未來的CAE會是什麼樣子？

01-06

比如會不會由於計算機性能過度夠用，出現一種萬能網格使得現在的單元類型選取、網格劃分直接從操作中消失之類？
再比如操作會不會足夠的傻瓜化，部分CAE工程師職位和結構設計職位模糊化，CAE的重點更加看重邊界條件選取和對應的理論掌握等等？

CAE方法及CAE工具肯定會發生變化的，使用網格進行計算的有限元方法只是CAE分析方法的一種，除此之外還有邊界元，EFG，SPH，有限體積等很多不用畫網格就能進行分析計算的方法，這些方法各有優缺點，適用的範圍也不同，當這些無網格方法克服了一些自身缺陷，就有機會大規模使用。未來的CAE軟體肯定會越來越人性化，易用性也會越來越好，不過由於CAE分析對現實模型做了大量簡化和假設，具體到某個問題中如何簡化，使用何種參數這些都需要大量的經驗，這些暫時還都是計算機難以自動處理的，所以可以知道CAE軟體會有一定程度的傻瓜化，但是作為一個合格的CAE工程師，依舊需要深厚的理論和豐富的項目經驗。

大的方向不敢說，但從目前等幾何分析（Isogeometric Analysis, IGA）的發展熱度來看，將CAD中用於表達幾何模型的NURBS基函數作為形函數，克服FEA中模型精度損失的問題，實現CAD和CAE的無縫結合，是一個很有前途和潛力的發展方向。

我看的多物理場模擬的不少文獻都提到 simulate the real world 這個念頭。我相信這也是CAE的一個趨勢吧。

除了計算成本的降低、計算精度的提高、新興數值計算方法的出現、CAE 工具界面更為友好等等這些前面幾位答主提到的趨勢以外，我覺得還有很重要的一個趨勢就是工作流程的改進，以及所有這些共同帶來的 CAE 應用的進一步普及和推廣。

CAE 是 Computer Aided Engineering, 計算機輔助工程，從名字上就可知道，只有與工程結合起來，CAE 才能最大程度上發揮作用。目前全球大約只有 7.5 萬專業用戶在使用 CAE 工具，而科研、工程和技術人員大約有 8000 萬。在過去的十年中，我們也看到，CAE 在工業界的應用越來越廣泛，發展非常迅速。將來，如果仍然只是由模擬專家來負責所有的模擬分析，肯定會造成瓶頸。怎麼能讓更多的工程師，即使是沒有受到過專業模擬培訓，也能夠進行 CAE 模擬分析？究竟如何實現，其實各個廠家都在思考。

COMSOL 其實這兩年主要推廣的就是通過模擬 App ，也就是為模型定製互動式用戶界面的方式，推動模擬模擬的進一步普及和應用。對於用 COMSOL 建模的用戶來說，簡單的 App 基本上可以一鍵生成，一些用戶界面高級一點的功能也能在 COMSOL 自帶的圖形化操作界面中實現，不像以前如果想做二次開發，封裝界面只能用 Matlab 寫程序。封裝好的 App 一般都是專門為某個工程實際問題定製，界面上只包括相關的輸入參數、輸出結果、執行運算之類的，網格、求解器、演算法之類都打包在後台的模型里，這樣大多沒有模擬基礎的工程師都能用，而模擬工程師更像是 App 管理員，可以將精力都集中在創建模型和 App 的管理和部署上面。

目前國外的一些用戶包括 ABB, MTC, 橡樹嶺國家實驗室等等，已經開始接受這種新的方式，通過分發、部署 App 的方式加強模擬分析在設計、測試團隊內部的共享和協作，不少 CAE 諮詢商也開始用這個方式提供服務。當然這只是我在 COMSOL 看到聽到的，其他廠家的情況並不是太了解。前段時間也看到 Ansys 在推廣他們的 App Store，但具體配套的產品以及各方面細節還不是很清楚，可能就需要 Ansys 的工程師來介紹了。

前陣子 Google CEO Sundar Pichai 公開信裡面講到：Technology is not about the devices or the products we build. Those aren"t the end-goals. Technology is a democratizing force, empowering people through information. 對我們所從事的 CAE 行業也一樣，技術和工具並不是我們終極目標，他們帶來的信息、知識、技術的普及和推廣，生產力和生產效率的提高，對我們每個人日常生活的改善才是其真正價值。

路過

隨著你的計算機性能的提升，你會對模擬對象的計算精度和效率提出更高的要求，所以計算機的性能的過度使用是不需要考慮的問題。反而現在在某些問題正是因為計算機性能的不足而提出了很多新的模型和方法，比如針對多尺度問題的多尺度有限元法、流體力學上的湍流模型（當然這些都不「新」了，也不是很懂，說的不對請指教）
用戶的體驗也是現在商用軟體的重點關注的問題之一，所以，未來的的CAE從建模到後處理的操作肯定是越來越傻瓜化。但是問題在於只有當你有了深厚的物理背景和力學、數學基礎，你才能對你要模擬的問題有個切實的把握，這些能力不是軟體的界面人性化能夠代替的。

目前工程模擬普遍依賴於進口商用軟體的現狀，既不利於我國科技與工業競爭力的提升，也無法形成與國外的壟斷相抗衡。我國ＣＡＥ軟體產業的唯一出路就是培育自主品牌並在市場上佔有一席之地。這是參與國際競爭的關鍵，是提高國家競爭力進而保障國家安全的關鍵。

有限元語言及其編譯器（簡稱：FELAC）是元計算公司開發的將「有限元語言」翻譯為「C++語言」直至可執行程序的軟體，其主要工作流程：有限元語言（FEL source code）→ 有限元語言及其編譯器（FELAC）→ C++語言代碼（C++ source code）→ C++編譯器（C++ compiler）→ 目標代碼（object code）→ 可執行程序（executables）。

FELAC：面向未來的CAE解決方案:

有限元語言，是為了降低演算法應用技術的門檻而誕生的，介於普通商軟和自編程序之間的技術。使用高級的、對用戶更友好的環境，通過對偏微分方程的描述和離散，引用不同的演算法來降低工程師自己編程的難度，它比商軟靈活，能夠提供更針對性的解決方案。所以有限元語言是一種高級開發工具，供廣大CAE應用工程師更方便地描述自己的問題，自動調用演算法生成可執行的計算代碼。從本質上講，有限元語言是一個高級的編譯器，它比大多數耳熟能詳的商軟更加靈活，能解決的問題更豐富，技術手段更直接，又比工程師自編程序簡單，更好實施。

有限元語言，將是未來CAE發展的重要方向之一，與絕大多數商軟相比，有限元語言所生成的針對具體問題的CAE分析工具，不管是實施成本，還是對問題的適應性，都有太多優勢。

未來的CAE是智能的，雛形就是http://www.easycae.cn

我換一個思路來談。

未來CAEFEM可能會與多體動力學模擬（MBS）軟體深度整合起來。實際系統中某些運動部件的彈性無法忽略，甚至是主要動力學行為的來源，所以就產生了柔性多體動力學模擬這個需求，這樣只需要定義相關部件的受力和邊界條件，其餘的都是內部作用，模擬即節省工作量又較為真實可信。而且現在的確有很多MBS軟體裡面可以把部件建成彈性體，如LMS Virtual Lab，Simpack等等，但過程沒有那麼傻瓜；除了簡單的梁、軸等零件，複雜形狀的零件要依賴FEM軟體事先生成的數據文件。

將來對彈性體建模可能更加傻瓜，先把剛性多體系統模型建起來，然後在建模環境（前處理）中直接make body flexible，系統可以根據這個部件的形狀、材料、邊界條件等選擇合適的網格類型，並把運動和力的作用點couple到對應的節點（組）上。比如說汽車懸掛系統模擬，在一個工作環境下就能把某個部件的應力校核給做了，而不需要說搞多體建模的人要把邊界力生成一個load case再發給專門的FEM工程師去做。

Abaqus的母公司Dassault在今年收購了Simpack，所以看看我預言的會不會在幾年內成為現實。