wèn)題已經(jīng) 基本解決。 CAE與 CAD / CAM CAPP PDM

4、/ ERP軟件一起，已經(jīng)成為企業(yè)家和 工程師們實(shí)現(xiàn)工程 /產(chǎn)品創(chuàng)新的得力 助手和有效工具。同時(shí)，也已成為 專(zhuān)家、教授進(jìn)行研究重要手段。 CAE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)信息化的重要技術(shù)，它們已經(jīng) 在提高工程 /產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低研究 開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期方面發(fā)揮了重 要作用，成為實(shí)現(xiàn)工程 /產(chǎn)品創(chuàng)新的支撐 技術(shù)。 發(fā)展趨勢(shì) 擴(kuò)充 CAE功能，實(shí)現(xiàn)多結(jié)構(gòu)耦合分 析，實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)耦合分析，多尺 度耦合分析，以及結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其 材料的一體化設(shè)計(jì)計(jì)算與模擬仿真。 基于 Internet/Intranet = Grid Computing 的

5、、 CAD CAE CAM / CAPP PDM / ERP的集成化 、 網(wǎng) 絡(luò)化、 智能化 。 二現(xiàn) 狀 計(jì)算機(jī)輔助工程計(jì)算起源于五十年代 中期 。 實(shí)用的 CAE軟件誕生于七十年代初期 。 從七零年到八五年的十五年 ， 是 CAE 軟件的功能和算法的擴(kuò)充和完善期 ， 到 八十年代中期 ， 逐步形成了商品化的通 用和專(zhuān)用 CAE軟件 。 到八十年代后期國(guó)際上知名的 CAE 軟件有 NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, DYN 3D, MARC, ASKA, DYNA, MODULEF、 FASTRAN 等。 國(guó)內(nèi)的 CAE軟件主要是 JIFEX, FEM, FEPS等。 它們都是采

6、用結(jié)構(gòu)化軟件設(shè) 計(jì)方法 、用 FORTRAN語(yǔ)言和數(shù) 據(jù)文件管理技術(shù)，開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)化 軟件。 近十五年 CAE的發(fā)展，不僅是 擴(kuò)充了軟件的功能、性能，更重要 的是擴(kuò)充了用戶(hù)界面，前、后處理 能力；對(duì)數(shù)據(jù)管理和圖形部份，進(jìn) 行了重大的改造。新增的軟件成分 大都采用了面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)和 C+語(yǔ)言。 近十五年 CAE軟件發(fā)展很快， 目前市場(chǎng)上的 CAE軟件，在功能、 性能、可用性 可靠性方面，基 本上滿(mǎn)足了用戶(hù)的需求，它們可 以運(yùn)行在超級(jí)并行機(jī)，大、中、 小、微等各類(lèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上。 通用 CAE的算法與軟件模塊 前處理 三維實(shí)體建模與參數(shù)化建模， 構(gòu)件的布爾運(yùn)算， 有限元自動(dòng)剖分與節(jié)點(diǎn)自動(dòng)編號(hào)， 節(jié)

7、點(diǎn)參數(shù)自動(dòng)生成， 荷載與材料數(shù)據(jù)輸入與公式化導(dǎo)入， 節(jié)點(diǎn)荷載自動(dòng)生成， 有限元模型信息自動(dòng)生成 有限元分析 有限單元庫(kù)， 材料庫(kù)及相關(guān)算法庫(kù)， 約束處理算法， 靜力、動(dòng)力、振動(dòng)、線性與非線 性解法庫(kù)及相應(yīng)的有限元系統(tǒng)組裝 模塊庫(kù)， 單元內(nèi)物理場(chǎng)計(jì)算等 , .。 有限元分析子系統(tǒng) 根據(jù)工程問(wèn)題的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)特征，有 限元分析可以分解成若干個(gè)子問(wèn)題子系統(tǒng) : 線性靜力分析子系統(tǒng) , 動(dòng)力及高速碰撞分析子系統(tǒng) , 振動(dòng)模態(tài)分析子系統(tǒng) , 非線性分析子系統(tǒng) , 多體耦合與接觸分析子系統(tǒng) , 熱分析與熱 -力耦合分析子系統(tǒng) CAE軟件的計(jì)算分析與模擬仿真能力 ， 主要決定于單元庫(kù)和材料庫(kù)的豐富和完

8、善程度 ， 單元庫(kù)包含的單元類(lèi)型越多 ， 材料庫(kù)包括的材料特性種類(lèi)越全 ， 其對(duì) 工程 /產(chǎn)品的分析與仿真能力就越強(qiáng) 。 知名 CAE軟件的單元庫(kù)一般都有百余 種單元 ， 并擁有一個(gè)比較完善的材料庫(kù) 。 CAE軟件的計(jì)算效率和計(jì)算結(jié)果的 精度，主要決定于解法庫(kù)；如果解法庫(kù) 包含了各種不同類(lèi)型的高性能求解算法， 那它就會(huì)對(duì)不同類(lèi)型、不同規(guī)模的問(wèn)題， 以較快的速度和較高的精度給出計(jì)算結(jié) 果。先進(jìn)高效的求解算法與常規(guī)的求解 算法相比，在計(jì)算效率上可能有幾倍、 幾十倍，甚至幾百倍的差異，特別是在 并行計(jì)算機(jī)環(huán)境下運(yùn)行。 后處理 有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)平滑， 各種物理量的加工與顯示， 根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)工程

9、/產(chǎn)品按工程規(guī)范 進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)， 優(yōu)化設(shè)計(jì)， 配筋設(shè)計(jì)與繪制設(shè)計(jì)圖， . 前后處理是近十多年發(fā)展最快的 CAE軟件成份，它們是 CAE軟件滿(mǎn)足用 戶(hù)需求，使通用軟件專(zhuān)業(yè)化、屬地化， 并實(shí)現(xiàn)與 CAD、 CAM、 CAPP、 PDM等 軟件無(wú)縫集成的關(guān)鍵成份； 通過(guò) 增加面 向行業(yè)的數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化算法模塊 實(shí)現(xiàn) 了特定行業(yè)的有效應(yīng)用 . ANSYS軟件通過(guò) 增設(shè)與 CAD 軟件的 接口模塊，實(shí)現(xiàn)了與 Pro/Engineer， CADDS， Unigraphic， Solidedge， CADIA， Solidworks， MDT以及 SolidDesigner， MicroStation等

10、軟件的有 效集成。 2021/1/27 用戶(hù)界面 用戶(hù)界面包括交互式圖形界面， 數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出宏命令 , CAE相關(guān)的 GUI圖符， 智能化用戶(hù)界面支持系統(tǒng) (專(zhuān)家系統(tǒng)）。 有些 CAE軟件擁有專(zhuān)用的智能化用戶(hù) 界面，能夠幫助用戶(hù)選擇單元形態(tài)，分 析流程，判斷分析結(jié)果等，使用戶(hù)使用 CAE軟件，就像使用“傻瓜”相機(jī)一樣， 具有一按即得的功效。 國(guó)產(chǎn)的“傻瓜”型機(jī)械 CAE軟件已經(jīng) 聞世兩年。 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù) 不同的 CAE軟件采用的數(shù)據(jù)管理技術(shù) 不同：文件管理系統(tǒng)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管 理系統(tǒng)，面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫(kù)管理系 統(tǒng)等； 數(shù)據(jù)庫(kù)：標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)，典型工程產(chǎn) 品的結(jié)構(gòu) 圖形庫(kù)，常規(guī)材料特性數(shù)

11、據(jù)庫(kù)， 相關(guān)的國(guó)家國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范庫(kù)，以及 有關(guān)的知識(shí)庫(kù)等 。 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)成為大型 應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的核心，它們?yōu)?CAE軟件的功能擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)與 CAD、 CAM 軟件的連接運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)劣，對(duì)大 型 CAE軟件的運(yùn)行效率影響極大。統(tǒng)計(jì) 資料表明， CAE軟件在運(yùn)行中， 70左 右的時(shí)間是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 目前國(guó)際上先進(jìn) CAE軟件功能 靜力和擬靜力的線性與非線性分析 線性與非線性動(dòng)力分析 穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱分析 電磁場(chǎng)和電流分析 流體計(jì)算 聲場(chǎng)與波的傳波計(jì)算， 。 靜力和擬靜力的線性與非線性分析 各種單一和復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)的彈性、 彈塑性、塑性、蠕變、膨脹、

12、幾何大變 形、大應(yīng)變、疲勞、斷裂、損傷，以及 多體彈塑性接觸在內(nèi)的變形與應(yīng)力應(yīng)變 分析。 線性與非線性動(dòng)力分析 各種動(dòng)荷載、爆炸與沖擊荷載作用下 的時(shí)程分析， 振動(dòng)模態(tài)分析， 交變荷載與諧波響應(yīng)分析， 隨機(jī)地震荷載及隨機(jī)振動(dòng)分析， 屈曲與穩(wěn)定性分析等。 穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)與熱 -力耦合 分析 熱傳導(dǎo)分析， 對(duì)流和幅射狀態(tài)下的熱分析， 相變分析， 熱 /結(jié)構(gòu)耦合分析， 。 電磁場(chǎng)和電流分析 靜態(tài)和交變態(tài)的電磁場(chǎng)分析， 電流與壓電行為分析， 電磁 /結(jié)構(gòu)耦合分析， .。 流體計(jì)算 常規(guī)的管內(nèi)和外場(chǎng)的層流與端 流分析， 熱 /流耦合分析， 流 /固耦合分析， .。 聲場(chǎng)與波的傳波計(jì)算 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)及

13、噪聲計(jì)算， 固體、流體和空氣中波的傳播 計(jì)算， .。 伴隨著 CAE的發(fā)展， CAE 與 CAD/CAM /CAPP/PDM 一起已經(jīng)形成 了一個(gè)包括研究、開(kāi)發(fā)、營(yíng)銷(xiāo)、咨詢(xún)、 培訓(xùn)服務(wù)在內(nèi)的軟件產(chǎn)業(yè)，這是一個(gè)對(duì) 工程和產(chǎn)品制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新有重大影 響的軟件產(chǎn)業(yè)，它已經(jīng)并會(huì)繼續(xù)對(duì)國(guó)民 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。 三發(fā) 展 趨 勢(shì) 功能 性能 軟件技術(shù) 用戶(hù)界面與智能化 網(wǎng)絡(luò)化與 CAE網(wǎng)上鏈鎖店 3.1 功能 可變形體與多體耦合分析， 多相多態(tài)介質(zhì)耦合分析， 多物理場(chǎng)耦合分析， 多尺度耦合分析， 從材料設(shè)計(jì)到工程 /產(chǎn)品設(shè)計(jì)、集仿真與 優(yōu)化于一體的 CAE系統(tǒng)， 微機(jī)電系統(tǒng)分析。 可變形體系與多體

14、耦合分析 形體變化與荷載并發(fā)狀態(tài)下可變形體系 的動(dòng)力與振動(dòng)分析。例如，衛(wèi)星天線、 機(jī)器人、起落架。 多體耦合狀態(tài)下的靜力、動(dòng)力與振動(dòng)分 析：多體接觸分析，多體耦合動(dòng)力分析 與多體耦合振動(dòng)分析。例如，車(chē)輛與路 軌，車(chē)輛與橋梁等。 多相多態(tài)介質(zhì)耦合與多物理場(chǎng)耦 合分析 復(fù)雜的工程 /產(chǎn)品大都是處在多物理場(chǎng)與多 相多態(tài)介質(zhì)非線性耦合狀態(tài)下工作，其行為絕非 是多個(gè)單一問(wèn)題的迭加。 多物理場(chǎng)（力場(chǎng)、滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、 電磁場(chǎng)等）非線性耦合分析， 多相與多態(tài)（流、固、氣）介質(zhì)耦合 分析。 多尺度耦合分析 從基本材料的組份與構(gòu)造到復(fù)合材料，從 復(fù)合材料做成構(gòu)件，再由構(gòu)件裝配成工程 /產(chǎn)品， 存在著從微觀、細(xì)觀

15、到宏觀的多尺度現(xiàn)象；不 同的尺度服從于不同的物理、力學(xué)模型；通過(guò) 對(duì)宏觀模型的細(xì)分，不能導(dǎo)致細(xì)觀和微觀模型； 相反，通過(guò)微觀和細(xì)觀模型的無(wú)限迭加，也難 導(dǎo)致宏觀模型。因此，在工程 /產(chǎn)品的精細(xì)分析 中，客觀地會(huì)遇到多尺度模型的耦合問(wèn)題。目 前的 CAE軟件，都是僅限于宏觀物理、力學(xué)模 型的工程 /品分析。 對(duì)于多物理場(chǎng)的強(qiáng)耦合問(wèn)題、多相多態(tài)介質(zhì)耦 合問(wèn)題，特別是多尺度耦合問(wèn)題，目前尚沒(méi)有 成熟可靠的理論，尚處于基礎(chǔ)性前沿研究，它 們已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外科學(xué)家主攻的目標(biāo)，由于其 強(qiáng)烈的工業(yè)背景，基礎(chǔ)研究的任何突破，都會(huì) 被迅速納入 CAE軟件，以支持新興工程 /工業(yè) 產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新。 從材料設(shè)計(jì)到工程

16、 /產(chǎn)品設(shè)計(jì)、集 仿真、優(yōu)化于一體的 CAE系統(tǒng) 隨著計(jì)算材料科學(xué)的發(fā)展，不遠(yuǎn)的 將來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助于材料設(shè)計(jì)將會(huì)納入 CAE軟件，實(shí)現(xiàn)從材料性能的預(yù)測(cè)、仿 真，到構(gòu)件與整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、性能預(yù) 測(cè)、系統(tǒng)仿真，形成集計(jì)算機(jī)輔助于材 料設(shè)計(jì)、制備，到工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、 仿真、優(yōu)化于一體的新一代 CAE系統(tǒng)。 微機(jī)電系統(tǒng)分析 隨著多物理場(chǎng)、多相、多態(tài)介質(zhì)耦合理 論與亞微米、納米科學(xué)的發(fā)展，以及微 機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的強(qiáng)烈需求，專(zhuān)門(mén)用于微 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算和系統(tǒng)仿真的 CAE 軟 件正在開(kāi)發(fā)，不久將會(huì)問(wèn)世。 3.2 性能 基于超級(jí)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)群的并行計(jì)算 CAE系統(tǒng)， 基于網(wǎng)格計(jì)算的 CAE系統(tǒng)， 基于互聯(lián)

17、網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工作的 CAE系統(tǒng) 適應(yīng)于超級(jí)計(jì)算機(jī)和機(jī)群并行 計(jì)算 CAE系統(tǒng) 每秒千萬(wàn)億次的計(jì)算機(jī)與機(jī)群系統(tǒng)即 將誕生，適應(yīng)這些大規(guī)模并行計(jì)算平臺(tái) 的新型高精度和高效率算法正迅速發(fā)展。 新一代的 CAE系統(tǒng)將能夠解算上千萬(wàn) 階級(jí)方程組，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜工程產(chǎn) 品的實(shí)時(shí)和真三維仿真。 基于網(wǎng)格計(jì)算的 CAE系統(tǒng) 互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將千萬(wàn)臺(tái)各類(lèi)計(jì)算機(jī) 連接在一起， 人們正在開(kāi)發(fā)將互聯(lián) 網(wǎng)上所有計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù) 庫(kù)以及連接的實(shí)驗(yàn)設(shè)備統(tǒng)一和有效 使用的 網(wǎng)格計(jì)算技術(shù) 。隨著這一技 術(shù)的成熟，一定會(huì)出現(xiàn)基于網(wǎng)格計(jì) 算的 CAE系統(tǒng) 基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié) 同工作的 CAE系統(tǒng) 隨著分布式對(duì)象集成

18、技術(shù)和網(wǎng)格計(jì)算 技術(shù)的發(fā)展，大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 中實(shí)施并行工程，以及研究集團(tuán)的聯(lián)合 攻關(guān)，未來(lái)的用戶(hù)將不再需要單一的 CAD、 CAE、 CAM、 CAPP、 PDM 和 ERP產(chǎn)品，它們需要基于互聯(lián)網(wǎng) (JAVA) 的、具有行業(yè)特色的、集成化與支持協(xié) 同工作的的套裝系統(tǒng)。 大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品，例如發(fā)電廠 化工廠 飛機(jī) 輪 船及機(jī)車(chē)車(chē)輛等， 它們由數(shù)萬(wàn)到數(shù)百萬(wàn)個(gè)構(gòu)件和數(shù)以千計(jì) 的設(shè)備組成，其設(shè)計(jì) 分析 安裝模擬 和運(yùn)行過(guò)程仿真，都要涉及數(shù)個(gè)到數(shù)十 專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員。因此，基于 Internet和 Grid computing的異地 異構(gòu) 系統(tǒng)下的 計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型工程 復(fù)雜產(chǎn)品的

19、全面分析和運(yùn)行仿真，將成 為 CAE的另一個(gè)重要發(fā)展方向。 3.3 軟件技術(shù) 真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實(shí)， 基于 Internet和 Grid computing的面向?qū)?象的工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及工程數(shù)據(jù)庫(kù)。 真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實(shí) 隨著 DSP芯片的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形處 理能力近年有了上百倍的提高，再加上 三維圖形算法、圖形運(yùn)算和參數(shù)化建模 的發(fā)展，快速真三維的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已 經(jīng)成熟。因此 , CAE軟件的三維實(shí)體建 模，復(fù)雜的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)物理場(chǎng)的虛擬現(xiàn) 實(shí)技術(shù)將會(huì)有大發(fā)展。 基于 Internet和 Grid computing 的面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及 工程數(shù)據(jù)庫(kù) 高性能價(jià)格比的大容

20、量的存貯器 及其高速存取技術(shù)在迅速發(fā)展， PC機(jī)的 硬盤(pán)容量很快將由 GB達(dá)到 TB量級(jí)。 用戶(hù)將要求把更多的計(jì)算模型、設(shè) 計(jì)方案、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和知識(shí)性信息納入 CAE軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)中。 Internet和 Grid computing環(huán)境下的數(shù)據(jù) 庫(kù)管理系統(tǒng)，必須能夠管理多用戶(hù)并發(fā) 存取的 、 與時(shí)間空間相關(guān)的 、 大量 非結(jié)構(gòu)化的 、各 種類(lèi)型的數(shù)據(jù)。 高性能的 、 基于網(wǎng)格環(huán)境的 、 面向?qū)ο?的工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)在新一 代的 CAE軟件中。 Internet和 Grid computing環(huán)境下的數(shù)據(jù) 庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)該具有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，面 向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)及其管理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，支 持抽象數(shù)據(jù)

21、模型定義，分布式 、異構(gòu)、 虛擬計(jì)算環(huán)境與多用戶(hù)并發(fā) I/O狀態(tài)下的 數(shù)據(jù)管理， Internet和 Grid computing環(huán) 境下的高級(jí)存儲(chǔ)與查詢(xún)語(yǔ)言，訪問(wèn)權(quán)限 與數(shù)據(jù)所有權(quán)的保護(hù)，異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí) / 空一致性和有效性檢驗(yàn)，系統(tǒng)異常狀態(tài) 下的數(shù)據(jù)一致性恢復(fù)等。 3.4 用戶(hù)界面 多媒體用戶(hù)界面 智能化用戶(hù)界面 多媒體用戶(hù)界面 計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)正在迅猛發(fā)展，狹 義的語(yǔ)音輸入輸出已成現(xiàn)實(shí)，計(jì)算機(jī) 視覺(jué)系統(tǒng)已能在一定范圍內(nèi)分析體態(tài)、 眼神和手勢(shì)，隱含信息請(qǐng)求的數(shù)據(jù)發(fā)掘 技術(shù)也已冒泡，會(huì)聽(tīng)、看、說(shuō)、寫(xiě)和學(xué) 習(xí)的計(jì)算機(jī)即將聞世，這些多媒體技術(shù) 一定會(huì)使未來(lái) CAE軟件的用戶(hù)界面具有 更強(qiáng)的直觀、直

22、感和直覺(jué)性，給用戶(hù)帶 來(lái)極大便利 智能化用戶(hù)界面 CAE軟件是一個(gè)多學(xué)科交叉的、綜 合性的知識(shí)密集型產(chǎn)品，它由數(shù)百到數(shù) 千個(gè)算法模塊組成，其數(shù)據(jù)庫(kù)存放著眾 多的設(shè)計(jì)方案、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，行業(yè)性的標(biāo) 準(zhǔn)、規(guī)范，以及判定設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果正 確與否的知識(shí)性規(guī)則。 怎么使用軟件？怎么判定計(jì)算結(jié)果？ 支持用戶(hù)有效地使用這些軟件的專(zhuān)家系 統(tǒng)，將成為用戶(hù)界面的重要組成部分。 3.5 集成化、 專(zhuān)業(yè)化與屬地化 目前多數(shù)還是 單一、孤島式的 CAD、 CAE、 CAM、 PDM產(chǎn)品， 集成化程 度不高。 隨著實(shí)施并行工程，加入 WTO和互 聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，科研人員和中、小企 業(yè)用戶(hù)將不再需要單一的 CAD、 CAE、 CA

23、M、 PDM產(chǎn)品。他們需要 具有專(zhuān)業(yè)特色的、集成化的套裝支 持系統(tǒng)。 滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)化屬地用戶(hù)的需求，即國(guó) 外 CAD CAE CAM PDM 軟件 中國(guó)化，以及中國(guó)出口軟件的屬地 化，應(yīng)該成為 CAE軟件開(kāi)發(fā)商的經(jīng) 營(yíng)之道。 實(shí)現(xiàn)初級(jí)集成化的若干途徑 直接的橋式軟部件連接 共享數(shù)據(jù)庫(kù)橋式軟部件連接 建立基于 Internet的、可支持二 次開(kāi)發(fā)的智能化信息交換平臺(tái)。 力元智能信息交換協(xié)作平臺(tái) 信息傳輸與交換平臺(tái)， 企業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)， 協(xié)同工作平臺(tái)。 （端口池，數(shù)據(jù)傳感器） 3.6 CAE網(wǎng)上鏈鎖店 隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及， 網(wǎng)格計(jì)算的發(fā) 展， 寬帶通信技術(shù)的突破，通信、廣播 和計(jì)算機(jī)三網(wǎng)合一的步伐定會(huì)加

24、快，一 個(gè)完全信息化的、充滿(mǎn)著虛擬色彩，而 又實(shí)實(shí)在在的新時(shí)代即將到來(lái)，它將改 變現(xiàn)代人的工作、學(xué)習(xí)、交往和娛樂(lè)方 式，實(shí)現(xiàn)處處可以學(xué)習(xí)，處處可以工作。 立足于全社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，建立專(zhuān)業(yè)化 的 CAE網(wǎng)上鏈鎖店，實(shí)施網(wǎng)上經(jīng)銷(xiāo)、網(wǎng) 上培訓(xùn)與咨詢(xún)服務(wù)，以及計(jì)算量大的工 程計(jì)算網(wǎng)上運(yùn)行，使用戶(hù)能夠進(jìn)行多專(zhuān) 業(yè) 異地 協(xié)同 并行地設(shè)計(jì)與分析， 實(shí)施工程與產(chǎn)品創(chuàng)新，必將成為 CAE軟 件業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向 這種網(wǎng)上鏈鎖店能否生存，關(guān)鍵在 于能否建立一個(gè)自適應(yīng)于當(dāng)前社會(huì)環(huán)境 的、實(shí)現(xiàn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和合理付費(fèi)的機(jī) 制，這種機(jī)制應(yīng)該保證軟件與數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán) 的擁有者，能夠依據(jù)合同條款從使用者 那里獲得合理的收益，并給用戶(hù)提供一 個(gè)方便地調(diào)用軟件和訪問(wèn)數(shù)據(jù)，以及方 便合理的付費(fèi)途徑。 這不是一個(gè)技術(shù)性難題，而是一個(gè) 涉及到觀念和法律的問(wèn)題； 社會(huì)需求和潛在的巨額利潤(rùn)，會(huì)刺 激有志之士，摸著石頭過(guò)河，一步步地 解決這個(gè)難題，使 CAE網(wǎng)上鏈鎖店走上 興旺發(fā)達(dá)之路。 ANSYS公司已經(jīng)和 HP、 EAI合作創(chuàng) 建了一種針對(duì) ANSYS的網(wǎng)上經(jīng)銷(xiāo)服務(wù)體 系。 工程和產(chǎn)品創(chuàng)新為 CAE 發(fā)展 提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，信息技術(shù)的飛 速發(fā)展為 CAE技術(shù)的提升提供了技 術(shù)基礎(chǔ)。 CAE技術(shù)將會(huì)隨著工程科 學(xué)的迅速發(fā)展而有一個(gè)更為輝煌燦 爛的明天。