陈立平:CAE技术发展趋势综述

    非常高兴，感谢e-works能给大家提供这么一个交流的平台，我今天的演讲题目是跟CAD相关的，我为什么没有用CAD这个题目？其实从IT发展的趋势来看，CAD和CAE是融合，我们需要关注是在未来，CAD是如何发展，如何跟CAE融合。

    80年代读书的人，都读过一本书《第三次浪潮》，一个最蛊惑人心的口号就是“在计算机时代，富国、穷国站在同一个起跑线上”。从而中国开始了重视计算机应用，经过了85宣读版，十五的五个数字化等等，一直到“十一五”。经过前面的“十五”，我们回顾一下，信息化在大工业中起到了很大的作用。而在“十一五”提出的“走向创新的技术”我们应该怎样考虑呢？

华中科技大学 陈立平教授发表演讲

    首先作为CAD和CAE的融合，这是有一定动机的，作为IT技术的应用，我们始终要关注IT的发展，经历了前面的PC、Internet之后，我们步入了嵌入时代，很多人不明白这是什么意思？嵌入式似乎是关于电控的，实际上作为一个广义的概念，已经成为我们今天时代的标志，我们说，软件无处不在，芯片无处不在。对这样的一种产品，我们采用什么样的方法进行设计，用什么样的手段进行设计是需要考虑的。每一个时代，都有每一个时代的特征。这个时代的技术特征，很明显就是资源重用，系统重构，是嵌入时代的特征，这个技术的特征，就是面向服务，也就是面向业务的架构，模型驱动的设计、模型驱动代码的生成等等，对我们产品来说，我们面临着嵌入时代什么样的产品，像机电、软硬件高度的集成与融合，在这个情况下，几何设计的技术已经成熟，所以产品创新需要新理论、新技术、新方法。
   
    我们看一下数字化和CAD的现象，有三个组建，你可以做出任何的CAD，但是没有市场，重结构，轻性能。现在的CAD是信息集成，而产品本身是模型集成，目前， CAD、CAX都没有体现出机械产品的本质的模型特征。这是一个问题。
   
    再看一下CAE技术现状，可以很漂亮的总结一下，即精致的单领域的工具，也就是单一学科，计算学科，图形学，加上一般的力学派生出来的，每一个软件都很好，混在一起就不好用，因为不兼容。还有，由于传统软件的技术，最大的悖论就是软件分装知识，知识依赖软件，软件提供多少知识就是多少知识，用户的知识很难在软件上体现，缺少系统建模，模型难以在现有技术水平上有效积累、重用，缺乏统一的建构规范。
   
    CAX在产品研发流程中所处的地位，都是在开发的后期，要么就是画图，二维、三维都是画图。对于产品创新真正有意义的概念设计，系统设计，恰恰是目前软件技术所不能解决的。再看一下目前的软件行业出现的问题，软件厂商跟用户形成了传统的模式，就是买卖关系。买什么用什么，用户并不喜欢这样。供应商不断的卖，不断的升级，用户也没有得到新的内容，也没有很长的生命周期，在现有的软件模式下，用户始终被动，所以作为厂商一定要创新，要变用户为主动。软件技术的发展，也出现了一些比较好的势头，软件一直是面向软件人员的语言，不是面向工程师，面向工程的语言。而在SOA的新理念下出现了一个变化，就是资源重用，系统重构，新的软件技术将带来新的时代，软件将依赖知识，用户将站在主动的地位。智能协同的时代，应该到来了，我们做了30年的学术都是这样说的，但是没有一个方法，现在应该有了。从大的方面来看，有几个重要的问题，第一个就是嵌入式时代，第二个是计算从科学走向工程，这是世界的潮流；再谈CAE，基于仿真的工程科学，朴实的计算，网格，资源为主体，等等新的理念，模型驱动的架构平台，这是对于软件来说，必须把握好的。再看看我们国家数字化发展的状况，前20年花很大的精力在CAD上，以几何为中心的数字化，多领域建模仿真已经成为世界的潮流。我们国家目前产品寿命的现象，从整个行业来说，设计能力弱于制造能力，中国把“印象工程”推向了极致，我们都是形似，而神不似，我们的机电产品也弱于单纯的研发产品。我们在数字的积累方面，数据的积累、出用方面，还有距离。所以这几年我个人把精力放在了系统研究的方面。
   
    谈到信息领域长期的研发人员来说，我觉得在企业信息化里面，未来产品研发平台是企业能力的体现，但是产品研发平台买不到，都是一个侧面，所以我们应该变换一个理念，未来应该是什么样的。就是以模型为主体，由企业自身的搭建积累，由企业的自身搭建积累，是企业的竞争力，技术体现是能力的积累。所以在03年内部规划的时候，我提了CX3D这个概念，从数学上，CAE方程是可以推广到机电方面。第二个我们做了多领域建模的技术，这个技术做了七年。第三个完成了参数化模型之后，才能完成多学科的研究。目前多领域建模方式有三种，我们来看一下，第一个基于接口的方法，打通四、五个参数可以，多了不行，这个需要不同领域的耦合关系，不具有标准性、开发性。第二个就是军方比较推崇的，在美国的军方有一个大流程的计算工具，但是不能成为工程师想用的一种桌面工具。另外要想把多个求解器集中起来，始终存在问题，目前的发展不容乐观，如果要谈CAE的发展，必须审视一下CAE，我个人是搞机械的，设计的最终目的是优化，所以我们现在把CAE定义在多维的角度下，也就是说要实现从几何空间向状态空间的迁移，真正的系统建模。
   
    我们这几年就做一个工作，即以资源可重用，系统可重构为模式的基础。这个技术得益于一个契机，在我们思考CAE何去何从，多领域如何统一的时候，（1996年）与他人妥协了一个标准，这个标准发展非常快，过去6年达索宣布为其的标准，开发语言是欧洲一个开放组织做的。这个语言的支持单位，协会单位是德国宇航中心，经过十年的推广，终于让工业界接受了。但是国外的这些企业，不太愿意让我们了解这个技术。这个技术的初衷，第一是做到多领域物理统一建模，这是大家都没有解决的问题，其实在IC领域解决了。第二个MAKEUP很风行，它不是技术的终结，始终是一个数学工具，或者是控制领域的专业工具，无法上我们工程师掌握，它的成功是技术的成功，在描述上向JAVA学习。在现实物理世界，构建它的物理定义，行为都可以数字化，通过语言数字化，形成领域库然后形成组建，在统一的平台下，组装搭建经过处理编译自动生成结果。