CAE（計(jì)算機(jī)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(wǎng)格法為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)發(fā)展起來一個(gè)軟件行業(yè)。目前國內(nèi)有限元法應(yīng)用最為廣泛，故此這里主要介紹有限元類軟件國內(nèi)應(yīng)用，其他一些軟件不做過多闡述。
    作為20世紀(jì)中期興起技術(shù)手段，有限元技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)    展，到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用?；谟邢拊夹g(shù)，已經(jīng)國際上形成了數(shù)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(shù)發(fā)展，國內(nèi)原有有限元應(yīng)用體系正發(fā)生著深刻變化。早80年代初期，國內(nèi)就已經(jīng)形成了一批以高校和研究院所為重點(diǎn)有限元技術(shù)研究、開發(fā)、應(yīng)用體系。早期北大袁明武老師應(yīng)用SAP，當(dāng)時(shí)國內(nèi)引起了廣泛影響。此背景下，國內(nèi)學(xué)者相繼開發(fā)了多套有限元程序，例如大連理工JIFEX、鄭州機(jī)械研究所紫瑞、北京農(nóng)機(jī)學(xué)院有限元分析系統(tǒng)，以及計(jì)算所梁國平老師FEPG。而這些軟件各自一些原因，國內(nèi)產(chǎn)生了一定影響，但都沒能企業(yè)界到廣泛應(yīng)用。90年代國外大型商業(yè)軟件進(jìn)入國門，掀起了第二次有限元應(yīng)用浪潮。國內(nèi)高校有限元技術(shù)方面具備一定研發(fā)和應(yīng)用基礎(chǔ)，成應(yīng)用初期階段主力軍。
    近幾年來，數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念逐漸深入人心，國內(nèi)高校技術(shù)研究和應(yīng)用水平不斷提高，有限元技術(shù)已經(jīng)為廣大企業(yè)所認(rèn)可，第三次有限元技術(shù)應(yīng)用浪潮正形成。值注意是，有限元技術(shù)不再僅僅停留高校中，更多走向了企業(yè)。同時(shí)，更多使用方便、操作簡單專用分析軟件也到了廣泛應(yīng)用。
二、應(yīng)用狀況
    目前，CAE軟件國內(nèi)主要應(yīng)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(yīng)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(yīng)用行業(yè)，其所涉及專業(yè)領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，應(yīng)用歷史長、應(yīng)用成熟度高。
    目前，國內(nèi)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(yīng)用。有限元技術(shù)特點(diǎn)，使前處理成一個(gè)相對獨(dú)立，而又十分重要部分。一些大型企業(yè)都采用了適應(yīng)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(jié)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(diǎn)，行業(yè)內(nèi)，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(diǎn)，其中ABAQUS被認(rèn)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(nèi)一些公司舉動(dòng)感受到這一點(diǎn)，例如，ANSYS公司收購CFX流體軟件，并加強(qiáng)與EMSS公司合作，不斷加強(qiáng)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(yīng)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(yīng)用，比如MathWorks公司數(shù)值計(jì)算軟件MATLAB基礎(chǔ)上發(fā)展起來FEMLAB，又如國內(nèi)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(yīng)用領(lǐng)域限制，只能各自行業(yè)領(lǐng)域到應(yīng)用。例如，MAGMA公司MAGMA系列鑄造軟件，可進(jìn)行各種金屬材料澆鑄、流動(dòng)性、固化、壓力、應(yīng)力、溫度及熱平衡仿真分析。工程師可計(jì)算結(jié)果更改設(shè)計(jì)，調(diào)整帽口位置和數(shù)量，進(jìn)而提高鑄造質(zhì)量。又如，法國ESI公司ProCAST，其與MAGMA是競爭關(guān)系，軟件功能與MAGMA大同小異。另外還有鍛造領(lǐng)域應(yīng)用比較多Deform系統(tǒng)，也到了國內(nèi)很多企業(yè)認(rèn)可。
    板材成型行業(yè)里，有AUTOFORM系列軟件，該軟件單元架構(gòu)基于膜單元形式，其運(yùn)算速度同行業(yè)內(nèi)相對較快。MSC/DYTRAN，其特有材料流動(dòng)性分析可直觀預(yù)測出沖壓件厚度及應(yīng)力分布、開裂和皺褶形成等。另外，來自ETA公司DYNAFORM可以預(yù)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(shè)計(jì)提供幫助。這一類分析工作與模具設(shè)計(jì)有著非常大關(guān)聯(lián)，以上這些軟件都注重與CAD軟件接口，基本都與流行三維設(shè)計(jì)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(yīng)用中，經(jīng)常要對整車進(jìn)行機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真，這一領(lǐng)域中，國內(nèi)常見軟件有MSC/ADAMS。其被廣泛用來進(jìn)行汽車操縱穩(wěn)定性、汽車行駛平順性動(dòng)態(tài)仿真。ADAMS中TIRE模塊提供若干種輪胎模型供分析時(shí)選用，以準(zhǔn)確建立輪胎動(dòng)力學(xué)模型。ADAMS中CAR模塊專為汽車動(dòng)力學(xué)仿真而設(shè)計(jì)，使用十分方便。另外國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛還有美國ETA公司VPG，VPG（Virtual Proving Ground）虛擬試驗(yàn)場是ETA公司長期總結(jié)汽車分析工程經(jīng)驗(yàn)，LD-DANA平臺上開發(fā)，是ETA、LSTC和ANSYS三家公司合作推出專門應(yīng)用于汽車工程軟件。VPG主要被應(yīng)用于當(dāng)前汽車產(chǎn)品開發(fā)中重點(diǎn)--整車系統(tǒng)疲勞、整車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、NVH和整車碰撞安全及乘員保護(hù)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(yīng)用展望
   
下面筆者將一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，不同設(shè)計(jì)階段，將上文提到軟件對號入座，幫助讀者取比較感性認(rèn)識。
1.概念設(shè)計(jì)階段
這一階段主要有三個(gè)方面內(nèi)容。
1)市場調(diào)研；
2)技術(shù)設(shè)計(jì)，包括各種方案計(jì)算機(jī)效果模擬和分析仿真論證；
3)評估、準(zhǔn)備相關(guān)生產(chǎn)設(shè)施。
這一階段主要進(jìn)行較為詳細(xì)、帶有一定目標(biāo)性預(yù)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(xì)設(shè)計(jì)階段
    概念設(shè)計(jì)完成以后，緊接著就是詳細(xì)設(shè)計(jì)。這一階段要繪制各種零部件圖樣，確定彼此間裝配關(guān)系，評估產(chǎn)品性能(結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、動(dòng)力特性和生產(chǎn)性等)。
 
    該階段需要操作簡單、使用方便CAE軟件，用最少時(shí)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(shù)據(jù)接口和網(wǎng)格自動(dòng)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(jìn)一步驗(yàn)證。
3.樣機(jī)制造階段
    詳細(xì)設(shè)計(jì)提供模型或數(shù)據(jù)完成試驗(yàn)樣機(jī)加工制造。該階段是生產(chǎn)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(dǎo)生產(chǎn)。
4.產(chǎn)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(chǎn)品成本、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品質(zhì)量和加工特性做出全面真實(shí)評價(jià)，為設(shè)計(jì)更改和產(chǎn)品生產(chǎn)提供可靠依據(jù)。該階段，主要使用一些非線性分析功能強(qiáng)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(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件、疲勞分析軟件，來最終評估整裝后產(chǎn)品性能。
四、應(yīng)用建議
    綜上所述，國內(nèi)市場上CAE軟件非常豐富，企業(yè)采購軟件需要自己實(shí)際情況。發(fā)展初期階段，各方面條件還不太完善，資金經(jīng)費(fèi)相對較為緊張，不可能面面俱到，一次引進(jìn)所有應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)有計(jì)劃、有目標(biāo)、分階段引進(jìn)。
    軟件引進(jìn)一定要具體情況量力而行，減少盲目性。產(chǎn)品開發(fā)初期階段，采購軟件實(shí)際上是解決生產(chǎn)問題，并為緊接著設(shè)計(jì)改型作前期準(zhǔn)備，該階段可以找一些項(xiàng)目咨詢公司合作開發(fā)，以減少前期投入。
    先進(jìn)分析設(shè)計(jì)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)必要手段，最為關(guān)鍵因素人。凡是一流企業(yè)無不擁有一只具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、學(xué)科齊全、富有挑戰(zhàn)和創(chuàng)造意識人才隊(duì)伍。軟件好買，人才難尋。引進(jìn)技術(shù)同時(shí)，就要注重人才培養(yǎng)，可消化吸收，實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中鍛煉隊(duì)伍，另國內(nèi)外廣招人才，既可將有經(jīng)驗(yàn)人才引進(jìn)來，也可將企業(yè)人才送出去，學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，用人政策上加大傾斜力度。
    總之，引進(jìn)現(xiàn)成技術(shù)也好，合資合作也好，歸根結(jié)底是要借鑒別人先進(jìn)技術(shù)成果，盡早轉(zhuǎn)變?yōu)樽约簴|西。否則只能跟別人后面跑，永遠(yuǎn)成不了大器，更談不上發(fā)展自己民族產(chǎn)業(yè)。

（轉(zhuǎn)載）