一篇文章让你了解汽车行业CAD/CAE软件

【据《光明日报》 2007年03月30日
报道】中科院数学与系统科学研究院和北京飞箭软件有限公司日前联合宣布,一款专门为高性能计算机编制的“有限元程序自动生成系统”软件研制成功。这标志着为科学研究和工程界广泛应用的有限元方法也能在类似曙光这样的大型计算机,以及双核、多核计算机上进行并行计算。
据介绍,有限元方法是五十年代随着电子计算机的发展而发展起来的一种求解偏微分方程的数值计算方法。他是各学科与各产业部门普遍采用的工程与科学计算方法之一,广泛应用于核电、水电、环保、航空航天等领域。
以往国内外有限元软件只适用于特定领域或特定的有限元问题,FEPG软件打破了这个限制,适合于各种领域和各种有限元问题,把工程师和科学家从繁琐、重复的编程工作中解放出来。
FEPG软件发明人、中科院数学所研究员梁国平介绍说,随着信息技术的发展,双核、多核计算机逐渐增多,但某些双核、多核计算机的应用程序与单核计算机的程序并不通用。此次发布的FEPG.PC和FEPG.NET两个系列共5个版本,能够适应从各种个人计算机到各种服务器和并行机的有限元计算需求。
FEPG系列软件是由我国自主研发的有限元程序自动生成系统,是全球唯一开放源码的有限元软件、互联网通用的有限元系统和并行有限元程序生成平台,目前已广泛应用于机械、电子、建筑、采矿采油、航空航天等领域的科学研究和工程计算。有关专家表示,FEPG6.0的成功发布,标志着中国有了自己的高性能计算软件平台,在高性能计算这一关键领域占有一席之地。

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“当今科学技术的发展理论与实践的衔接出现断层,许多科学理论和假定学说没有被人们证实或投入生产应用,国家需要大批的科学和计算人才来补充缺漏,实现理论与实践的齐头并进。”7月7日下午,中国工程院院士、著名计算数学与计算力学专家崔俊芝院士应数学科学学院邀请来我校进行题为“科学和工程计算”的讲座。讲座由数学科学学院和计算几何与图形图像实验室主办,数学科学学院计算数学带头人王仁宏教授主持。
本次讲座思想先进,内容深奥,具有时代性。主要面向从事计算数学和宏观数学研究的教授、博士生和高年级研究生,进行思想上的沟通和学术交流。

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计算机技术已成为现代工业提升竞争力的主要手段之一。

崔俊芝院士用三个板块大体介绍了科学和工程计算这门学科的意义、内容和发展前景。
科学和工程计算作为一门新学科具有其自身的科学内涵和学科体系,需要伴随科学和技术的飞速发展,与时俱进地建立新的模式、计算方法和算法体系,并解决软件实现中的关键技术问题。
崔俊芝院士结合世界上第一台计算机的由来和使用讲述了“科学和工程计算”这门学科成立的历史意义和现实意义,它是推动计算数学发展和应用的必然要求。崔俊芝院士说:“我们要在科学的发展过程中找出断点,然后致力于这一点,在科学发展、国家需要、人才匮乏、科技技能和综合实力要求高的领域进行创新,引领和促进科学技术的跳跃式发展。”

最先将计算机技术引入工业应用的是CAD,使用计算机软件直接从事图形的绘制与结构的设计。

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然后是CAM,使用计算机来操纵各式各样的精密工具机器以制造不同的零件组。

科学计算既是科学研究第三种手段的基础,又是支持数字工程发展的基础。
科学计算已经成为科学家进行科学和技术研究的三大手段之一。可以帮助科学家揭示用物质实验手段尚不能表现的科学奥秘和科学规律。它也是应用科学家研究成果——理论、方法、科学数据——的归属,做成软件和数学计算的应用工程和社会进步的最新手段方法。
科学计算的内涵由原理与模型(物理和工程本质的数据表)、方法与理论、算法、软件技术与实现、软件验证五部分组成,充分利用数学计算与计算机的结合所产生的实际效益来解决问题。
崔俊芝院士分别用有限元方法和材料物性预测中的科学计算问题等案例就科学计算的方法和发展进行了具体的剖析。

最后引入的是CAE,基于在产品分析和优化设计中的强大助理作用,自引入工业应用以来得到了长足的发展和广泛的应用。

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当前在以汽车工业为代表的诸多应用领域中,对CAD的理解更习惯于“Drawing”的理解方式,并据此划分CAD和CAE的功能界限,形成CAD与CAE的相互驱动和相互协同。

工程计算和模拟仿真主要包括现代工程中的科学计算问题、工程软件和数字工程及其支撑技术。
“工程计算和模拟仿真是支持工程创新的重要手段,”崔俊芝院士说,“空天飞行计算和土木建筑工程等许多亟待解决的问题都需要工程计算的完善和发展。”
数字工程支持着重大工程和装备全生命周期(计划、设计、制造、运行、维护、销往以及管理与服务)发展的集成化信息技术,集成了当代先进、成熟的信息技术。
崔俊芝院士强调说,“在讲座过程中所列举的案例都是现实生活中我们遇到过的,而现在所谓的解决知识宏观的规划和调整,并不是真正的在具体实施方案上剖析问题,所以科学和工程技术这门学科发展空间很大,应用方面广泛,是应科学发展的要求而产生的一门新兴学科,而我们的任务也是繁荣这门学科从而推进科学技术的发展。”
附:崔俊芝院士简介
崔俊芝院士,计算数学、计算力学与软件工程专家。河南省新乡市人。1962年毕业于西北工业大学。中国科学院数学与系统科学研究院研究员,西北工业大学理学院教授。早年从事有限元方法研究,
1964年初研制出我国第一个平面问题通用有限元程序,解决了刘家峡大坝的复杂应力分析问题;1973年首先揭示了接触体内的应力状态与加载路线的相关性,有效地解决了龚咀大坝带缝运行和运行中加固等多个工程的复杂结构应力分析难题。80年代以来主持并参加研制了“通用有限元程序系统”、国家攻关项目“建筑工程设计软件包”、国家自然科学基金项目“有限元方法软件环境”等;同时针对科学和工程应用软件研制的方法论,提出了一种算法自适应组织的方法和系统构造模式。近年来针对复合材料性能预测和结构问题,发展了一种宏观特征和细部构造相耦合的多尺度分析方法。1981年,获国家自然科学奖二等奖等多项奖励。独立与合作发表论文100余篇,出版专著3本。
1995年,当选为中国工程院院士。1996—2002:学部常委,学部副主任,2004—
学部常委。从1962年至今先后在中国科学院下属的计算技术研究所、计算中心、计算数学与科学工程计算所工作;曾任计算中心主任,CODATA中国委员会副主席;现兼任九个一级刊物副主编、常务编委或编委,以及建设部、西北工业大学等十余所大学和开放实验室的顾问、兼职教授或学术委员等。
(通讯员 张健魁 焦琳)

通用化CAD软件在汽车工业中的应用

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在汽车工业中常用的商业化通用CAD软件有UG、CATIA、ProE等。

UG:美国UGS公司的主导产品,是集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件,是面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。它集合了概念设计、工程设计,分析与加工制造的功能,实现了优化设计与产品生产过程的组合。被广泛应用于机械、汽车、航空航天、家电以及化工等各个行业。

CATIA:法国Dassault
System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位,广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒,几乎涵盖了所有的制造业产品。CATIA是汽车工业的事实标准,是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。

CATIA在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处,为各种车辆的设计和制造提供了端对端(end
to
end)的解决方案。CATIA的技术在汽车工业领域内是无人可及的,并且被各国的汽车零部件供应商所认可。

Pro/Engineer:这是一套由设计至生产的机械自动化软件,采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上,不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。

这种独特的数据结构与工程设计的完整结合,使得设计更优化,成品质量更高,产品能更好地推向市场,价格也更便宜。

通用化CAE软件在汽车工业中的应用

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