發展史
計算機輔助工程（cae）作為一門新興的學科已經逐漸的走下神壇，成為了各大企業中設計新產品過程中不可缺少的一環。傳統的cae技術是指工程設計中的分析計算與分析仿真，具體包括工程數值分析、結構與過程最佳化設計、強度與壽命評估、運動/動力學仿真，驗證未來工程/產品的可用性與可靠性。 如今，隨著企業信息化技術的不斷發展，cae軟體與cad/cam/capp/pdm/erp一起，已經成為支持工程行業和製造企業信息化的主導技術，在提高工程/產品的設計質量，降低研究開發成本，縮短開發周期方面都發揮了重要作用，成為實現工程/產品創新的支撐技術。 雖然cae技術經過近50年的洗禮已經逐漸成熟，但對於一門新技術發展成熟則需要面對無數的挑戰，而對於cae技術的用戶企業與cae軟體提供商發展至今而言，仍然面臨著如軟體使用複雜、工程師理論知識欠缺、缺少實踐經驗、cad與cae的集成、仿真數據管理分散、計算機硬體與軟體結合以及計算速度等諸多實際問題和挑戰。
內容
cae技術主要包括以下三個方面的內容： （1）有限元法的主要對象是零件級，包括結構剛度、強度分析、非線性和熱場計算等內容； （2）仿真技術的主要對象是分系統或系統，包括虛擬樣機、流場計算和電磁場計算等內容； （3）最佳化設計的主要對象是結構設計參數。
面臨問題
1） cae軟體的易用性。虛擬仿真涉及到大量的數學和力學問題。因此，傳統的cae軟體被稱為“只有博士才能用好的軟體”，作為“陽春白雪”的技術，長期得不到普及套用。如何能夠讓擁有豐富設計經驗和製造業專業背景的工程師能夠將cae軟體套用到產品研發設計過程當中，實現普及套用，是一個十分重要的問題。 2） cae知識的積累與傳承。同樣的產品模型，套用同樣的cae軟體，但不同的分析工程師，由於知識和經驗的差異，分析出來的結果差異會很大。因此，企業如何建立自己的虛擬仿真規範和知識庫，實現對虛擬仿真知識的捕捉和重用，如何將經驗豐富的分析專家的仿真知識和仿真流程傳承給新入門的分析工程師，是企業真正套用好cae技術的關鍵。 3）仿真流程的規範化與自動化。對產品進行虛擬仿真涉及到十分複雜的流程，而套用單元的cae產品，需要手工管理仿真流程，導致虛擬仿真的效率不高。如何實現虛擬仿真流程的自動化，創建完整的仿真流程模板，並且能夠根據各個學科仿真的需求動態調整格線模型，對於提升虛擬仿真的效率和質量非常關鍵。 4）對虛擬仿真的結果的評價。如何將虛擬仿真與實際的物理試驗結合起來，提高虛擬仿真結果的置信度，從而真正減少物理樣機和物理試驗的數量，在提高產品性能的同時，降低產品研發成本，提高產品研發的成功率和研發效率。 5）多學科仿真與最佳化。各個領域的虛擬仿真結果得出了局部的性能仿真和改進建議，但是，單元的cae產品無法實現產品整體性能提升，只能解決局部最佳化問題，無法解決全局最佳化問題。 6）仿真數據的管理。在虛擬仿真的過程中，生成了海量的、不同類型的仿真文檔和數據，對應不同的分析結果。如何有效管理仿真文檔，如何建立分析文檔與產品模型的對應關係，是cae技術深化套用必須解決的問題。 7）多場耦合分析。在解決一些複雜的仿真問題過程中，設計到多物理場耦合分析的問題，如流固耦合問題，這對於單純提供某個領域仿真技術的cae廠商而言，是一個巨大挑戰。 8）研發組織架構如何支持仿真驅動設計。在製造企業傳統的產品研發流程當中，虛擬仿真技術還不在主流程之中，虛擬仿真技術人員往往屬於一個專門的部門。如何在企業中將虛擬仿真技術真正融入產品研發流程當中，調整企業研發部門的組織架構和研發組織體系，使仿真分析工程師與設計、工藝和製造工程師協同工作，實現從事多個學科虛擬仿真的工程師之間的協作，真正實現仿真驅動設計，是一個巨大的挑戰。另外，如何在上下游企業之間進行虛擬仿真的協同，則更是一個難題。 9）虛擬仿真軟體與最佳化軟體的結合。虛擬仿真軟體只能完成仿真計算，卻不能解決最佳化問題，套用虛擬仿真軟體是一個試錯過程。因此，虛擬仿真技術如何與最佳化技術有效結合，是一個重要挑戰。 10）仿真技術如何跟上計算機硬體技術的發展。目前，多核cpu、gpu、刀片工作站、串口伺服器等硬體技術發展迅速，充分利用多核cpu、hpc、並行計算等新興技術，來提高虛擬仿真的效率，是一個重要的問題。
套用實例
設計發動機機油箱時，對原設計的結構進行分析，結果表明如果各安裝位置間沒有相對位移，那么結構應力遠小於許用值，結構不會發生損壞。進一步分析表明，即使安裝位置間有一毫米的相對位移，危險部位也將產生很大的應力而引起破壞，這就需要選擇適當的安裝固定方式，為改進設計提供了理論依據。 為解決型號車多次出現的扭轉共振問題，對傳動系統作了多次扭振性能計算，最終找到了合適的聯軸器參數，這些參數在新的設計方案中得到了套用，並通過了實車考核，至今未出現過同類問題。 對兩棲車等水上推進器進行了數十個方案比較，選出了最佳方案，省去了多次性能試驗，僅以每次直接試驗費用15萬元計算，效益也是很可觀的，這還不包括縮短生產時間所帶來的好處。部分分析結果已經得到了相關實驗的驗證，兩者誤差不超過5%，充分說明了分析的有效性。 對某型車總體動力學性能進行仿真計算，得到了底盤在通過垂直牆、跨壕溝、爬坡等過程中車輛的一些重要參數及重要零部件所承受的載荷，為深入了解整車性能和確定零部件載荷打下了基礎，其中大部分參數是以往很難得到的，甚至在設計階段是不可能得到的，這對指導設計有著重要意義。
發展趨勢
cae技術的發展趨勢可以概括為，採用最先進的信息技術，吸納最新的科學知識和方法，擴充cae軟體的功能以提高其性能。 這主要包括以下三方面的內容。 （1）功能、性能和軟體技術方面：包括三維圖形處理與虛擬現實、面向對象的工程資料庫及其管理系統、多相多態介質耦合、多物理場耦合以及多尺度耦合分析以及適應於超級並行計算機和機群的高性能cae求解技術。 （2）多媒體用戶界面與智慧型化：包括多媒體的用戶界面、增強的建模和數據處理功能以及智慧型化用戶界面。 （3）cax軟體的無縫集成：多種專業領域的cae 計算分析軟體的集成化，實現對大型工程和複雜產品的全面計算分析和運行仿真，將成為cae 軟體集成化的另一個重要方向。
