CAE指工程設計中的計算機輔助工程,指用計算機輔助求解分析復雜工程和產品的結構力學性能,以及優(yōu)化結構性能等,把工程(生產)的各個環(huán)節(jié)有機地組織起來,其關鍵就是將有關的信息集成,使其產生并存在于工程(產品)的整個生命周期。而CAE軟件可作靜態(tài)結構分析,動態(tài)分析;研究線性、非線性問題;分析結構(固體)、流體、電磁等。
2015年我國CAE行業(yè)的市場規(guī)模為25.52億元,到2017年增長至35.47億元,預計2018年全年市場規(guī)模將達到41.89億元。
CAE技術是企業(yè)創(chuàng)新和轉型的最基本手段,中國企業(yè)和國際標桿企業(yè)的仿真條件差別并不大,但是仿真的命運卻天壤之別。在國際標桿企業(yè),仿真是設計的必備手段,可以替代大多數的試驗,在研發(fā)全程成為設計的依據;而在中國企業(yè),仿真只是設計的“選修課”,只是試驗的“附屬品”,多數情況下是在研發(fā)后期進行設計校核。在國際標桿企業(yè),“仿真驅動研發(fā)”已經成為企業(yè)戰(zhàn)略,而在中國,仿真在很多企業(yè)的價值仍然是“錦上添花”。CAE在開發(fā)深度和使用效果方面遠沒有達到應有的程度。
信息化與智能化的發(fā)展靠硬件,更要靠軟件。國內工業(yè)軟件研發(fā)與應用存在的短板必須徹底解決,實現自主可控的工業(yè)軟件研發(fā)和應用體系,智能制造才能持續(xù)發(fā)展。由上篇可知,目前我國主流商用CAE軟件大多數來自歐美發(fā)達國家,其市場占有率高達97%,壟斷大多數核心技術。隨著國家對工業(yè)軟件的安全性日益重視,國內自主CAE軟件的發(fā)展迫在眉睫。國內自主CAE軟件的代表廠商有西安前沿動力軟件開發(fā)有限責任公司、英特工程仿真技術(大連)有限公司、上海中仿計算機科技有限公司等。
CAE市場特征分析
一、市場規(guī)模
圖表:2015-2018年中國CAE行業(yè)市場規(guī)模
數據來源:中研普華產業(yè)研究院
2015年我國CAE行業(yè)的市場規(guī)模為25.52億元,到2017年增長至35.47億元,預計2018年全年市場規(guī)模將達到41.89億元。
二、產業(yè)關聯(lián)度
目前在整個市場上可以看到CAE領域的幾大類行業(yè),因為有利可圖,發(fā)展的較為迅猛。
首先是CAE軟件類的培訓,包括軟件基礎應用操作和專業(yè)應用,在軟件基礎應用操作這一塊做的越來越多后,轉而對專業(yè)應用的需求逐漸增大,這得益于CAE技術在整個制造行業(yè)的整體作用在提升和更多的人以及企業(yè)開始重視CAE本身所能創(chuàng)造的價值。所謂專業(yè)應用方面的培訓,也即是針對某些具體的行業(yè)問題的CAE分析而做的培訓,比如汽車行業(yè)的整車分析等等。
其次是CAE技術的發(fā)展,眾所周知,國內的CAE整體應用技術還是比較薄弱的,這個原因很多,幾句話講不完。隨著對CAE技術應用的重視程度在增加,對于CAE分析的要求也就更多,所能達到的效果的期待值也越高。更加真實的還原結構的工作運行環(huán)境,結合大量的分析經驗做出最有效的CAE分析,為產品的設計和制造提供強有力的支持,是很多行業(yè)和企業(yè)的需求。而CAE技術人才的培養(yǎng)所需要的時間成本和資源成本都不是簡單的一點就可以,因此除了少數行業(yè)積累的CAE分析經驗比較成熟,很多的行業(yè)并不成熟。因此,追求復雜、多物理場、多耦合場等CAE分析能力的提升,解決專業(yè)難題也是現在CAE行業(yè)發(fā)展的一大趨勢,基于此而成立的各類CAE公司很多很多。
再次是CAE咨詢,CAE咨詢這塊在國外做的非常成熟,國內對于提供成套的CAE咨詢的公司聽說的并不多,除了國外那些CAE軟件在國內的辦事處,其他的成立的小公司大多也不是以此作為盈利點,更多的應該還是軟件培訓和應用,甚至是倒賣軟件。隨著CAE技術在制造業(yè)的大量應用(未來),CAE咨詢對于企業(yè)而言變得很是關鍵。
還有一個是CAE的個性化定制,其實這幾塊分的并沒有那么開,都是串聯(lián)在一起。CAE的個性化定制是將CAE技術更好的推廣到企業(yè)的比較好的方式,CAE技術的門檻確實比較高,對于企業(yè)而言面臨的也是更多的成本輸出,通過個性化定制能夠有效降低這個成本,同時也能大大節(jié)省CAE技術在實際設計和制造中的應用成本。個性化定制CAE技術最有效的手段是二次開發(fā)技術。
三、CAE技術因素
CAE技術是一門涉及許多領域的多學科綜合技術,其關鍵技術有以下幾個方面。
(1)計算機圖形技術
CAE系統(tǒng)中表達信息的主要形式是圖形,特別是工程圖。在CAE運行的過程中,用戶與計算機之間的信息交流是非常重要的。交流的主要手段之一是計算機圖形。所以,計算機圖形技術是CAE系統(tǒng)的基礎和主要組成部分。
(2)三維實體造型
工程設計項目和機械產品都是三維空間的形體。在設計過程中,設計人員構思形成的也是三維形體。CAE技術中的三維實體造型就是在計算機內建立三維形體的幾何模型,記錄下該形體的點、棱邊、面的幾何形狀及尺寸,以及各點、邊、面間的連接關系。
(3)數據交換技術
CAE系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng),個個功能模塊都是系統(tǒng)有機的組成部分,它們都應有統(tǒng)一的幾類數據表示格式,是不同的子系統(tǒng)間、不同模塊間的數據交換順利進行,充分發(fā)揮應用軟件的效益,而且應具有較強的系統(tǒng)可擴展性和軟件的可再用性,以提高CAE系統(tǒng)的生產率。各種不同的CAE系統(tǒng)之間為了信息交換及資源共享的目的,也應建立CAE系統(tǒng)軟件均應遵守的數據交換規(guī)范。國際上通用的標準有GKS、IGES、PDES、STEP等。
(4)工程數據管理技術
CAE系統(tǒng)中生成的幾何與拓撲數據,工程機械,工具的性能、數量、狀態(tài),原材料的性能、數量、存放地點和價格,工藝數據和施工規(guī)范等數據必須通過計算機存儲、讀取、處理和傳送。這些數據的有效組織和管理是建造CAE系統(tǒng)的又一關鍵技術,是CAE系統(tǒng)集成的核心。采用數據庫管理系統(tǒng)(DBMS)對所產生的數據進行管理是最好的技術手段。
(5)管理信息系統(tǒng)
工程管理的成敗,取決于能否做出有效的決策。一定的管理方法和管理手段是一定社會生產力發(fā)展水平的產物。市場經濟環(huán)境中企業(yè)的競爭不僅是人才與技術的競爭,而且是管理水平、經營方針的競爭,是管理決策的競爭。決策的依據和出發(fā)點取決于信息的質量。所以,建立一個由人和計算機等組成的能進行信息收集、傳輸、加工、保存、維護和使用的管理信息系統(tǒng),有效地利用信息控制企業(yè)活動是CAE系統(tǒng)具有戰(zhàn)略意義、事關全局的一環(huán)。工程的整個過程歸根結底是管理過程,工程的質量與效益在很大程度上取決于管理。