计算机辅助工程（ＣＡＥ）的现状和未来---（三）发展趋势

三．发展趋势
•功能
•性能
•软件技术
•用户界面与智能化
•网络化与CAE网上链锁店

3.1 功能
•可变形体与多体耦合分析，
•多相多态介质耦合分析，
•多物理场耦合分析，
•多尺度耦合分析，
•从材料设计到工程/产品设计、集仿真与优化于一体的CAE系统，
•微机电系统分析。

可变形体系与多体耦合分析
•形体变化与荷载并发状态下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：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。

多相多态介质耦合与多物理场耦
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。
•多物理场（力场、渗流场、温度场、电磁场等）非线性耦合分析，
•多相与多态（流、固、气）介质耦合分析。

多尺度耦合分析
•从基本材料的组份与构造到复合材料，从复合材料做成构件，再由构件装配成工程/产品，存在着从微观、细观到宏观的多尺度现象；不同的尺度服从于不同的物理、力学模型；通过对宏观模型的细分，不能导致细观和微观模型；相反，通过微观和细观模型的无限迭加，也难导致宏观模型。因此，在工程/产品的精细分析中，客观地会遇到多尺度模型的耦合问题。目前的CAE软件，都是仅限于宏观物理、力学模型的工程/品分析。

•对于多物理场的强耦合问题、多相多态介质耦合问题，特别是多尺度耦合问题，目前尚没有成熟可靠的理论，尚处于基础性前沿研究，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。

从材料设计到工程/产品设计、集仿真、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。

微机电系统分析
•随着多物理场、多相、多态介质耦合理论与亚微米、纳米科学的发展，以及微机电系统开发的强烈需求，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。

3.2 性能
•基于超级计算机和计算机群的并行计算CAE系统，
•基于网格计算的CAE系统，
•基于互联网的集成化与支持协同工作的CAE系统

适应于超级计算机和机群并行计算CAE系统
•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系统将能够解算上千万阶级方程组，能够实现对复杂工程／产品的实时和真三维仿真。

基于网格计算的CAE系统
•互联网已经将千万台各类计算机连接在一起，人们正在开发将互联网上所有计算机硬件、软件、数据库以及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

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，大型工程和复杂产品开发中实施并行工程，以及研究集团的联合攻关，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(JAVA)的、具有行业特色的、集成化与支持协同工作的的套装系统。

•大型工程和复杂产品，例如发电厂﹑化工厂﹑飞机﹑轮船及机车车辆等，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﹑安装模拟和运行过程仿真，都要涉及数个到数十专业领域的专业技术人员。因此，基于Internet和Grid computing的异地﹑异构系统下的计算分析，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的另一个重要发展方向。

3.3 软件技术
•真三维图形处理与虚拟现实，
•基于Internet和Grid computing的面向对象的工程数据库管理系统及工程数据库。

真三维图形处理与虚拟现实
•随着DSP芯片的发展，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有大发展。

基于Internet和Grid computing的面向对象的工程数据库管理系统及工程数据库
•高性能／价格比的大容量的存贮器及其高速存取技术在迅速发展，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，必须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。
•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将会出现在新一代的CAE软件中。

•Internet和Grid computing环境下的数据库管理系统应该具有关系型数据库，面向对象数据库及其管理技术的优点，支持抽象数据模型定义，分布式、异构、虚拟计算环境与多用户并发I/O状态下的数据管理，Internet和Grid computing环境下的高级存储与查询语言，访问权限与数据所有权的保护，异构数据库的时/空一致性和有效性检验，系统异常状态下的数据一致性恢复等。

3.4 用户界面
•多媒体用户界面
•智能化用户界面

多媒体用户界面
•计算机图形技术正在迅猛发展，狭义的语音输入／输出已成现实，计算机视觉系统已能在一定范围内分析体态、眼神和手势，隐含信息请求的数据发掘技术也已冒泡，会听、看、说、写和学习的计算机即将闻世，这些多媒体技术一定会使未来CAE软件的用户界面具有更强的直观、直感和直觉性，给用户带来极大便利

智能化用户界面
•CAE软件是一个多学科交叉的、综合性的知识密集型产品，它由数百到数千个算法模块组成，其数据库存放着众多的设计方案、标准构件，行业性的标准、规范，以及判定设计和计算结果正确与否的知识性规则。
•怎么使用软件？怎么判定计算结果？支持用户有效地使用这些软件的专家系统，将成为用户界面的重要组成部分。

3.5 集成化、专业化与属地化
•目前多数还是单一、孤岛式的CAD、CAE、CAM、PDM产品，集成化程度不高。
•随着实施并行工程，加入WTO和互联网的发展，科研人员和中、小企业用户将不再需要单一的CAD、CAE、CAM、PDM产品。他们需要具有专业特色的、集成化的套装支持系统。

满足专业化属地用户的需求，即国外CAD／CAE／CAM／PDM 软件中国化，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。

实现初级集成化的若干途径
•直接的桥式软部件连接．
•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。

力元智能信息交换协作平台
•信息传输与交换平台，
•企业应用集成平台，
•协同工作平台。
•（端口池，数据传感器）

3.6CAE网上链锁店
•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步伐定会加快，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即将到来，它将改变现代人的工作、学习、交往和娱乐方式，实现处处可以学习，处处可以工作。

•立足于全社会的网络环境，建立专业化的CAE网上链锁店，实施网上经销、网上培训与咨询服务，以及计算量大的工程计算网上运行，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，必将成为CAE软件业的一个发展方向

•这种网上链锁店能否生存，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。

•这不是一个技术性难题，而是一个涉及到观念和法律的问题；
•社会需求和潜在的巨额利润，会刺激有志之士，摸着石头过河，一步步地解决这个难题，使CAE网上链锁店走上兴旺发达之路。
•ANSYS公司已经和HP、EAI合作创建了一种针对ANSYS的网上经销服务体系。

•工程和产品创新为CAE 发展提供了强大的动力，信息技术的飞速发展为CAE技术的提升提供了技术基础。CAE技术将会随着工程科学的迅速发展而有一个更为辉煌灿烂的明天。