一体化的CAD/CAE系统发展趋势

    4.分析功能高级化；
   
    实际产品的运用环境非常复杂，因此仅进行零件级别的分析是远远不够的，因此必须进行系统及部件级的分析。但是系统及部件级的分析存在着相当的难度，下面分别论述。
   
    a)系统及部件级分析
   
    以FEA为例，为了实现有价值的分析，设计的几何部件会需要不同的单元类型，实体、壳、梁、杆进行离散。而且需要充分考虑装配体间的连接关系和接触关系。
   
    其中连接关系的处理尤其重要，涉及到螺栓连接、销钉连接、弹簧、点焊、轴承等非常复杂的连接关系（图4）。
   

    图4 面向设计者及分析专家的装配体连接关系

    
    b)多领域的全面分析
   
    任何一个产品决计不能仅考虑静强度，必须考虑多领域的问题，比如静强度、动强度、模态、疲劳、参数优化等。图5展示了在统一界面下产品的多领域分析。
   

    图5统一界面下产品的多领域分析 图6 面向设计者的多场耦合分析

    
    c)面向设计者的多场耦合
   
    热-结构、流体-结构、多体动力学-结构等多场分析是目前分析中的一个重要发展方向，他可以解决非常复杂的工程问题（图6）。
   
    d)特殊行业及领域的需求
   
    面对很多行业有很多特殊需求，因此需要特殊的CAE模块。例如面对压力容器，需要符合ASME标准的压力容器校核工具（图7）；面对电子和消费品领域，需要解决跌落分析的能力（图8）。
   

    图7压力容器应力线性化 图8 望远镜跌落分析

    
    e)高级分析需求
   
    面对日益复杂的使用环境，必须考虑复合材料、材料非线性、高级机械振动、非线性动力学等高级分析的需求。
   
    5.面向制造的分析
   
    面向制造的分析也是目前CAD环境下的一大趋势，例如可制造性分析、公差分析等。
   
    6.易用与性能的矛盾
   
    目前CAD/CAE软件使用上越来越简单，但是同时带来的矛盾是性能越来越差，如何提升性能与易用性之间的矛盾是目前的一大难题。因此各CAD厂商分别推出了适合自己产品的新技术。如SolidWorks2009推出了划时代的SpeedPak技术解决了大型装配体设计、装配和工程图性能的问题。其CAE产品线更在大装配、多CPU/多核等的FEA分析、运动学及CFD做了极大改善。可参见笔者的文章“SolidWorks 2009性能详解”。
   
    7.人性化及智能性
   
    如何使现有的CAD及CAE系统体现以人为本的思想，是目前发展的一大方向。因此在面向普通设计者时，对于深奥的CAE名词、概念及方法是必须摒弃的。
   
    因此在使用时必须站在设计者的角度组织CAE使用习惯及考虑自动的上下关联智能操作。
   
    8.知识工程
   
    设计及分析知识作为企业最宝贵的财富，如何继承、组织、归纳和继承知识是知识工程的一大应用领域。这里面涉及到分析库（图9）、及PDM集成CAE技术等多方面的需求。
   

    图9 集成在设计环境中的分析库 图10 全产品线的开放性

    
    9.开放性
   
    基于通用系统的专用平台是很多企业提高其使用能力和效率的方法，因此CAD/CAE平台的开放性是必须的，而且必须能支持最先进的.Net技术，并且能提供基于.Net的SDK开发包。图10为SolidWorks全产品线的开放性API。
   
    10.总结
   
    由于篇幅的关系，笔者无法更多地具体展开论述CAD/CAE系统设计仿真一体化的发展趋势。但可以肯定的是以设计为导向、分析功能高级化、面向制造的分析、易用且高性能、人性化及智能化、知识工程、开放性等将成为设计仿真一体化趋势的典型特征。SolidWorks及其专业级的CAE分析产品线就是这种趋势最为典型的代表。