計算機技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)提升競爭力的主要手段之一。

最先將計算機技術(shù)引入工業(yè)應(yīng)用的是CAD（計算機輔助設(shè)計），使用計算機軟件直接從事圖形的繪制與結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

然后是CAM（計算機輔助制造），使用計算機來操縱各式各樣的精密工具機器以制造不同的零件組。

最后引入的是CAE（計算機輔助工程），基于在產(chǎn)品分析和優(yōu)化設(shè)計中的強大助理作用，自引入工業(yè)應(yīng)用以來得到了長足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

當(dāng)前在以汽車工業(yè)為代表的諸多應(yīng)用領(lǐng)域中，對CAD的理解更習(xí)慣于“Drawing”的理解方式，并據(jù)此劃分CAD和CAE的功能界限，形成CAD與CAE的相互驅(qū)動和相互協(xié)同。

通用化CAD軟件在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

在汽車工業(yè)中常用的商業(yè)化通用CAD軟件有UG、CATIA、ProE等。

UG：美國UGS公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，是集CAD/CAE/CAM于一體的三維參數(shù)化軟件，是面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM高端軟件。它集合了概念設(shè)計、工程設(shè)計，分析與加工制造的功能,實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計與產(chǎn)品生產(chǎn)過程的組合。被廣泛應(yīng)用于機械、汽車、航空航天、家電以及化工等各個行業(yè)。

CATIA：法國DassaultSystem公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件，居世界CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子\電器、消費品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計與制造領(lǐng)域，其特有的DMU電子樣機模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動著企業(yè)競爭力和生產(chǎn)力的提高。包括:從大型的波音747飛機、火箭發(fā)動機到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。CATIA是汽車工業(yè)的事實標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統(tǒng)。

CATIA在造型風(fēng)格、車身及引擎設(shè)計等方面具有獨特的長處，為各種車輛的設(shè)計和制造提供了端對端（endtoend）的解決方案。CATIA的技術(shù)在汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)是無人可及的，并且被各國的汽車零部件供應(yīng)商所認(rèn)可。

Pro/Engineer：這是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。

這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整結(jié)合，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。

02通用化CAE軟件在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

在汽車的開發(fā)中，CAE起到了重要作用。CAE是一項綜合應(yīng)用技術(shù)，它以解決具體工程問題為出發(fā)點，借助于計算機信息處理手段，集成應(yīng)用計算數(shù)學(xué)、計算力學(xué)等“單元”技術(shù)，形成系統(tǒng)化的技術(shù)解決方案以支持復(fù)雜工程或產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計。

目前，國內(nèi)汽車汽車工業(yè)進(jìn)行CAE分析以使用國外成熟的商業(yè)軟件為主，也有少量自編程軟件。常用的CAE軟件列舉如下：

CAE軟件

前后處理軟件：Heperworks、Patran

碰撞分析：LS-Dyna、Pam-Crash、Radioss

機械動力學(xué)仿真：Adams

非線性分析：Abaqus、Marc、Ansys

疲勞分析：Fatigue

流體分析：Fluent、Star-cd、AVL-Fire

鍛壓過程分析：SuperForge

汽車內(nèi)噪聲預(yù)測分析：Akusmod

多學(xué)科智能優(yōu)化：iSight

汽車自動化建模：SOFY

發(fā)動機熱力學(xué)分析：GT-Power

整車性能分析：GT-Drive

當(dāng)前，CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品的開發(fā)過程中，需要解決的關(guān)鍵問題主要集中在以下五個方面：

① 系統(tǒng)動力學(xué)分析。主要分析汽車的行駛性、操縱性等，常采用多體（多剛體、多柔體）系統(tǒng)動力學(xué)分析方法。

② 疲勞壽命分析。汽車疲勞壽命分析主要研究汽車整車及各部件的動、靜疲勞壽命。

③ 碰撞分析。碰撞分析方法主要包括有限元法、多剛體系統(tǒng)動力學(xué)法河機械振動學(xué)法。汽車碰撞分析主要進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)的耐撞性研究、碰撞生物力學(xué)研究和乘員約束系統(tǒng)及安全內(nèi)飾件研究。

④ NVH分析。工程中常用的NVH分析方法有：多剛體系統(tǒng)動力學(xué)方法、有限單元法、邊界元法、統(tǒng)計能量分析法。

⑤空氣動力學(xué)分析。主要進(jìn)行汽車高速行駛時的氣動噪聲分析，分析汽車高速行駛時空氣流場對操縱穩(wěn)定性的影響。

在汽車CAE領(lǐng)域，在上述通用化商業(yè)化軟件得到廣泛應(yīng)用的同時，一些面向汽車產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)領(lǐng)域特定問題的專用商品化軟件業(yè)得到了很好的發(fā)展，如：Adams/car（常與Matlab/simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真）ADVISOR、PSAT等。

主要軟件介紹如下：

1、MSC.ADAMS

MSC.ADAMS（機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析）是一款功能完善的系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件，是美國MSC.Sofeware公司的系列軟件產(chǎn)品之一。應(yīng)用它可以方便地建立參數(shù)化的實體模型，并采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)原理進(jìn)行仿真計算，進(jìn)行機電產(chǎn)品性能分析。

MSC.ADAMS軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類模塊組成。

在汽車領(lǐng)域SMC.ADAMS/Car的應(yīng)用已比較普遍。ADAMS/Car吸收了Audi、BMW、Renault和Volvo等汽車公司的設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗，能夠快速建立高精度的車輛子系統(tǒng)模型和整車模型，可以通過高速動畫直觀地再現(xiàn)各種工況下的車輛運動學(xué)和動力學(xué)仿真，并輸出表征穩(wěn)定性、制動性、乘坐舒適性和安全性等的性能參數(shù)。

2、ANSYS

ANSYS是融合結(jié)構(gòu)、流體、電場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，由美國ANSYS,Inc.公司開發(fā)。它能與大多數(shù)CAD軟件接口，如Pro/Engineer、Unigraphics、CATIA、I-DEAS、AtuoCAD等實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與交換。ANSYS的基本功能包括：結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、柔體運動分析、熱分析、電磁場分析、計算流體分析、聲場分析等。

在運用ANSYS進(jìn)行汽車設(shè)計中，前處理階段需要進(jìn)行“定義載荷信息”的操作，而載荷信息是否真實直接關(guān)系到分析結(jié)果的正確性和可用性。汽車仿真分析中，常從事先在ADMS/Car中建立的整車模型的相關(guān)仿真結(jié)果中提取所需要的載荷信息。

3、MSC.NASTRAN

MSC.NASTRAN是美國MSC.Sofeware公司推出的一款大型結(jié)構(gòu)有限元分析軟件。當(dāng)前，眾多企業(yè)和工業(yè)行業(yè)已將MSC.NASTRAN的計算結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)代替其他質(zhì)量規(guī)范。MSC.NASTRAN具有開放性的結(jié)構(gòu)，全模塊化的組織形式使其不但擁有很強的分析能力而又能保證很好的靈活性，使用者可以根據(jù)自己的工程問題和系統(tǒng)需要通過模塊選擇和組合獲得最佳的應(yīng)用系統(tǒng)。此外，MSC.NASTRAN還為用戶提供了開發(fā)工具DMAP語言。

MSC.NASTRAN與ANSYS同為大型通用有限元分析軟件，其功能和用途也有許多一致和相似之處。MSC.NASTRAN的主要功能包括：靜力學(xué)分析、屈曲分析、動力學(xué)分析、非線性分析、熱傳導(dǎo)分析等。還能進(jìn)行諸如空氣動力彈性及顫振分析、流固耦合分析、多體超單元分析、高級對稱分析、設(shè)計靈敏度分析及優(yōu)化設(shè)計等。

4、LMS.SYSNOISE

LMS.SYSNOISE是比利時LMS公司開發(fā)的大型聲學(xué)分析軟件，用于計算聲場中任一點處的聲壓、聲輻射功率、聲強，結(jié)構(gòu)對聲場的輻射功率、能量密度，流體的模態(tài)，并能計算聲振耦合問題。還能與其他有限元軟件（如NASTRAN）相結(jié)合，進(jìn)行降噪優(yōu)化設(shè)計。

LMS.SYSNOISE本身不具備前處理功能，但它能與眾多主流有限元分析軟件有界面程序連接，可由此讀取有限元的模型數(shù)據(jù)，以及模態(tài)、表面振動速度等計算結(jié)果，從而提高建模速度。

5、MATLAB/Simulink

Simulink是Mathworks公司開發(fā)的動態(tài)系統(tǒng)通用仿真軟件包。Simulink為用戶提供了用方塊圖進(jìn)行建模的圖形接口，只需點擊和拖動鼠標(biāo)操作就可以完成復(fù)雜系統(tǒng)建模。它提供了一種更快捷、更直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。

在汽車電子產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計中，往往需要將控制器與控制對象模型聯(lián)系起來實施仿真分析，以預(yù)估或評價整個車輛系統(tǒng)的控制效果。鑒于MATLAB/Simulink在控制器模型構(gòu)建方面具有獨特的優(yōu)勢，而ADAMS/Car則具有整車建模的方便性與完善性，常將二者聯(lián)合起來建立聯(lián)合仿真模型，以提高建模效率和仿真精度。