假如有人問我是做哪些的，我發(fā)覺在涉及到CAE時，我很難用淺顯易懂的語言讓他人一聽便理解。這不是觀眾的問題，應(yīng)當(dāng)是我溝通的問題。所以我花了較多的時間重新來思索，寫下下列文字，期望能解開CAE的神秘面紗，讓它平民化。
要想了解CAE，首先我們來看人類認(rèn)識和探求自然大致有以下幾種形式。
一是觀察，這特別好理解；
二是推演，從已知的東西、按照一定的邏輯方式，推斷未知的世界，也比較好理解；
三是試驗，雖然應(yīng)當(dāng)與觀察并為一類，為何我要單列呢？由于試驗比觀察更未能舉辦，須要更多的設(shè)計、組織、測量、分析，并用到好多復(fù)雜的試驗設(shè)備;最后一種方法是估算模擬，并不是所有的東西都可以通過觀察、推演和試驗獲得，例如受制于漫長的數(shù)學(xué)時間過程、比如宇宙的演進(jìn)，例如難以在試驗中復(fù)制現(xiàn)象發(fā)生的化學(xué)物理環(huán)境、比如核武的爆燃過程。
為何還能舉辦估算模擬呢？由于人類在數(shù)千年的知識進(jìn)化中，對于部份學(xué)科，產(chǎn)生了較為完整或嚴(yán)格的理論體系，這個理論體系在物理上早已被證明是合理的、正確的。
淺顯地說，對于無論是自然現(xiàn)象還是產(chǎn)品工作過程（其實只是一部份），我們早已發(fā)展出了可以用一組多項式精確地描述這個過程，我們?nèi)粝Ｍ私飧嗟臅r間或空間上的細(xì)節(jié)或結(jié)果物理電學(xué)實驗軟件，只要設(shè)法把多項式解下來即可。
假定我們你們理解了上述內(nèi)容，就理解了CAE的基礎(chǔ)。
接出來，我們將范圍縮小到產(chǎn)品開發(fā)，這兒的產(chǎn)品特質(zhì)狹義上的實體產(chǎn)品。我們來看CAE處于產(chǎn)品開發(fā)中的哪些環(huán)節(jié)。首先我們來重溫一下產(chǎn)品開發(fā)流程。
我們再聚焦于最重要的開發(fā)目標(biāo)—產(chǎn)品性能，圍繞產(chǎn)品性能，大量的不同事科鋪陳展開，幾乎涵蓋了大部份人類文明發(fā)展出來的各種理工科學(xué)科專業(yè)。這是學(xué)院教育和社會上專業(yè)研制人員分工的基礎(chǔ)。企業(yè)設(shè)置了各種部門和團(tuán)隊來承當(dāng)那些專業(yè)性工作。
在產(chǎn)品流程開發(fā)中，設(shè)計目標(biāo)例如產(chǎn)品性能，必須通過試驗測試來驗證設(shè)計是否達(dá)到性能目標(biāo)。通常來說，要通過多次迭代設(shè)計、不斷制造化學(xué)樣機(jī)、并做試驗來驗證。周期和成本十分高。并且只是知其然、不知其所以然。
倘若我們能在產(chǎn)品設(shè)計的數(shù)字化樣機(jī)(即在計算機(jī)上設(shè)計出全三維模型)階段，能通過在計算機(jī)上做試驗(即計算機(jī)仿真，CAE)判定性能是否符合設(shè)計要求，那設(shè)計迭代大部份工作就只需在計算機(jī)上完成，牽連不到化學(xué)樣機(jī)制造和試驗，也就沒有花費成本和時間的材料訂購、開模、工裝治具、生產(chǎn)制造、裝備、試驗等。等數(shù)字化樣機(jī)和計算機(jī)試驗反復(fù)做的差不多，最后再去做少量化學(xué)樣機(jī)制造和試驗，產(chǎn)品能夠基本定型。
理解了計算機(jī)仿真在產(chǎn)品開發(fā)中所處的階段后，我們來瞧瞧為何CAE能在計算機(jī)上做實驗，是如何實現(xiàn)的?我們以客機(jī)設(shè)計為例。
你們曉得，客機(jī)才能克服重力起飛，要靠客機(jī)機(jī)體(主要是噴管)以一定速率、角度切割空氣形成升力。我們在計算機(jī)上初步設(shè)計出一架客機(jī)(這架客機(jī)有了特定的規(guī)格、曲面、結(jié)構(gòu)布局、關(guān)鍵空間特點)后，怎樣判別才能這個設(shè)計是否滿足這種指標(biāo)?
以升力和阻力為例。這個問題從學(xué)科上歸結(jié)于空氣動力學(xué)問題，客機(jī)以一定速率和角度切割空氣，空氣會在機(jī)身繞流，在機(jī)身的不同地方會有不同的空氣壓力、速度，以翼型為例，上下表面的壓力差就構(gòu)成了向下抬高客機(jī)的升力。空氣繞流客機(jī)的過程，可以由一組偏微分等式可以精確地描述，它叫-多項式，1827年就早已由美國和法國的科學(xué)家共同提出來。只要解出這組多項式，客機(jī)機(jī)身及周邊各個點上的壓力、速度都有了。這組多項式十分復(fù)雜，流體熱學(xué)專家們這一百多年來主要努力在解這組多項式，仍然在發(fā)展各種算法、各類物理和數(shù)學(xué)模型。辛運的是物理電學(xué)實驗軟件，近幾六年人類有了計算機(jī)，就可以將復(fù)雜的估算通過程序交由計算機(jī)來解。
我們不花時間來講怎么解那些多項式的算法和軟件實現(xiàn)，只須要你們明白，在算法理論不斷進(jìn)步的前提下，是越來越強悍的計算機(jī)在人類的指令(程序)出來解這種多項式，越解越快，越解越精細(xì)。
實際上這個過程淺顯地說就是在計算機(jī)上做吹風(fēng)試驗，來驗證一種客機(jī)設(shè)計的空氣動熱學(xué)特點是否滿足要求。其實，最后我們還要在真實的風(fēng)洞中做吹風(fēng)試驗，但次數(shù)已大大降低、時間大大節(jié)省、成本大大壓縮，你們曉得嗎?C919小型飛機(jī)在德國做風(fēng)洞試驗，一次要幾千億元人民幣，雖然在目前有計算機(jī)仿真的情況下，也要做幾十次、幾百次的試驗，假如沒有計算機(jī)仿真呢?代價幾乎是難以想像的。
這么最后我們闡述計算機(jī)仿真到底有什么類別?目前處于哪些發(fā)展?fàn)顟B(tài)?
通常來說，CAE主要關(guān)注產(chǎn)品特點中的具象出的化學(xué)性能，例如熱學(xué)特點、電學(xué)特點、光學(xué)特點等。根據(jù)被關(guān)注的數(shù)學(xué)特點，通常有那么幾類軟件：
結(jié)構(gòu)剖析軟件：關(guān)注硬度、剛度、振動特點
CAE和CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計，淺顯地說就是計算機(jī)作圖或數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計)、CAM(計算機(jī)輔助制造，例如數(shù)控車床編程)、CAPP(計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃)等合稱為CAx，是制造業(yè)中最為核心的研制價值鏈，也是國外制造業(yè)和美國差別的主要領(lǐng)域。
CAx和PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理都?xì)w為一個特定的制造業(yè)信息化大領(lǐng)域PLM(產(chǎn)品壽命周期管理)。PLM在全球是一個巨大的產(chǎn)業(yè)，2014年全球PLM總產(chǎn)量372億港元，但在中國僅為14.69億美元。隨著中國制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)變革，中國PLM市場的增長空間巨大無比。
從以上剖析可以看出，CAE是一個不折不扣的最低端的高科技領(lǐng)域，也是近四六年來新加坡等國家對中國封鎖最嚴(yán)的領(lǐng)域。日本人有一個簡單的邏輯思維：一旦中國人獲得了頂尖的CAE軟件或把握了開發(fā)CAE軟件的全部技能，理論上設(shè)計任何國防和高科技產(chǎn)品都有了可能。由于CAE幫中國人實現(xiàn)了知其然并知其所以然。
但事實是，中國與發(fā)達(dá)國家的差別十分大，中國的科學(xué)家（例如熱學(xué)科學(xué)家）、計算技術(shù)科學(xué)家（算法研究和實現(xiàn)）、計算機(jī)圖形等方面不缺頂級大神，中國缺位了體制（非常是科研管理體制、高等教育體制）、文化（非常是創(chuàng)業(yè)文化、合作文化）、市場化方面的優(yōu)勢，同時中國喪失了從上世紀(jì)70年代到90年代寶貴的20年、這個20年是發(fā)達(dá)國家CAE技術(shù)急速發(fā)展的20年，以及中國制造業(yè)過去整體上以仿造、高密度資本、高人力成本、高資源消耗為主要特點，缺乏對原創(chuàng)性研制的追求，CAE自主化的市場應(yīng)用環(huán)境因而并未產(chǎn)生。
但差別也是機(jī)遇，希望更多的優(yōu)秀人才、產(chǎn)業(yè)資本才能聚攏到這個領(lǐng)域，那將是一件不但商業(yè)上可以創(chuàng)造奇跡、對于整個國家也是形成巨大價值的偉業(yè)。
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