CAE（Computer Aided Engineering），即计算机辅助工程，是广泛应用于工业制造业产品研发设计过程中的一种技术软件。CAE以三维实体建模为基础，在产品设计阶段开始，通过模拟产品在结构强度、热传导、刚度、运动 学等方面的工作状态和表现，为产品功能、性能的可用性和可靠性提供依据，从而实现产品设计的优化，目前已广泛应用于汽车、航空航天、电子装备、国防军工等领域。

一、CAE对企业的重要性及在国内的现状

CAE到底有多重要呢？比如说一台汽车用CAD软件设计完成后，会采用CAE软件模拟汽车制造的过程，看设计是否合理。这里就要模拟几千个零部件的运动过程，计算每一个零部件在空间中的位移、以及相互之间的作用力，用它可以有效缩短汽车的开发时间，从36个月缩短到12个月，还可以减少产品的制造成本，尤其对航空航天工业，具有深远的战略意义。美国六代原型机的建造周期，之所以能从10年减为1年，与CAE技术的发达密不可分。

目前国外CAE软件覆盖范围广、功能完善，大部分龙头企业使用的都是CAD/CAE/CAM/PDM 一体化的综合软件平台。而且他们的核心产品不仅包括CAE 软件，还提供求解器、通用模块等核心技术的销售。

而目前，在国内CAE市场的发展现状中，CAE的国产化率约为11%，根据国内市场调研发现，这11%基本全是做专用CAE的厂商，也就是软件只适用于特定的细分领域，而且大部分客户都是军工企业，这个很容易理解CAE对于军工企业是刚需，需要保证核心技术自主可控，对信息安全保密方面会要求的更多一点。

二、CAE的作用

• 增加设计功能，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性，减少设计成本；

• 缩短设计和分析的循环周期；

• CAE分析起到的“虚拟样机”作用在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性；

• 采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本；

• 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；

• 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；

• 进行机械事故分析，查找事故原因。

三、CAE发展趋势

1、CAE技术融入到制造业的各个环节，重要性愈加凸显

作为一种功能强大的工具软件产品，CAE软件正在成为数字空间和物理世界融合的最重要的工具，其所带来的核心变革是在产品全生命周期持续利用CAE技术实现对试验的替代。

当产品处于早期概念设计阶段时，开发人员可以通过CAE技术测试初始概念并寻求初始参数的最佳解，从而获得可靠的初步产品设计方案；在产品系统或详细设计阶段，开发人员可以通过CAE技术对产品或工程方案进行模拟，从而对产品设计方案进行不断优化；在产品制造阶段，CAE技术与人工智能的结合有助于确保成品制造的一致性，保证产品精确度和降低成本。

未来，随着计算机技术的发展，CAE软件的功能不断加强，能够融入到制造业的各个环节，成为制造业企业提升创新创造能力的重要手段。

2、以仿真为核心的“正向设计”是我国工业自主创新的必经之路

“正向设计”是指在产品设计过程中，从需求出发，通过各种设计理念、方法和工具设计出产品的各类要素，以制作一个全新的产品，与此对应的是“逆向工程”，是指对一项产品进行逆向剖析及研究，从而演绎并得出该产品的各类设计要素，以制作出功用相近，但又不完全相同的产品。

我国工业在发展过程中，从产业链角度，偏加工、组装和制造，但是前端的产品设计环节中，原始创新不足，正向设计能力欠缺，更多的是做“逆向工程”，然后通过人口红利、原材料价格等获得的成本优势而拓展市场，导致在高端制造领域与部分发达国家存在一定的差距，成为制约我国制造业转型升级的重要因素之一。

CAE仿真软件作为重要的研发设计类工业软件，可以实现产品设计方案的优化、提升产品性能、缩短开发周期、减少设计成本，并通过模拟仿真预测产品功能可用性、可靠性、效率和安全性等，是实现产品正向设计、原始创新的核心工具软件。

3、通过仿真模拟，构建数字孪生体

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度的仿真过程，在虚拟空间中完成对物理实体的映射，从而反映物理实体的全生命周期过程。基于数字孪生的数字体验是对工业技术的极其重要的贡献与补充，是产品创新的崭新技术手段。随着新一代信息技术与实体经济的加速融合，工业数字化、网络化、智能化演进趋势日益明显，催生了一批制造业数字化转型新模式、新业态，其中数字孪生日趋成为产业各界研究热点，未来发展前景广阔。

4、知识产权保护意识不断增强

推进软件正版化是尊重和保护知识产权的重要举措，软件正版化是实施创新驱动发展战略、加快创新型国家建设的必然要求。

近年来，我国政府高度重视软件版权保护，一方面大力鼓励扶持国产软件企业的发展，一方面严厉打击各类侵犯软件知识产权的行为，净化软件市场环境，逐步强化知识产权保护，大力打击各种侵权行为，将恶意侵权纳入社会信用体系，鼓励创新创造，我国软件著作专利数量持续上升，截至2021年达到228万件。未来，软件正版化将持续成为我国软件行业发展的趋势，激发软件企业的研发创新活力，促进CAE软件行业得到健康可持续发展。

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撰稿：成都恒睿

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