摘要：

CAD、CAE技术的相互融合、相互渗透已成了工业用户一种自发的有效需求。在新型CAD、CAE一体化技术产品的帮助下，工业化研发、设计实现了从经验设计到计算机辅助设计的转变。CAD、CAE一体化技术的出现，使得工业流程得到了缩减，研发、设计过程基本融合，可大大缩短产品周期，提高产品质量。

曙光公司最新推出的PHPC，不仅能够满足大规模计算的要求，而且在图形显示方面有很好的支持，能够很好地实现一体化解决方案。

本文详细描述了CAD、CAE一体化发展的发展和趋势，给出了了基于曙光PHPC的解决方案，通过具体的实现过程展示了一体化为工业界带来的研发、设计过程的全新理念。通过详细的分析可以看出，基于曙光PHPC的解决方案，不仅给用户带来高性能的计算服务，而且可以很好地控制整体拥有成本。

关键词：
PHPC，CAD，CAE，一体化，协同环境

编写人员：
陈伟
技术支持中心 解决方案中心 售前工程

1. CAD、CAE一体化

计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，计算机辅助设计主要是用于研究如何用计算机及其外围设备和图形输入输出设备来帮助人们进行工程和产品设计的技术，它是随着计算机及其外围设备、图形设备以及软件技术的发展而发展的。

CAD在现代工业中的应用主要包括以下几个方面：
（1）制造业中的应用。CAD技术已在制造业中广泛应用，其中以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等制造业应用最为广泛、深入。
（2）工程设计中的应用。CAD技术在工程领域中的应用包括建筑设计、结构设计、设备设计、城市规划、市政管线设计等。
（3）电气和电子电路方面的应用。CAD技术最早曾用于电路原理图和布线图的设计工作。

计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术，CAE软件是由计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术相结合，而形成一种综合性、知识密集型信息产品。在近20年来市场需求的推动下，CAE技术有了长足的发展，它作为一项跨学科的数值模拟分析技术，越来越受到科技界和工程界的重视。

汽车行业是CAE应用最多、技术发展最成熟的领域。发动机方面可进行其性能的计算机估计，燃烧过程的计算机模拟，冷却、传热的有限元分析、缸体等结构的有限元强度分析；车身方面，可进行车身结构动态、静态有限元分析，车身外型空气动力学计算机模拟，车身噪声分析；在底盘方面，可进行车架有限元分析，悬架机构有限元分析，变速器、传动轴及车桥等结构强度的有限元分析；整车方面，可进行汽车平顺性，操纵稳定性的计算机模拟及撞车的有限元模拟。通过采用CAE技术，极大地缩短了产品的研制周期，减少了开发费用，而且也有利于通过优化等手段开发出性能更为优越的汽车整车和零部件。

CAD、CAE的起源不同，在现代工业中所实现的角色也不一致。CAD注重产品的外形特征，以提供图形图像、数字化模型为主，而CAE更注重的是产品物性特征问题，虽然也关注产品外型对其他性能的影响，但研究的对象是产品物理属性而不是外部特征。然而，随着现代工业信息化的逐步实现，将研发、设计、生产相互割裂开来，会产生重复性投入，同时，相互割裂的各个环节，也会降低数字化工业流程的效率。例如，在汽车制造工业中，常规的流程是研发、设计、验证、生产，采用了CAD、CAE技术以后，通过数字化建模、仿真试验等方法，可大大减小各个环节的时间。然而，这个流程不是单向的流水线，而是一个反复的过程，在验证阶段发现的问题，都需要返回到设计阶段进行修改，而流程在各环节间的流转，往往是效率低下、信息共享困难，难以体现数字化流程的优势。在这种情况下，CAD、CAE技术的相互融合、相互渗透就成了工业用户一种自发的有效需求。在新型CAD、CAE一体化技术产品的帮助下，工业化研发、设计实现了从经验设计到计算机辅助设计的转变。设计人员实现了从二维制图到三维设计的转变。有限元分析人员可以在结构件的三维实体几何图形上比较方便地用前处理划分网格，建立有限元模型，在计算机求解完成后用后处理显示计算结果，计算结果的可视化（动画显示）使计算结果一目了然。有限元分析和前、后处理功能不断发展和完善，越来越自动化和智能化，有限元分析计算结果的精度也在不断提高。CAE与CAD同步，CAD为CAE提供数字化特征模型，CAE指导CAD，CAE为CAD提供依据。CAD、CAE一体化技术的出现，使得工业流程得到了缩减，研发、设计过程基本融合，可大大缩短产品周期，提高产品质量。

ANSYS Workbench Environment（AWE）是ANSYS公司开发的新一代前后处理环境，定为于一个CAE协同平台，该环境提供了与CAD软件及设计流程高度的集成性，并且新版本增加了ANSYS很多软件模块并实现了很多常用功能，使产品开发中能快速应用CAE技术进行分析，从而减少产品设计周期、提高产品附加价值。

（1） 与CAD软件的双向关连性。AWE通过独特的架构与CAD系统中的实体及曲面模型双向连结，具有更高的CAD几何导入成功率，当CAD模型变化时，不需对所施加的载荷和约束重新定义；AWE与CAD系统的双向相关性还意味着，通过AWE的参数管理可方便地控制CAD模型的参数，从而提高设计效率；AWE的这一功能，还可对多个设计方案进行分析，自动修改每一设计方案的几何模型。

（2） 完全参数化分析环境。CAD软件采用参数设计，对提高设计效率发挥了极大的作用，仅仅需要简单的改变几个数值，即可完成多种设计方案。AWE在CAE软件中率先引入这一技术，可同时控制CAD的几何参数和材料、力方向、温度等分析参数，这一创新使得AWE与多种CAD软件具有真正的双向关连，通过交互式的参数管理可方便地输入多种设计方案，只要点击一下鼠标，参数可自动传回CAD软件，自动修改几何模型。

（3） 自动化、智能化分析过程。ANSYS Workbench能够自适应网格划分，对于精度要求高的区域会自动调整网格密度；智能化网格划分，生成形状、特性较好的元素，保证网格的高质量；自动收敛技术，是自动迭代过程，通过自适应网格划分以使指定的结果达到要求的精度；自动求解器选择，根据所求解问题的类型自动选择适合的求解器求解。