CAE（計算機輔助工程分析）主以有限元法、有限差分法、有限體積以及無網格法為數學基礎發(fā)展起來一個軟件行業(yè)。目前國內有限元法應用最為廣泛，故此這里主要介紹有限元類軟件國內應用，其他一些軟件不做過多闡述。
作為20世紀中期興起技術手段，有限元技術計算機技術迅猛發(fā) 展，到了飛速發(fā)展和廣泛應用。基于有限元技術，已經國際上形成了數百億規(guī)模市場，而主要有限元廠商則包括了ABAQUS、ADINA、ALGOR、ANSYS和MSC等，其他一些基于有限元算法專業(yè)分析軟件則不勝枚舉。
有限元技術發(fā)展，國內原有有限元應用體系正發(fā)生著深刻變化。早80年代初期，國內就已經形成了一批以高校和研究院所為重點有限元技術研究、開發(fā)、應用體系。早期北大袁明武老師應用SAP，當時國內引起了廣泛影響。此背景下，國內學者相繼開發(fā)了多套有限元程序，例如大連理工JIFEX、鄭州機械研究所紫瑞、北京農機學院有限元分析系統(tǒng)，以及計算所梁國平老師FEPG。而這些軟件各自一些原因，國內產生了一定影響，但都沒能企業(yè)界到廣泛應用。90年代國外大型商業(yè)軟件進入國門，掀起了第二次有限元應用浪潮。國內高校有限元技術方面具備一定研發(fā)和應用基礎，成應用初期階段主力軍。
近幾年來，數字化產品設計概念逐漸深入人心，國內高校技術研究和應用水平不斷提高，有限元技術已經為廣大企業(yè)所認可，第三次有限元技術應用浪潮正形成。值注意是，有限元技術不再僅僅停留高校中，更多走向了企業(yè)。同時，更多使用方便、操作簡單專用分析軟件也到了廣泛應用。
二、應用狀況
目前，CAE軟件國內主要應用于汽車、電子、航空航天、土木工程、石油等行業(yè)，汽車行業(yè)應用尤為廣泛。軟件類型主要包括通用前后處理軟件、通用有限元求解軟件和行業(yè)專用軟件。汽車行業(yè)國外是有限元軟件主要應用行業(yè)，其所涉及專業(yè)領域相當廣泛，應用歷史長、應用成熟度高。
目前，國內常見前后處理軟件包括Altair公司HyperMesh、EDS公司FEMAP和MSC公司Patran，這些軟件美國汽車廠商中都有著廣泛應用。有限元技術特點，使前處理成一個相對獨立，而又十分重要部分。一些大型企業(yè)都采用了適應自己需求前后處理軟件。這些前后處理軟件都具有良好接口，可與眾多有限元求解軟件相結合，用戶更快、更方便解算問題。
求解軟件可以說是琳瑯滿目，通常求解軟件包括：ABAQUS、ADINA、ALGOR、ANSYS、Cosmos、MSC/NASTRAN、MSC/MARC、NEI/NASTRAN。這些軟件都有著各自特點，行業(yè)內，一般將其分為線性分析軟件和非線性軟件，例如ANSYS、ALGOR都線性分析方面具有自己優(yōu)勢，而ABAQUS、NASTRAN、ADINA、MARC則非線性分析方面各具特點，其中ABAQUS被認為是最優(yōu)秀非線性求解軟件。
近年來，分析軟件正朝著多物理場方向發(fā)展。大家可以業(yè)內一些公司舉動感受到這一點，例如，ANSYS公司收購CFX流體軟件，并加強與EMSS公司合作，不斷加強其多物理場耦合功能。這里需要提到是，歷史原因，ALGOR繼承了SAP模塊化思想，多物理場分析方面也有很好應用；同源于SAPADINA流固耦合上則非常有特色。解算多物理場問題更多是從物理方程出發(fā)，另外還有一些軟件這方面有著良好應用，比如MathWorks公司數值計算軟件MATLAB基礎上發(fā)展起來FEMLAB，又如國內飛箭公司針對微分方程FEPG系統(tǒng)。
此外，專用有限元軟件受其應用領域限制，只能各自行業(yè)領域到應用。例如，MAGMA公司MAGMA系列鑄造軟件，可進行各種金屬材料澆鑄、流動性、固化、壓力、應力、溫度及熱平衡仿真分析。工程師可計算結果更改設計，調整帽口位置和數量，進而提高鑄造質量。又如，法國ESI公司ProCAST，其與MAGMA是競爭關系，軟件功能與MAGMA大同小異。另外還有鍛造領域應用比較多Deform系統(tǒng)，也到了國內很多企業(yè)認可。
板材成型行業(yè)里，有AUTOFORM系列軟件，該軟件單元架構基于膜單元形式，其運算速度同行業(yè)內相對較快。MSC/DYTRAN，其特有材料流動性分析可直觀預測出沖壓件厚度及應力分布、開裂和皺褶形成等。另外，來自ETA公司DYNAFORM可以預測成形過程中板料破裂、起皺、減薄、劃痕和回彈，評估板料成形性能，為板料成形工藝及模具設計提供幫助。這一類分析工作與模具設計有著非常大關聯，以上這些軟件都注重與CAD軟件接口，基本都與流行三維設計軟件CATIA、Pro/ENGINEER和UG有著良好接口，軟件使用操作也都比較方便。
另外，汽車行業(yè)應用中，經常要對整車進行機械動力學仿真，這一領域中，國內常見軟件有MSC/ADAMS。其被廣泛用來進行汽車操縱穩(wěn)定性、汽車行駛平順性動態(tài)仿真。ADAMS中TIRE模塊提供若干種輪胎模型供分析時選用，以準確建立輪胎動力學模型。ADAMS中CAR模塊專為汽車動力學仿真而設計，使用十分方便。另外國內應用比較廣泛還有美國ETA公司VPG，VPG（Virtual Proving Ground）虛擬試驗場是ETA公司長期總結汽車分析工程經驗，LD-DANA平臺上開發(fā)，是ETA、LSTC和ANSYS三家公司合作推出專門應用于汽車工程軟件。VPG主要被應用于當前汽車產品開發(fā)中重點--整車系統(tǒng)疲勞、整車系統(tǒng)動力學、NVH和整車碰撞安全及乘員保護等熱門問題。
另外市場上還有一些專業(yè)軟件，例如，LMS公司噪音分析軟件SYSNOISE，MSC公司疲勞分析軟件MSC/Fatigue，nCode公司Fatigue，奧利MAGMA公司熱疲勞分析軟件FEMFT等。
三、應用展望
下面筆者將一般產品設計流程，不同設計階段，將上文提到軟件對號入座，幫助讀者取比較感性認識。
1.概念設計階段
這一階段主要有三個方面內容。
1)市場調研；
2)技術設計，包括各種方案計算機效果模擬和分析仿真論證；
3)評估、準備相關生產設施。
這一階段主要進行較為詳細、帶有一定目標性預演，大企業(yè)可以利用一些大型通用非線性CAE軟件來幫助制定方案，比如ABAQUS、MSC/NASTRAN、MSC/MARC。而中小企業(yè)可以用ALGOR、ANSYS和ADINA等軟件完成這部分工作。
2.詳細設計階段
概念設計完成以后，緊接著就是詳細設計。這一階段要繪制各種零部件圖樣，確定彼此間裝配關系，評估產品性能(結構強度、剛度、動力特性和生產性等)。
該階段需要操作簡單、使用方便CAE軟件，用最少時間完成評估工作。這類軟件包括ALGOR、ANSYS/DesignSpace、COSMOS等，這些軟件有著良好數據接口和網格自動生成功能，使用方便、快捷，對使用者要求較低。該階段尾期，也可以用一些非線性求解器做進一步驗證。
3.樣機制造階段
詳細設計提供模型或數據完成試驗樣機加工制造。該階段是生產階段，較少使用CAE軟件，但可以用一些專業(yè)軟件，如鑄造分析軟件、板料成形軟件來指導生產。
4.產品測試評估階段
這一階段主利用各種測試和評估手段對產品成本、產品性能、產品質量和加工特性做出全面真實評價，為設計更改和產品生產提供可靠依據。該階段，主要使用一些非線性分析功能強軟件，以及一些多場耦合軟件，如ABAQUS、ANSYS、MSC/NASTRAN、MSC/MARC等。此階段還可以使用一些機械動力學仿真軟件、疲勞分析軟件，來最終評估整裝后產品性能。
四、應用建議
綜上所述，國內市場上CAE軟件非常豐富，企業(yè)采購軟件需要自己實際情況。發(fā)展初期階段，各方面條件還不太完善，資金經費相對較為緊張，不可能面面俱到，一次引進所有應用系統(tǒng)，應有計劃、有目標、分階段引進。
軟件引進一定要具體情況量力而行，減少盲目性。產品開發(fā)初期階段，采購軟件實際上是解決生產問題，并為緊接著設計改型作前期準備，該階段可以找一些項目咨詢公司合作開發(fā)，以減少前期投入。
先進分析設計軟件開發(fā)設計一個必要手段，最為關鍵因素人。凡是一流企業(yè)無不擁有一只具有豐富實踐經驗、學科齊全、富有挑戰(zhàn)和創(chuàng)造意識人才隊伍。軟件好買，人才難尋。引進技術同時，就要注重人才培養(yǎng)，可消化吸收，實際設計生產中鍛煉隊伍，另國內外廣招人才，既可將有經驗人才引進來，也可將企業(yè)人才送出去，學習經驗技術，用人政策上加大傾斜力度。
總之，引進現成技術也好，合資合作也好，歸根結底是要借鑒別人先進技術成果，盡早轉變?yōu)樽约簴|西。否則只能跟別人后面跑，永遠成不了大器，更談不上發(fā)展自己民族產業(yè)。
（轉載）
