1 航空自主CAE軟件的發(fā)展歷程

　　1.1拓展航空結(jié)構(gòu)有限元分析軟件

　　1975年，在原三機(jī)部領(lǐng)導(dǎo)支持下，中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所副所長(zhǎng)馮鐘越先生在西安主持召開三機(jī)部第1屆結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算機(jī)應(yīng)用交流會(huì).會(huì)上決定成立由中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所、631所、605所和628所等4個(gè)航空研究所組成的聯(lián)合課題組，開發(fā)通用有限元程序系統(tǒng)，定名為“航空結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)”，代號(hào)為HAJIF.

　　1976--1979年，聯(lián)合課題組開發(fā)成功航空結(jié)構(gòu)線性分析有限元程序系統(tǒng)HAJIF—Ⅰ.這是我國航空領(lǐng)域第1個(gè)大型結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng).利用HAJIF-Ⅰ已完成多個(gè)在研型號(hào)的全機(jī)或部件的應(yīng)力分析，大大推動(dòng)CAE技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用.該系統(tǒng)獲航空工業(yè)部一等獎(jiǎng)，國防科工委一等獎(jiǎng)，國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng).

　　1980--1981年，成功研制航空結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析系統(tǒng)HAJIF—Ⅱ.這是我國航空領(lǐng)域第1個(gè)大型結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析系統(tǒng).HAJIF—Ⅱ的固有動(dòng)力特性計(jì)算方法先進(jìn)、可靠，曾解決J8等型號(hào)的顫振分析問題，至今仍在飛機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用.該系統(tǒng)獲航空工業(yè)部二等獎(jiǎng)，并與HAJIF—I合并，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng).

　　1979--1982年，成功研制飛機(jī)結(jié)構(gòu)多約束優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)YIDOYU.這是我國航空領(lǐng)域第1個(gè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，增強(qiáng)了在有限元基礎(chǔ)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力，YIDOYU的機(jī)翼模型數(shù)據(jù)生成能力強(qiáng)且簡(jiǎn)單、實(shí)用.該系統(tǒng)獲航空工業(yè)部一等獎(jiǎng)，并獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng).

　　1981—1985年，成功開發(fā)我國第1個(gè)大型通用結(jié)構(gòu)非線性分析系統(tǒng)HAJIF一Ⅲ.該系統(tǒng)的非線性求解策略先進(jìn)，解決了轟炸機(jī)機(jī)翼彈塑性和穩(wěn)定性分析問題，為設(shè)計(jì)提供依據(jù);達(dá)到當(dāng)時(shí)同類系統(tǒng)的國際先進(jìn)水平，獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng).

　　1989年，在動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)矛盾突出的情況下，成功開發(fā)“飛機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)環(huán)境預(yù)計(jì)系統(tǒng)VEP”，該系統(tǒng)獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng).

　　1992年，隨著復(fù)合材料日益得到應(yīng)用，成功開發(fā)“復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化系統(tǒng)COMPASS”.該系統(tǒng)在復(fù)合材料翼面結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)方面能力強(qiáng)，具有多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，在多個(gè)型號(hào)研制中得到應(yīng)用，獲航空工業(yè)部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng).

　　1990--1995年，成功研制大型通用有限元結(jié)構(gòu)分析程序系統(tǒng)HAJIF(x).該系統(tǒng)可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力線性和非線性分析、固有特性分析、動(dòng)力響應(yīng)分析、熱傳導(dǎo)分析、聲響分析、流固耦合分析、復(fù)合材料分析以及多級(jí)超單元分析.HAJIF(x)于1995年12月通過中國航空工業(yè)總公司組織的專家評(píng)審，已應(yīng)用于多個(gè)飛機(jī)型號(hào)的結(jié)構(gòu)分析，于1996年獲中國航空工業(yè)總公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng).

　　20世紀(jì)80年代初，在認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)集成的重要性后，航空工業(yè)部組織力量，以西門子7760計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，建立7760 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，首次完成系統(tǒng)集成嘗試.1986--1995年，以IBM 4341為平臺(tái)，開發(fā)出初具規(guī)模的CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)——CIEM系統(tǒng)，集成總體、氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、氣動(dòng)彈性和CAM幾個(gè)專業(yè)的應(yīng)用程序.該系統(tǒng)獲航空工業(yè)部一等獎(jiǎng)，并獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng).

　　經(jīng)過這十幾年的努力，聯(lián)合課題組研制與開發(fā)成功一系列結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件.這些軟件在功能、軟件技術(shù)及解決問題能力等方面均居國內(nèi)領(lǐng)先地位，某些方面達(dá)到或接近當(dāng)時(shí)的國際先進(jìn)水平，形成國內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航空結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，獲航空工業(yè)部和國家多項(xiàng)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，已在航空、航天及民用工程項(xiàng)目中發(fā)揮重要作用(見圖1)，打破國外在CAE軟件行業(yè)的壟斷和對(duì)中國的封鎖，使國外軟件由有限制的高價(jià)租用逐步轉(zhuǎn)為放開銷售.更重要的是培養(yǎng)和形成1支計(jì)算力學(xué)研究與軟件開發(fā)的過硬隊(duì)伍，為進(jìn)一步發(fā)展航空自主CAE軟件奠定良好基礎(chǔ).

　　圖1 HAJIF系列軟件的應(yīng)用

　　1.2夾縫中求得特色發(fā)展

　　從20世紀(jì)90年代開始，大批國外軟件涌人中國市場(chǎng)，各航空廠所均根據(jù)應(yīng)用需求，購人多種商用CAE軟件，如MSC Nastran，ANSYS，ABAQUS和Marc等.這在一定程度上滿足飛機(jī)設(shè)計(jì)需求，推動(dòng)CAE軟件在航空工業(yè)中的應(yīng)用，但這些軟件價(jià)格昂貴并有一些使用限制，而且嚴(yán)重影響自主CAE軟件的開發(fā)進(jìn)程.有段時(shí)間幾乎聽不到開發(fā)自主CAE軟件的聲音，相關(guān)管理部門支持國產(chǎn)軟件發(fā)展的力度也大幅下降.自主CAE軟件的開發(fā)在人力、財(cái)力和物力上都遇到很多困難，其發(fā)展舉步維艱.盡管如此，HAJIF仍沒有退縮，堅(jiān)持高舉自主創(chuàng)新大旗朝前走!在中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所，仍有1支充滿活力的科研隊(duì)伍，本著“面向設(shè)計(jì)、結(jié)合試驗(yàn)、突出專用”的發(fā)展思路，在競(jìng)爭(zhēng)中求生存，在應(yīng)用中求發(fā)展，不斷發(fā)展壯大航空業(yè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAE軟件.

　　(1)“面向設(shè)計(jì)”，將優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件品牌做大做強(qiáng).以服務(wù)于型號(hào)設(shè)計(jì)為宗旨，在COMPASS基礎(chǔ)上，與飛機(jī)設(shè)計(jì)所緊密合作，增加功能、增強(qiáng)多層次優(yōu)化能力，解決不同設(shè)計(jì)階段的工程需求.

　　首先，增加翼面結(jié)構(gòu)快速建模功能，開發(fā)并集成飛機(jī)翼面結(jié)構(gòu)有限元快速建模軟件模塊QuickFEM.該模塊根據(jù)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)特性，快速建立結(jié)構(gòu)布局平面圖;根據(jù)展向的翼型布置和平面網(wǎng)格，能快速生成結(jié)構(gòu)的三維坐標(biāo);自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)靜力、振動(dòng)、顫振、靜彈、分析及滿應(yīng)力優(yōu)化數(shù)據(jù)文件，其建模效率已得到設(shè)計(jì)部門的認(rèn)可和廣泛應(yīng)用.

　　自1993年COMPASS投入運(yùn)行以來，一直有專門小組對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和推廣應(yīng)用.在開發(fā)QuickFEM的同時(shí)，按照飛機(jī)設(shè)計(jì)所的需要，開發(fā)出與MSC Patran和MSC Nastran商用軟件的數(shù)據(jù)接口;建立新的用戶界面，開發(fā)專用程序，實(shí)現(xiàn)顫振、靜彈和優(yōu)化數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成，改善前后置處理功能;增加滿應(yīng)力設(shè)計(jì)模塊，包括應(yīng)變能二次優(yōu)化、層板鋪層均衡設(shè)計(jì)以及桿與板的穩(wěn)定性計(jì)算等功能.這使COMPASS成為具有22條固定流程、可進(jìn)行帶外掛翼面(復(fù)合材料和金屬)結(jié)構(gòu)分析(含靜力、動(dòng)力、靜彈和顫振等)、滿足結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度(應(yīng)力/應(yīng)變、位移和穩(wěn)定)約束的滿應(yīng)力設(shè)計(jì)及符合靜力、動(dòng)力和氣動(dòng)彈性要求的多約束優(yōu)化設(shè)計(jì)(含氣動(dòng)彈性剪裁功能)軟件.近年來，相繼推出多個(gè)微機(jī)版本，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，成功用于航空和航天部門的十幾個(gè)型號(hào)工程項(xiàng)目中，成為這些部門設(shè)計(jì)工程師的適用工具和得力助手.

　　(2)“結(jié)合試驗(yàn)”，將開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)試驗(yàn)軟件和試驗(yàn)仿真軟件作為新的突破口，以輔助飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)計(jì).

　　①計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)試驗(yàn)CATAS.該系統(tǒng)主要功能包括計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析以及試驗(yàn)與分析相關(guān)性評(píng)估等.CATAS主要用于飛機(jī)全尺寸結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)縮短試驗(yàn)周期、提高試驗(yàn)質(zhì)量;通過計(jì)算與測(cè)量結(jié)果一致性評(píng)估，為飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度給出計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)合的全面評(píng)價(jià)，為飛機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)和改型提出建議.

　　②飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度虛擬試驗(yàn)系統(tǒng).21世紀(jì)以來，開展全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度虛擬試驗(yàn)基礎(chǔ)技術(shù)研究.該項(xiàng)目采用計(jì)算結(jié)構(gòu)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，開展飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度積木式虛擬試驗(yàn)技術(shù)和方法研究.通過虛擬試驗(yàn)環(huán)境(實(shí)驗(yàn)室)，靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度、熱強(qiáng)度、耐久性和損傷容限虛擬試驗(yàn)流程和試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的建立，以及虛擬測(cè)試、試驗(yàn)與分析評(píng)估等模塊的集成開發(fā)，建成飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度虛擬試驗(yàn)總體平臺(tái)(其框架見圖2)，形成全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度全過程的試驗(yàn)仿真能力，達(dá)到縮短飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)周期、減少驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目、降低成本、提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)分析質(zhì)量和強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)水平的目標(biāo).

　　圖2 飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度虛擬試驗(yàn)總體平臺(tái)框架

　　目前建立的飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫包括元件特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫、飛機(jī)壁板穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫、全機(jī)靜力或疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫以及起落架落震或擺振試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫;建立靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度、熱強(qiáng)度、耐久性和損傷容限虛擬試驗(yàn)流程，并在型號(hào)試驗(yàn)中得到考核與應(yīng)用，見圖3和4.

　　圖3全尺寸飛機(jī)全機(jī)靜力虛擬實(shí)驗(yàn)

　　圖4起落架擺振虛擬實(shí)驗(yàn)

　　(3)“突出專用”，開發(fā)適用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的專用軟件.在國外軟件的沖擊面前，按照“有所為，有所不為”的指導(dǎo)思想，根據(jù)國內(nèi)航空業(yè)需求開發(fā)專用軟件.針對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)過程，不求大而全、但求專而精，提供一系列專用軟件并得到廣泛應(yīng)用.

　　①飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析軟件STRANAS.針對(duì)結(jié)構(gòu)分析后的強(qiáng)度評(píng)估問題，中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所以MSC Patran平臺(tái)開發(fā)出STRANAS.開發(fā)中采用具有大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)依據(jù)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度工程分析方法，建立STRANAS強(qiáng)度分析方法庫;系統(tǒng)集成開發(fā)材料庫和型材剖面特性庫，為快速有限元建模和強(qiáng)度分析提供數(shù)據(jù)庫;集成HAJIF和MSC Nastran等有限元分析程序系統(tǒng)，所得飛機(jī)結(jié)構(gòu)總體應(yīng)力分析結(jié)果直接作為STRANAS完成強(qiáng)度分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).因此，STRANAS的開發(fā)成功可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核程序化與飛機(jī)結(jié)構(gòu)總體分析一細(xì)節(jié)強(qiáng)度校核一體化，為廣大飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析工程師提供方便、可靠而有效的分析工具.該軟件在型號(hào)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析中得到應(yīng)用.

　　②飛機(jī)結(jié)構(gòu)耐久性和損傷容限及可靠性分析系統(tǒng)ADDRAS.該系統(tǒng)以國內(nèi)航空工業(yè)常用的結(jié)構(gòu)耐久性和損傷容限分析方法為基礎(chǔ)，以大量結(jié)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為支撐開發(fā)，適用于飛機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)和使用各環(huán)節(jié)，滿足國軍標(biāo)要求的先進(jìn)的軍用飛機(jī)耐久性和損傷容限評(píng)估體系.ADDRAS能以EIFS和DFR法為中心，適當(dāng)顧及其他耐久性分析方法，具有一定程度的智能化再設(shè)計(jì)功能，分析數(shù)據(jù)可自動(dòng)生成，后置處理與耐久性分析報(bào)告要求相一致，滿足飛機(jī)設(shè)計(jì)可能用到的材料與結(jié)構(gòu)形式的需要，數(shù)據(jù)庫具有查詢、打印和修改功能，數(shù)據(jù)庫與分析系統(tǒng)能方便連接，便于數(shù)據(jù)調(diào)用.

　　目前，ADDRAS已被廣泛用于軍、民機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞普查以及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的耐久性和損傷容限評(píng)定，同時(shí)在一些民用項(xiàng)目中得到推廣應(yīng)用.

　　③飛機(jī)著陸和滑跑載荷優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)ALTLAS.該軟件是起落架著陸、滑跑和剎車動(dòng)載荷分析及綜合性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件，主要功能有：起落架緩沖器參數(shù)識(shí)別;起落架著陸載荷分析;起落架滑跑載荷分析;起落架著陸和滑跑載荷多目標(biāo)優(yōu)化;起落架落震試驗(yàn)仿真系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬;全機(jī)對(duì)稱著陸和滑跑載荷分析;全機(jī)非對(duì)稱著陸和滑跑載荷分析.ALTIAS是目前國內(nèi)飛機(jī)設(shè)計(jì)所普遍采用的起落架緩沖性能數(shù)值仿真軟件，已被成功應(yīng)用于10余個(gè)型號(hào)起落架的研制或改型設(shè)計(jì).

　　④飛機(jī)結(jié)構(gòu)三維溫度場(chǎng)分析軟件ASTSA.ASTSA是自主研發(fā)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)三維溫度場(chǎng)分析專業(yè)軟件，主要解決離散結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分析問題.利用它可以求解連續(xù)體或離散結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、線性及非線性溫度場(chǎng).該軟件具有豐富的單元庫，涵蓋多種邊界條件，具有齊全的熱分析功能.ASTSA不僅有專門的接觸熱阻單元，還有配套使用的飛機(jī)典型組合結(jié)構(gòu)接觸熱阻參數(shù)庫，并開發(fā)氣動(dòng)和溫度場(chǎng)耦合分析功能，具有基于MSC Patran平臺(tái)的前后置處理系統(tǒng).該軟件已被廣泛應(yīng)用于航空和航天部門的熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并成功解決航空和航天部門的多個(gè)飛行器結(jié)構(gòu)熱分析問題.

　　1.3 自主CAE軟件開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

　　從自主CAE軟件的發(fā)展過程中獲得許多寶貴的成功經(jīng)驗(yàn)和深刻教訓(xùn).

　　(1)政府(領(lǐng)導(dǎo))支持是關(guān)鍵.航空工業(yè)部門領(lǐng)導(dǎo)大力支持并組織精干的技術(shù)隊(duì)伍，開發(fā)成功一系列航空結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)，解決一些飛機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題.

　　(2)人才隊(duì)伍是關(guān)鍵.30年的發(fā)展歷程表明，好的CAE軟件離不開高水平的結(jié)構(gòu)分析和軟件開發(fā)人員;軟件的維護(hù)發(fā)展也離不開這批人才隊(duì)伍，只有擁有和長(zhǎng)期保持這批隊(duì)伍的穩(wěn)定，已開發(fā)軟件才能得到維護(hù)和發(fā)展;否則，便會(huì)使已開發(fā)軟件的壽命提前結(jié)束.

　　(3)創(chuàng)新技術(shù)是生命線.CAE軟件開發(fā)若沒有創(chuàng)新技術(shù)，則在開發(fā)完成之時(shí)就可能被淘汰，因此國產(chǎn)軟件必須有幾個(gè)自己的亮點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn).

　　(4)充分利用國內(nèi)外軟件成果.應(yīng)避免低水平重復(fù)開發(fā)，不求大而全，著重推出符合國內(nèi)情況的、并具有與國外系統(tǒng)良好聯(lián)合求解能力的專用軟件.

　　(5)技術(shù)支持和服務(wù)是發(fā)展動(dòng)力.軟件只有不斷被應(yīng)用和維護(hù)才有生命力，只有為用戶提供全方位的技術(shù)支持和服務(wù)，才能不斷發(fā)展壯大.

　　(6)開發(fā)與維護(hù)脫節(jié)造成有些自主軟件“自生自滅”的結(jié)果.在軟件開發(fā)結(jié)束后，沒有后續(xù)經(jīng)費(fèi)支持，隨著人員流動(dòng)、項(xiàng)目更迭、隊(duì)伍解散，軟件得不到維護(hù)，有些被市場(chǎng)淘汰.這是非常沉痛的教訓(xùn).

　　(7)“小作坊”模式開發(fā)，自產(chǎn)自銷，開發(fā)與市場(chǎng)營(yíng)銷脫節(jié)，未形成軟件產(chǎn)業(yè).

　　CAE技術(shù)在制造業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，是提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和國際競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù).建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAE軟件產(chǎn)業(yè)，對(duì)我國正在構(gòu)建的以企業(yè)為主體的國家創(chuàng)新體系具有十分重要的戰(zhàn)略意義.

　　2航空工業(yè)的快速發(fā)展需要大力發(fā)展CAE技術(shù)并建立自主CAE軟件產(chǎn)業(yè)

　　2.1新形勢(shì)下CAE技術(shù)發(fā)展需求分析

　　現(xiàn)階段，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，自主創(chuàng)新將成為重點(diǎn)和主要標(biāo)志，航空工業(yè)也將進(jìn)入新的快速發(fā)展時(shí)期，其跨越式發(fā)展需要大力發(fā)展CAE技術(shù)并建立CAE軟件產(chǎn)業(yè).

　　2.1.1航空產(chǎn)品生命周期全過程需要與其相適應(yīng)的CAE技術(shù)和軟件工具

　　飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)等航空產(chǎn)品的研制環(huán)節(jié)見圖5.航空產(chǎn)品的生命周期全過程都需要CAE技術(shù)，包括不同設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、制造新工藝仿真分析、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與虛擬試驗(yàn)及定壽與延壽等.CAE技術(shù)已越來越成為改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少樣機(jī)試驗(yàn)周期和成本的核心技術(shù)，也成為工程設(shè)計(jì)人員不可缺少的工具.

　　圖5航空產(chǎn)品研制基本過程

　　2.1.2 航空平臺(tái)發(fā)展需要強(qiáng)有力的基礎(chǔ)手段和CAE軟件工具

　　軍民機(jī)的不斷發(fā)展，將推出多種型號(hào)飛機(jī)，新型號(hào)的研制需要新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念與方法、新材料與新工藝、新結(jié)構(gòu)形式、新規(guī)范體系，更需要大力發(fā)展引領(lǐng)和支撐研發(fā)設(shè)計(jì)能力的核心技術(shù)——CAE技術(shù)和開發(fā)自主CAE軟件.只有這樣，才能滿足航空平臺(tái)的發(fā)展需求.

　　2.1.3 航空工業(yè)的數(shù)字化工程，對(duì)CAE技術(shù)和CAE軟件提出更高要求和更大需求

　　航空工業(yè)的數(shù)字化工程是國家數(shù)字化工程的重要組成部分.CAE技術(shù)是航空工業(yè)研發(fā)能力的制高點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)航空工業(yè)裝備信息化和數(shù)字化的核心技術(shù).產(chǎn)品研發(fā)數(shù)字化技術(shù)包括CAD，CAE，CAM，CAPP，PDM和ERP等.通過運(yùn)用CAE技術(shù)，采用CAD/CAE/CAM一體化集成技術(shù)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品開發(fā)及制造成本;采用”虛擬試驗(yàn)”技術(shù)，加快設(shè)計(jì)進(jìn)度，替代部分物理試驗(yàn)，減小研制成本;采用產(chǎn)品型號(hào)研制的數(shù)字化設(shè)計(jì)、分析與驗(yàn)證，建立新的以自主創(chuàng)新為核心的飛機(jī)型號(hào)研制體系，將極大提高航空產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)航空工業(yè)跨越式發(fā)展.

　　2.2 國外軟件不可能完全滿足航空工業(yè)持續(xù)發(fā)展

　　當(dāng)前，航空各部門采用的大部分CAE軟件是國外商用軟件，最流行的有MSC Nastran，ANSYS，ABAQUS，MSC Adams，Marc，MSC Dytran，MSC Patran和Femap等.使用這些軟件能推動(dòng)CAE技術(shù)在航空工業(yè)部門的應(yīng)用，也可以解決許多航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)與分析問題，但存在如下嚴(yán)重問題：

　　(1)CAE軟件技術(shù)不僅是衡量國家科學(xué)計(jì)算水平的標(biāo)志，而且是事關(guān)國家核心競(jìng)爭(zhēng)力和國家安全的戰(zhàn)略技術(shù)，由于發(fā)達(dá)國家對(duì)技術(shù)的壟斷與封鎖，我國無法買到核心技術(shù)。

　　(2)僅靠購置國外軟件不能完全解決型號(hào)問題，封裝的國外軟件無法加入自主創(chuàng)新技術(shù)，直接影響航空產(chǎn)業(yè)升級(jí)及跨越式發(fā)展，影響自主設(shè)計(jì)思想的實(shí)現(xiàn);

　　(3)靠購置國外軟件，沒有自主CAE軟件的集成發(fā)展平臺(tái)，不能集成國內(nèi)科研院所的大批CAE科研成果，更不能形成自主的CAE軟件產(chǎn)業(yè).

　　顯然，長(zhǎng)期依賴國外軟件絕不是自主創(chuàng)新之道，只有大力發(fā)展自主CAE技術(shù)，構(gòu)建自主CAE軟件平臺(tái)，才能將創(chuàng)新的科研成果在自己平臺(tái)上集成和延續(xù)，并有望跟上科技發(fā)展的時(shí)代潮流，在未來的高端科技發(fā)展中把握機(jī)遇、贏得主動(dòng).也就是必須走獨(dú)立自主、自力更生的道路.

　　2.3形成自主CAE軟件產(chǎn)業(yè)的條件分析

　　綜上所述，我國必須也有條件發(fā)展有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAE軟件：

　　(1)經(jīng)過30多年的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，某些技術(shù)已具有國際先進(jìn)水平，特別是那些有一定用戶群的國產(chǎn)軟件將是自主CAE軟件產(chǎn)業(yè)形成和發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ);

　　(2)掌握先進(jìn)的軟件開發(fā)技術(shù)，培養(yǎng)出1支軟件開發(fā)隊(duì)伍;

　　(3)國際先進(jìn)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生大量的先進(jìn)軟件開發(fā)工具，為自主CAE軟件的研發(fā)提供有利條件;

　　(4)國家大力提倡創(chuàng)新，良好的大環(huán)境和機(jī)遇必將迎來國產(chǎn)CAE軟件產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的春天.

　　3 航空自主CAE軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路

　　3.1技術(shù)層面

　　(1)采用現(xiàn)代CAE新技術(shù)，將現(xiàn)有自主軟件商品化：①改造數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和執(zhí)行控制系統(tǒng);②補(bǔ)充基礎(chǔ)單元庫;③完善求解器;④開發(fā)與現(xiàn)有CAD/CAE軟件的接口;⑤嚴(yán)格軟件測(cè)試，增強(qiáng)自主軟件的健壯性和魯棒性.

　　(2)以基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為核心，按照多學(xué)科設(shè)計(jì)思想整合專業(yè)軟件，形成具有核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專業(yè)軟件模塊，使得自主CAE軟件產(chǎn)品系列化：①改造和整合現(xiàn)有專業(yè)軟件;②建立元件、組件、部件和整機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫;③集成開發(fā)強(qiáng)度校核、復(fù)合材料、耐久性和損傷容限分析、振動(dòng)與噪聲、熱強(qiáng)度以及綜合環(huán)境等新功能專業(yè)模塊.

　　(3)采用先進(jìn)CAE軟件技術(shù)，建立高起點(diǎn)的航空CAE軟件基礎(chǔ)平臺(tái)：①先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和執(zhí)行控制系統(tǒng);②開放的基礎(chǔ)單元庫;③靜動(dòng)力分析方法庫;④功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口，以及與現(xiàn)有CAD/CAE軟件無縫集成接口;⑤開發(fā)便于發(fā)展的二次開發(fā)工具.

　　平臺(tái)建立后，航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)與分析就有了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工具;自主核心技術(shù)的研究成果就有了“生根開花”的土壤;各具特色的專業(yè)軟件就有了可集成的平臺(tái).在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步集成開發(fā)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、分析、評(píng)估與全過程仿真的一體化CAE軟件系統(tǒng)，建立自主CAE軟件品牌，形成自主CAE軟件產(chǎn)業(yè).

　　3.2管理層面

　　3.2.1政策扶持，重點(diǎn)投資

　　CAE軟件產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展必須依靠政府的政策扶持和經(jīng)濟(jì)支持.在20世紀(jì)七八十年代，航空工業(yè)部投入一定資金，組織專門隊(duì)伍，研制成功航空結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)，為飛機(jī)研制起到重要作用.自主航空CAE軟件產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，仍須得到航空工業(yè)部門在政策上扶持和經(jīng)濟(jì)上支持，這是形成自主CAE軟件產(chǎn)業(yè)的前提和保障條件.

　　3.2.2培養(yǎng)人才，建立團(tuán)隊(duì)

　　創(chuàng)立自主CAE軟件產(chǎn)業(yè)，需要大批高素質(zhì)的軟件研發(fā)(包括維護(hù)、推廣應(yīng)用和營(yíng)銷)人才及團(tuán)隊(duì).從大學(xué)教育開始，加強(qiáng)基礎(chǔ)課程教育，改變學(xué)生只會(huì)用進(jìn)口程序計(jì)算的局面，努力培養(yǎng)既懂專業(yè)知識(shí)又有軟件開發(fā)技能的復(fù)合型人才;倡導(dǎo)研究生利用自主CAE軟件開展創(chuàng)新研究;建立若干國家級(jí)及省部級(jí)CAE理論研究和軟件開發(fā)技術(shù)中心，培育CAE產(chǎn)業(yè)龍頭隊(duì)伍.

　　3.2.3面向市場(chǎng)，機(jī)制創(chuàng)新

　　自主CAE軟件產(chǎn)業(yè)的壯大，最終靠的是政府指導(dǎo)下的機(jī)制創(chuàng)新和市場(chǎng)運(yùn)作.正確處理開發(fā)與維護(hù)人員的利益分配，建立市場(chǎng)營(yíng)銷機(jī)制，組建營(yíng)銷隊(duì)伍，逐步建立軟件開發(fā)、維護(hù)與營(yíng)銷一體化的合理機(jī)制，將自主CAE軟件產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng).

　　4 結(jié)束語

　　回首過去：走過自主CAE軟件從無到有的歷程，獲得一批部級(jí)和國家級(jí)科技進(jìn)步成果，為新機(jī)研制貢獻(xiàn)力量，為國產(chǎn)CAE軟件的發(fā)展打下良好基礎(chǔ).

　　喜看現(xiàn)在：以“在競(jìng)爭(zhēng)中求生存、在應(yīng)用中求發(fā)展”和“面向設(shè)計(jì)、結(jié)合試驗(yàn)、突出專用”為指導(dǎo)思想，圍繞優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域，針對(duì)型號(hào)需求，發(fā)展自主軟件和提供技術(shù)服務(wù)，取得一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為航空工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn).

　　展望未來：發(fā)展自主CAE軟件產(chǎn)業(yè)正逢其時(shí)，大力發(fā)展CAE領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域，在政府支持下，開拓創(chuàng)新，將自主CAE軟件推向產(chǎn)化.