隨著市場競爭程度的日益加劇， 為了在最短的時間內以最低的成本推出最好的產品， 世界各大公司在產品的研發， 設計以及制造的過程中都廣泛地采用了計算機仿真技術（計算機輔助工程CAE）。

　　現代的機械已經不是傳統意義上的機械了， 而是一個各個學科領域， 包括自動化， 機械， 流體傳動， 電， 光， 熱等的集成和相互作用的整體。為了清晰地了解現代仿真技術的層次， 我們從一個復雜的機電液一體化產品著名的V型產品設計生命周期來分析。

　　

　　該V-型的模型概括了一個產品的整個生命周期， 從早期的階段一直到批量生產。從上往下的設計過程， 是一個分解得過程； 從下往上組裝過程是一個集成的過程。每一個設計階段都對應有一個測試和驗證的階段， 也就是一個通過試制和試驗， 即物理成型來評估幾個可能的方案從而最終確定設計方案的過程。 通常， 在一個產品達到設計要求之前， 都要經過多次反復的修改， 試制以及實驗的過程。 大量的物理成型直接導致了一個產品開發成本的增加和開發時間的延長。因此非常必要在一個數字成型環境（virtual prototyping environment）中大量地使用建模和仿真技術。在其大多數情況下， 不可能通過一個單一的模型來解決機電液復雜系統設計過程中遇到的所有問題。 因此，必須采用不同的模型來完成不同的設計任務， 與此相對應， 必須采用不同的CAE工具來建立起針對不同問題的模型， 這些不同的CAE工具不可避免地需要綜合到一個集成設計環境（intergrated design environment）中來。 這就是我們通常所說的CAE的解決方案。

　　既然需要不同的CAE工具來建立針對不同問題的模型， 因此我們在CAE方案設計的過程中就有必要根據不同工具在V-型產品設計生命周期的作用進行分類和配置。因為設計過程是一個從上往下分解過程和一個從下往上集成過程的綜合體， 因此我們對模型和CAE工具進行不同層次上的抽象， 不同的層次對應設計過程中的不同階段， 如圖2所示。通常， 一個系統的抽象描述提供很少關于其元件的信息， 但它卻是從系統的觀念出發提供了對相應層次的整體信息， 因此詳細的可以描述物理現象的精確模型必須抽象到單個零件。

　　在圖2所示的四個抽象層次中， 在模型和設計階段通常并沒有一對一的對應， 上下不同的抽象層次可能存在相互的重疊， 比如像物理網絡層和幾何層都可以用于元件的設計。

　　

功能層

　　建模主要是用于定義產品的規格， 特別是在電子和控制器的設計領域。 該建模任務通常需要通過客戶和供應商一起來完成。 這種模型的典型描述是通過finite state machines來產生，finite state machines是由一些離散的狀態組成，一旦某個事件發生以后， 這些狀態隨之演化。

系統層

　　建模主要是描述整個系統（控制器和被控對象）的動態性能。 在這個層次上， 模型通常通過包含行為參數的方塊圖來表達， 如增益， 表格， 曲線等。 在不同的方塊間提供了信號的通信（輸入 /輸出）。 在這個層次上的模型數學上是ODEs(Ordinary Differential Equations)。

物理網絡層

　　該層次上的模型關系到用于描述元件整體動態行為的集中參數建模。 它是一個包含物理參數的集中參數模型的網絡， 不同模型之間通過能量守恒接口：即端口交互連接起來。這些端口的連接強調的是不同子系統和其環境之間能量的交換。能量守恒的特性在不同的學科領域中都必須遵守， 例如電領域的Kirchhoff定律， 機械領域的Newton第三定律。該層次的基本理論是功率箭合圖理論bond-graph， 數學上是DAEs (Differential Algebraic Equations)。該層次上主要包含三個類別：電， 多體機構和流體傳動及驅動器系統。 對每個類別， 存在專用的建模方法， 不同的建模方法的數字特性有明顯的區別。

　　

　　電領域：電子系統建模是基于節點法和修正的節點法[11][12]。采用的標準語言是VHDL， 現朝VHDL-AMS (VHDL-AMS IEEE 1076.1 1997)演化， 主要目的是解決時間連續現象。

　　流體傳動及驅動器：該領域建模的思想是從系統的拓撲描述產生系統的數學模型。 這種描述一開始是編程語言， 后來演化成圖形描述。 不同單元之間的連接是在“multiport” 概念上實現的。

功率箭合圖的出現使得物理網絡層次上的建模出現了新的曙光。 在圖形的基礎上， 該技術提供獨明確的一無二的建模能力：既可以描述系統中不同結構單元的能量轉換， 又提供了計算框架。 基于該理論基礎上并具有以應用庫形式分類的覆蓋領域盡可能寬的軟件就是AMESim? (IMAGINE)。目前， AMESIM軟件已經涵蓋了上圖中從電子到多剛體領域的所有類別， 作為一個平臺性的軟件已經得到了廣泛的應用。

　　多體動力學：從1975年以來， 在計算力學中， 多體動力學方法的越來越重要了。這種方法主要用于機構的建模和仿真。