设计工程师自从有了CAD系统，设计工具得到前所未有升级的同时，产品开发模式也发生着潜移默化的改变。然而，随着CAD系统的持续普及，以及用户对产品要求的逐步升级，设计工程师发现，仅凭CAD系统已经难以完成全部的产品开发工作——由设计工程师开发的产品模型，需要通过仿真分析工程师的验证才能被最终确认，但如果仿真分析的结果不理想，那么设计工程师就要对产品模型进行修改、优化，甚至重新设计——这种由设计工程师和仿真分析工程师构成的单向循环，已经成为影响产品开发周期的最大障碍。 事实上，从上个世纪50年代末、60年代初，CAE刚刚诞生之日起，这种利用计算机辅助求解复杂工程和产品结构物理特征的方法，已经成为产品研发阶段校核产品性能的唯一科学方法。但是，也恰恰是因为其复杂性、多学科等特点，其与CAD系统始终没有深入的整合，CAE系统的用户，至今仍然被限定在特殊人群——企业当中经过长期培训的仿真分析师，设计工程师依然没有办法在自己熟悉的CAD环境当中应用CAE系统进行产品开发初期的分析。将CAE系统最大程度地融入以CAD为代表的产品研发流程，无论是对CAD还是CAE，都是必须要突破的应用瓶颈。 自2008年，作为CAD行业公认“大佬”的欧特克公司陆续收购了Moldflow、Algor和CFdesign。在完成全部的收购以后，2011年8月，欧特克公司立即对所掌握的CAE系统进行了调整，调整后的CAE产品系列分别Autodesk Simulation Mechanical、Autodesk Simulation Multiphysics、Autodesk Simulation CFD和Autodesk Moldflow。此刻的设计工程师们开始意识到，CAD和CAE两种系统真正集成应用的时代可能就快到来了——CAD和CAE的融合已经从一种理想变成了一种可能的现实，至少已经有了一定的技术基础和软件基础。 模具设计师的CAE专家 在欧特克整合的CAE产品线当中，最赫赫有名的，莫过于Autodesk Moldflow了。作为在塑料工业应用最为广泛的CAE系统，Autodesk Moldflow已经是该领域当中事实上的CAE标准。而整合完成的Autodesk Moldflow，充分考虑了不同的用户的需求差异，提供了两种不同的模拟分析模式——AMA（Autodesk Moldflow Adviser，Moldflow塑件顾问）和AMI（Autodesk Moldflow Insight，Moldflow高级成型分析专家）——分别针对设计师和专业CAE工程师。 AMA相对简便易用，主要是提供给设计工程师通过简化注塑成型的模拟，对壁厚、浇口位置、材料和产品几何的变更进行随时的仿真分析结果反馈，以帮助设计工程师随时验证设计结果，进而优化设计的诸多特征（如浇口、流道、模穴的排位等），通过对成型工艺的模拟，帮助设计者找出并解决潜在的问题。显然，AMA能够快速响应设计者的分析变更，因此AMA的用户——产品设计工程师，项目工程师和模具设计工程师可以利用其在产品开发的早期，快速验证产品的制造可行性、外观质量（熔接线、气穴等）、材料选择、结构优化（壁厚等）、浇口位置和流道（冷流道和热流道）优化等问题，很大程度上满足了设计工程师在产品结构设计研发阶段对CAE系统的要求。 AMI之所以被命名为“分析专家”，是因为其功能更加专业和深入，其主要用于解决与塑料成型相关的更广泛的设计和制造问题，例如：双色成型（Over-Molding）、嵌入成型（Insert-Molding）、气体辅助成型（Gas-assistant Molding）、共注成型（Co-Injection）、注压成型（Injection-Compression）、发泡成型（Mucell）、光学的双折射分析（Birefringence）等。甚至近期兴起的热流道动态进料系统，也可在AMI中进行模拟。很明显，AMI帮助设计工程师解决了产品设计阶段的加工制造问题，换句话说，设计师团队利用AMI就可以在设计阶段预测制造缺陷，从而真正实现对整个流程的把握，提高产品设计的质量。 无论是AMA还是AMI，可以说，企业通过应用Autodesk Moldflow，即可以将优化设计贯穿于产品诞生的全过程当中，彻底改变传统依靠经验的“试错”设计模式，使产品的设计和制造尽在掌握之中。 工程师的CAE工具 Autodesk Simulation CFD是一款“前端”CFD软件。所谓CFD (Computational Fluid Dynamics)也叫计算流体动力学，是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物，是一门边缘科学。通过应用各种离散化的数学方法，CFD软件对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，是目前进行传热、传质、动量传递及燃烧、多相流和化学反应研究的主要方法。而“前端”CFD软件，是将对产品设计的CFD分析放在设计的最前端，由设计工程师在最初设计阶段在自己熟悉的CAD环境中直接进行CFD分析，从而得出优化方案，避免中后期进行设计修改所将带来的高额成本和代价。 同大多数CFD系统一样，Autodesk Simulation CFD的主要工作是解决在产品开发过程中遇到的各种流体问题，例如流动问题、传热问题和运动问题。而作为欧特克CAD-CAE融合的关键步骤之一，Autodesk Simulation CFD与其他CFD系统的最大不同，是可以直接被MCAD（机械CAD）产品设计团队使用。 与其他的所有CAE产品相比，Autodesk Simulation CFD可以称得上是同CAD整合最好的一款CAE产品。首先，从集成的深度来看，整合完成的Autodesk Simulation CFD能够成为CAD系统的一个组成部分，设计师可以从CAD系统中直接调用其功能。因此，从某种角度讲，Autodesk Simulation CFD更像是 MCAD应用软件的一种延伸，让设计工程师能够在产品概念设计阶段就可以进行复杂的热传输或流体流动的模拟仿真试验。第二，Autodesk Simulation CFD能够整合的CAD系统范畴非常广泛，不仅能够与常见的三维CAD系统实现整合，而且在与其他基于ACIS或Paraslid几何内核的CAD系统配套时，Autodesk Simulation CFD也能实现本机互操作，从而将标准的MCAD工作站转化成完全互动的流动试验台和热力测试台。第三，Autodesk Simulation CFD具有的与生俱来的易操作性也使得其在与CAD系统整合时，更加容易被设计师掌握：基于CAD工程师的操作习惯开发的功能，使得CAD工程师几乎无需特殊的CFD专业背景，经过短暂培训就可以利用其解决遇到的大多数分析工作。第四，Autodesk Simulation CFD所拥有的强大的通用分析引擎，能在一系列CAD系统中进行精确的模拟设置，因此基本无需人为干预。 让工程师发挥自己的灵感，把注意力集中在产品而不是工具上，Autodesk Simulation CFD让工程师感受到的快乐和顺畅，是所有CAE系统与CAD系统融合的典范模式，也正是所有CAE系统和CAD系统未来技术和应用的发展方向。 最广泛通用的CAE Autodesk Simulation Mechanical和Autodesk Simulation Multiphysics是由Algor演进而来，其中，Autodesk Simulation Mechanical是原Aglor产品的基础版本，而Autodesk Simulation Multiphysics属于进阶版本，包括Mechanical所有功能，并加入Steady & Unsteady Fluid Flow与Electrostatic Analysis功能。 事实上，对于CAD-CAE融合最大的障碍，一方面是如何应对不同行业的不同分析需求，另一方面就是如何解决企业当中的多CAD环境问题，这也是现在制造商经常面对的问题——如何选择一款合适本企业应用的、能够在多CAD环境下工作的CAE系统，并能将其集成至现有设计流程中？ 作为一个被定义为大型通用分析平台的CAE产品，Autodesk Simulation Mechanical和Autodesk Simulation Multiphysics其具有各类的分析能力（包括热分析、流体分析、动力学分析、物理场分析等），其旨在为用户提供一整套的CAE工具，以帮助用户在一个集成的环境中进行精确和有效的仿真分析——这些工具包括静力、动力、流体、热传导、静电场、疲劳分析、管道工艺流程等分析与设计，因此其所涉及到的应用领域十分广泛，这一点，从其在汽车、电子、航空航天、医学、军事、电力系统、石化、土木工程、微机电系统、日用品生产等诸多领域中均有数量众多用户可见一斑。因此Autodesk Simulation Mechanical和Autodesk Simulation Multiphysics首先解决了多行业用户的不同需求。 另外，对于多CAD环境的CAE应用需求，Autodesk Simulation Mechanical和Autodesk Simulation Multiphysics也提供了很好的解决方法。首先，从软件架构上，其可与 Autodesk Inventor、Pro/ENGINEER、Solid Edge、SOLIDWORKS及其他众多的三维CAD软件直接进行数据交换，并实现无缝链接与同步数据，因此能够在多CAD环境中实现高效的工作流程。第二，在数据处理上，Autodesk Simulation Mechanical和Autodesk Simulation Multiphysics的自动网格工具可以立即生成高质量的图元——从而确保关键区域内的仿真精确度，有助于设计师在更短的时间内预测产品性能。第三，在应用上，Autodesk Simulation Mechanical和Autodesk Simulation Multiphysics内嵌的建模功能支持设计师和工程师直接编辑网格，同时，其所提供的专门针对流体的分析模块，还能够帮助设计师只需通过内嵌的对话框简单指定流体介质边界的表面来自动创建流体模型。 显然，对于那些需要在多个物理环境仿真分析产品模型的CAD工程来讲，Autodesk Simulation Mechanical和Autodesk Simulation Multiphysics无疑是最佳的选择。 后记 CAD作为工具进入工程领域的时间并不长，但是对整个工程研发领域的影响却非常巨大，不仅让更多的设计师甩掉了图板，更是深刻地改变着他们的设计方法和设计模式。但从产品研发的流程上看，CAD系统越来越需要CAE尽早提供支持，尤其是在详细设计阶段——越早介入产品的设计，就对整个产品研发流程越有利。因此，CAD与CAE的融合以及普及，已经成为一种趋势，让更多的人都能使用CAE工具，才能真正帮助企业进行创新设计。 欧特克的CAE产品解决方案正在实践CAD-CAE系统的整合：Autodesk Moldflow是一种专业级的整合模式，旨在满足行业当中专业级的仿真要求，是大多数专业级别的CAE系统与CAD整合的方向；Autodesk Simulation CFD则是一种“最佳融合方案”，将CAD与CAE做到彼此融通，轻巧便捷，是一种针对纯粹工程设计师的CAE应用典范；Autodesk Simulation Mechanical和Autodesk Simulation Multiphysics则反映了CAD-CAE融合在应用阶段的价值，即为更广泛的工程技术人员提供更全面的CAE支持。三个产品代表的是CAD-CAE融合的三个方向，同时，也是针对不同用户的三个解决方案，三个选型标准和三个应用模式。 相信这种CAD-CAE的融合，无论是对欧特克还是对整个业界，都仅仅是一个开始。而随着设计工程师开始普遍使用CAE工具，研发流程体系将会越来越完善，CAE-CAD的整合也必将更平面化、普及化。 |
