計(jì)算機(jī)輔助工程
關(guān)注創(chuàng)建者：孟夏之 創(chuàng)建時(shí)間：2017-02-07
計(jì)算機(jī)輔助工程的視頻教程
RecurDyn V2023新版發(fā)布 ——軟件全方位優(yōu)化升級(jí)
RecurDyn作為多領(lǐng)域綜合CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）動(dòng)力學(xué)分析軟件，因?yàn)槠鋸?qiáng)大的功能及友好的操作界面，深受廣大工程師喜愛(ài)。
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計(jì)算機(jī)輔助工程的實(shí)例教程
計(jì)算機(jī)輔助工程（ＣＡＥ）的現(xiàn)狀和未來(lái)
崔俊芝
中國(guó)工程院院士
本報(bào)告受到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（19932030）
和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助
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)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)、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
?針對(duì)特定類型的工程/產(chǎn)品所開發(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，稱為專用CAE軟件。
?可以對(duì)多種類型的工程/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，稱為通用CAE軟件。
展開 CAE——Computer Aided Engineering
計(jì)算機(jī)輔助工程
一般：核心理論是基于現(xiàn)代計(jì)算力學(xué)的有限元分析技術(shù)
廣義：所有在計(jì)算機(jī)幫助下能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)
History:
二十世紀(jì)五十年代：現(xiàn)代有限元初始發(fā)展階段
六十年代：探索發(fā)展時(shí)期，出現(xiàn)了MSC、SDRC和ANSYS等第一批商業(yè)公司
在發(fā)展方向上MSC和ANSYS專注于專業(yè)領(lǐng)域，SDRC則偏向于發(fā)展CAD/CAE/CAM/CAT/PDM集成化系統(tǒng)
七十年代——八十年代： 蓬勃發(fā)展時(shí)期，MARC、HKS和Altair等公司成立
九十年代：與CAD技術(shù)相輔相成的共同發(fā)展、推廣使用時(shí)期。
Today:
有限元技術(shù)在工程分析中的作用已從分析和校核擴(kuò)展到優(yōu)化設(shè)計(jì)，并和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的結(jié)合越來(lái)越緊密。
Future:
應(yīng)用領(lǐng)域：目前應(yīng)用范圍擴(kuò)大到軍事、航空、航天、機(jī)械、電子、化工、汽車、生物醫(yī)學(xué)、建筑、能源、計(jì)算機(jī)設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域；
使用對(duì)象：從以專家為主轉(zhuǎn)向普通設(shè)計(jì)者和開發(fā)工程師；
軟件環(huán)境：今后分析軟件環(huán)境的主要特點(diǎn)是自動(dòng)化、集成化、直觀化。從單一的CAE功能轉(zhuǎn)向CAD/CAE/CAM/CAT一體化；
使用時(shí)機(jī)：CAE技術(shù)將會(huì)貫穿產(chǎn)品開發(fā)的每一個(gè)環(huán)節(jié)；
專業(yè)融合：隨著硬件性能的發(fā)展和理論方法的進(jìn)一步完善，未來(lái)軟件會(huì)更加有效。在實(shí)驗(yàn)方法（CAT）和分析方法（CAE）之間的平衡關(guān)系中，會(huì)向增加分析方法的方向傾斜。CAE與CAT技術(shù)結(jié)合在一起使用，這是一種“廣義的CAE”技術(shù)，又稱為產(chǎn)品評(píng)估。
技術(shù)創(chuàng)新：變量化技術(shù)在CAD領(lǐng)域的成功應(yīng)用將會(huì)擴(kuò)展到分析領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)變量化分析（Variational Analysis）。到那時(shí)，即時(shí)的、隨意的多方案分析過(guò)程將使CAE變得更加輕松自如，易學(xué)好用。
展開 Moldex3D 產(chǎn)品概覽
Moldex3D是塑料射出成型產(chǎn)業(yè)中的計(jì)算機(jī)輔助工程領(lǐng)導(dǎo)產(chǎn)品。 Moldex3D擁有一流的分析技術(shù)，可協(xié)助客戶模擬更廣泛的射出成型應(yīng)用范圍，來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和可制造性，以達(dá)到縮短上市時(shí)間并提高的產(chǎn)品投資回報(bào)率。
特色
? CAD嵌入式前處理
? 高級(jí)自動(dòng)3D網(wǎng)格引擎
? 高解析三維網(wǎng)格技術(shù)
? 高效能平行運(yùn)算
Moldex3D 網(wǎng)格
Moldex3D 網(wǎng)格支持各種不同的網(wǎng)格類型，包括 2D 三邊形及四邊形網(wǎng)格、3D四面體、棱柱體、六面體、voxel (brick)和金字塔型網(wǎng)格。Moldex3D 網(wǎng)格提供多種主流網(wǎng)格方法：純?nèi)呅伪砻妗⒁运拿骟w為主的表面網(wǎng)格；純四面體網(wǎng)格、邊界層網(wǎng)格、純voxel網(wǎng)格、混合式實(shí)體網(wǎng)格及中間面簡(jiǎn)化網(wǎng)格。客戶可從中選擇符合自己的特殊模擬需求來(lái)建立網(wǎng)格模型。
優(yōu)勢(shì)
? 具有強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分技術(shù)的前處理工具與支持不同的網(wǎng)格元素型態(tài)，以提高實(shí)體網(wǎng)格產(chǎn)生效率
? 可以產(chǎn)生純?nèi)呅尉W(wǎng)格與四邊形為主的表面網(wǎng)格
? 支持自動(dòng)四面體、邊界層網(wǎng)格、混合實(shí)體網(wǎng)格，與voxel型態(tài)實(shí)體網(wǎng)格
? 可以產(chǎn)生高質(zhì)量的三維實(shí)體網(wǎng)格
? 提供自動(dòng)檢核與自動(dòng)修復(fù)工具以確保網(wǎng)格質(zhì)量的分析準(zhǔn)確性
? 以下為Moldex3D 網(wǎng)格支持的網(wǎng)格輸/入輸出格式
展開 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，基本上滿足了用戶的需求，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)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, ...。
展開 第一章 緒論
1.1 道路與交通工程領(lǐng)域內(nèi)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀
1.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展為我們展開的技術(shù)發(fā)展空間
1.3 行業(yè)管理者的思考
1.4 交通信息工程技術(shù)人員所需要的知識(shí)結(jié)構(gòu)
1.5 本書的閱讀路線
第一篇 基礎(chǔ)理論篇
本篇中第2章的內(nèi)容是進(jìn)行交通運(yùn)輸系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助工程研究的技術(shù)人員所需要掌握的基礎(chǔ)知識(shí)，這些內(nèi)容對(duì)于工作小組集體協(xié)作、開發(fā)商品化軟件系統(tǒng)具有重要的作用。第3章介紹的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，對(duì)于以數(shù)據(jù)為基本處理對(duì)象的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這構(gòu)成了系統(tǒng)的基礎(chǔ)。針對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的特點(diǎn)，進(jìn)一步介紹了工程數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基本理論方法。在第3章中介紹了工程數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用示例，對(duì)于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，我們將在第7章中看到其技術(shù)的應(yīng)用。第4章有關(guān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)人員的需要，圍繞應(yīng)用技術(shù)而展開討論。
展開 
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計(jì)算機(jī)輔助工程的最新內(nèi)容
在CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）領(lǐng)域，有一個(gè)共識(shí)：工程師80%的時(shí)間都耗費(fèi)在有限元模型的建立、幾何清理與網(wǎng)格劃分上，而真正的仿真求解僅占20%。
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憑借在 AI、高性能計(jì)算 (HPC) 及多物理場(chǎng)集成領(lǐng)域的重大突破，HyperWorks 2026 整合全面的計(jì)算機(jī)輔助工程 (CAE) 設(shè)計(jì)與仿真解決方案，助力各行業(yè)工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)加速創(chuàng)新迭代、提升產(chǎn)品性能。
“
HyperWorks 2026 彰顯了 Altair 與西門子攜手引領(lǐng)仿真技術(shù)未來(lái)的堅(jiān)定決心。
Altair解決方案
Kinetic Vision 采用了 Altair PhysicsAI? 這一具有突破性的 AI 驅(qū)動(dòng)仿真方案，融合深度學(xué)習(xí)與歷史計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）數(shù)據(jù)的強(qiáng)大能力，可快速提供物理預(yù)測(cè)結(jié)果。
OpenUSD 技術(shù)在該解決方案中發(fā)揮關(guān)鍵作用，實(shí)現(xiàn)跨計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）工具和平臺(tái)的無(wú)縫互操作，使團(tuán)隊(duì)能夠快速協(xié)作并迭代仿真結(jié)果，推動(dòng)更智能、更高效的工程設(shè)計(jì)。
Krones 這一行業(yè)首創(chuàng)的技術(shù)部署，展示了數(shù)字化轉(zhuǎn)型和技術(shù)協(xié)同的潛力。
憑借在 AI、高性能計(jì)算 (HPC) 及多物理場(chǎng)集成領(lǐng)域的重大突破，HyperWorks 2026 整合全面的計(jì)算機(jī)輔助工程 (CAE) 設(shè)計(jì)與仿真解決方案，助力各行業(yè)工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)加速創(chuàng)新迭代、提升產(chǎn)品性能。
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HyperWorks 2026 彰顯了 Altair 與西門子攜手引領(lǐng)仿真技術(shù)未來(lái)的堅(jiān)定決心。
</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>Altair解決方案</strong></p><p><br></p><p>Kinetic Vision 采用了 Altair PhysicsAI? 這一具有突破性的 AI 驅(qū)動(dòng)仿真方案，融合深度學(xué)習(xí)與歷史計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）數(shù)據(jù)的強(qiáng)大能力，可快速提供物理預(yù)測(cè)結(jié)果。
在無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)具有至關(guān)重要的作用。借助<span style="color: rgb(9, 64, 142);">CAE技術(shù)</span>，無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)階段可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)試驗(yàn)與測(cè)試的替代，進(jìn)而以更高效的方式完成設(shè)計(jì)任務(wù)。通過(guò)數(shù)值模擬與仿真，CAE技術(shù)為無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)提供了有力支持。
