分析CAE有限元仿真技術所應用面臨的十大挑戰(zhàn)

有限元技術上世紀60年代初誕生至今，CAE技術的發(fā)展已經歷了半個世紀，在工業(yè)界的需求的牽引和軟件、硬件技術發(fā)展的推動下，CAE已經滲入到產品研發(fā)的各個環(huán)節(jié)，由輔助的驗證工具，轉變?yōu)轵寗赢a品創(chuàng)新的引擎。

根據虛擬仿真的對象、計算方法、物理場、應用行業(yè)等不同維度，CAE技術可以細分出很多單元技術。在過去幾十年的發(fā)展過程當中，誕生了很多解決特定行業(yè)、特定問題的CAE產品和專業(yè)CAE廠商。

雖然目前CAE技術已經逐漸成熟，但是，對于CAE技術的用戶企業(yè)和CAE軟件提供商、CAE工程咨詢公司而言，仍然面臨著諸多實際問題和挑戰(zhàn)，如下：

1、CAE軟件的易用性
虛擬仿真涉及到大量的數(shù)學和力學問題。因此，傳統(tǒng)的CAE軟件被稱為“只有博士才能用好的軟件”，作為“陽春白雪”的技術，長期得不到普及應用。如何能夠讓擁有豐富設計經驗和制造業(yè)專業(yè)背景的工程師能夠將CAE軟件應用到產品研發(fā)設計過程當中，實現(xiàn)普及應用，是一個十分重要的問題。

2、CAE知識的積累與傳承
同樣的產品模型，應用同樣的CAE軟件，但不同的分析工程師，由于知識和經驗的差異，分析出來的結果差異會很大。因此，企業(yè)如何建立自己的虛擬仿真規(guī)范和知識庫，實現(xiàn)對虛擬仿真知識的捕捉和重用，如何將經驗豐富的分析專家的仿真知識和仿真流程傳承給新入門的分析工程師，是企業(yè)真正應用好CAE技術的關鍵。

3、仿真流程的規(guī)范化與自動化


 對產品進行虛擬仿真涉及到十分復雜的流程，而應用單元的CAE產品，需要手工管理仿真流程，導致虛擬仿真的效率不高。如何實現(xiàn)虛擬仿真流程的自動化，創(chuàng)建完整的仿真流程模板，并且能夠根據各個學科仿真的需求動態(tài)調整網格模型，對于提升虛擬仿真的效率和質量非常關鍵。對此，深圳市有限元科技有限公司根據自身項目經驗實力自主研發(fā)出RDS-精益設計與仿真可靠性管控平臺。其核心是為企業(yè)解決產品技術內容管理、知識管理以及技術的沉淀；RDS仿真平臺將國標、企標、行標以及人工經驗融入日常項目開發(fā)，實現(xiàn)管理與技術的數(shù)字化融合，能夠有效協(xié)助企業(yè)進行產品技術的落實，對設計技術的內容進行積累，量化管理產品設計性能進行可靠性評估，從而為企業(yè)帶來諸多益處。同時RDS能夠全面、有效管理產品開發(fā)的協(xié)同工作平臺。

4、對虛擬仿真的結果的評價
如何將虛擬仿真與實際的物理試驗結合起來，提高虛擬仿真結果的置信度，從而真正減少物理樣機和物理試驗的數(shù)量，在提高產品性能的同時，降低產品研發(fā)成本，提高產品研發(fā)的成功率和研發(fā)效率。

5、多學科仿真與優(yōu)化
各個領域的虛擬仿真結果得出了局部的性能仿真和改進建議，但是，單元的CAE產品無法實現(xiàn)產品整體性能提升，只能解決局部優(yōu)化問題，無法解決全局優(yōu)化問題。

6、仿真數(shù)據的管理
在虛擬仿真的過程中，生成了海量的、不同類型的仿真文檔和數(shù)據，對應不同的分析結果。如何有效管理仿真文檔，如何建立分析文檔與產品模型的對應關系，是CAE技術深化應用必須解決的問題

7、多場耦合分析
在解決一些復雜的仿真問題過程中，設計到多物理場耦合分析的問題，如流固耦合問題，這對于單純提供某個領域仿真技術的CAE廠商而言，是一個巨大挑戰(zhàn)。

8、研發(fā)組織架構如何支持仿真驅動設計
在制造企業(yè)傳統(tǒng)的產品研發(fā)流程當中，虛擬仿真技術還不在主流程之中，虛擬仿真技術人員往往屬于一個專門的部門。如何在企業(yè)中將虛擬仿真技術真正融入產品研發(fā)流程當中，調整企業(yè)研發(fā)部門的組織架構和研發(fā)組織體系，使仿真分析工程師與設計、工藝和制造工程師協(xié)同工作，實現(xiàn)從事多個學科虛擬仿真的工程師之間的協(xié)作，真正實現(xiàn)仿真驅動設計，是一個巨大的挑戰(zhàn)。同時，如何在上下游企業(yè)之間進行虛擬仿真的協(xié)同，則更是一個難題。

9、虛擬仿真軟件與優(yōu)化軟件的結合
虛擬仿真軟件只能完成仿真計算，卻不能解決優(yōu)化問題，應用虛擬仿真軟件是一個試錯過程。因此，虛擬仿真技術如何與優(yōu)化技術有效結合，是一個重要挑戰(zhàn)。

10、仿真技術如何跟上計算機硬件技術的發(fā)展
目前，多核CPU、GPU、刀片工作站等硬件技術發(fā)展迅速，充分利用多核CPU、HPC、并行計算等新興技術，來提高虛擬仿真的效率，是一個重要的問題。
目前，全球CAE技術發(fā)展和應用的焦點已經從單元技術的提升轉向對整個虛擬仿真流程、乃至整個研發(fā)過程管理的提升。面對這十大挑戰(zhàn)，能否給出明確而完整的解答，將決定CAE廠商未來在全球CAE市場的競爭力。