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CAE/模拟仿真 |
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仿真是自主研发的驱动力 |
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| http://cn.newmaker.com
8/30/2008 10:43:00 PM
佳工机电网
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2007年12月21日，由中国一航自行研制生产的中国首架自主知识产权的喷气支线客机ARJ21-700飞机总装下线仪式，在中国航空工业第一集团公司上海集团上海飞机制造厂举行。
上海超级计算中心的相关专家表示，“从2003年开始，ARJ21支线飞机大型工程的空气动力学设计方面的仿真运算测试，几乎都是在我们计算中心运行的。在设计之初，会遇到支线飞机的机翼、机身如何设计，起飞后产生的空气升力、阻力会有多大的问题。经过大量模拟计算后，设计人员根据得到的反馈参考数据修改论证，然后得出最终方案。”
据悉，从ARJ21支线飞机零件设计到整机安装投产，整整4年间，“曙光4000A”一直没有停止过为其运算。截至目前，有关仿真测试运算量已累计40万个CPU·小时，相当于一台家用电脑24小时不间断运行整整30~40年。
近来，仿真技术的发展，除了应用于国防、航天航空、能源、工业制造以及石油化工等重要领域，在汽车、电子产品、虚拟仪器、环境及安全科学等领域也有广泛应用。目前，中国仿真技术应用处于何种水平？存在哪些机遇与挑战？未来的发展方向又在哪里？
中国仿真技术应用仍有提升空间
仿真科技作为信息时代除理论推导和科学试验之外的第三门新型科研方法，其技术及相关产品广泛应用于工业产品的研究、设计、开发、测试、生产、培训、使用和维护等各个环节。
如今，我国仿真产业发展状况如何？ISEC（国际仿真工业展览会暨工程师大会）历时两年做过一次“中国仿真产业发展现状”的市场调查，调查显示：
◇科技含量高、市场潜力大、学术性强是目前中国仿真市场的主要特点；
◇仿真属于高科技领域，企业主要集中在国内大中型城市；
◇中国仿真市场目前主要销售市场仍然集中在国内；
◇中国仿真企业普遍年轻，其中尤以1990~2000年及2004年后为主；
◇ 从事仿真技术的企业普遍抱着乐观态度，对仿真行业市场容量扩大抱有信心，目前需求主要是市场潜力开发及新技术知识产权的保护，行业竞争一般。
近年来，随着仿真技术的发展，中国仿真市场增长异常迅猛，仿真技术在国防、航空航天等重大领域达到了国际先进水平。但是在民用领域内的应用，与发达国家相比仍有差距。美国MSC.Software公司中国区总经理张世民指出，“国外模拟仿真技术的普及程度相当高，如高尔夫球的运行轨迹，都会使用仿真技术来计算，然而在国内的普及度远远没有达到这一点。”飞昂软件技术公司总经理蒋辉国也持相同观点：“仿真技术在民用领域内的应用还处于学习阶段，而航空航天方面的应用已经相对成熟。”
不过， 在民用工业中， 我国已自行研制生产出电力工业的大型电站(200MW/300MW/600MW)仿真系统、交通运输仿真系统等。这一点也是值得骄傲的。
CAE软件产业需加强自主创新
国家统计局日前发布的数据显示：2007年上半年,我国制造业以及服务业的增速均在10.5%以上，我国企业在科技创新及技术研发领域的投资正在稳步上升。中国科学院钟万勰院士表示，“软件产业是最能全面体现理论创新能力和科技成果水平的载体，作为工程计算中最核心的技术和手段——CAE（计算机辅助工程分析）软件的模拟仿真分析能力不仅是企业进行创新设计的重要工具，而且也已成为与理论研究和物理实验同等重要的研究手段。如今，CAE技术对于我国从制造业大国向制造业强国转变具有重要意义。”
多年以来，我国许多关键行业都遭到了国外的技术封锁。“像在航空领域，有一些CAE软件，我们尚未提出买源码，而只是希望把软件买过来装在我们的曙光服务器上，与机器一起销售，外国公司都不同意，做软件代理也不行。我们不能对购买国外的核心技术抱有不切实际的幻想。”
据2007中国（上海）国际仿真工业展览会最新公布的《中国仿真产业发展现状和机遇》表明：80%以上受调查的从事仿真技术的企业认为有必要继续增加技术研发及创新投入。钟万勰院士也指出，走以企业为主体、市场为导向和产学研相结合的自主创新之路，培育自主品牌并在市场上占有一席之地是发展我国CAE软件产业的唯一出路。
坚持走CAE自主创新之路的安世亚太集团副总裁田锋告诉记者，CAE和其他信息化产品最本质的区别在于：其他信息化产品让企业降低了成本，而CAE为企业产品带来了高附加值，真正能为现代企业创造高额利润。
但是在民用方面，仿真技术应用为何与国外相比有如此之大的落差呢？
“这主要是中国目前的研发环境所造成的。中国目前仍是一个制造业大国，但还不是制造业强国，缺乏自主创新的产品，自主研发的能力也需进一步提升。而仿真正是针对自主研发企业才生效的技术。也就是说，仿真是用来驱动研发的。所以说，仿真环境由研发环境决定。中国要做创新型国家，创新主体是企业。目前，自主研发有两条路：第一，先做产品，再找市场，但是如果市场没有建立起来，那么风险就很大。中国软件产业的自主研发，如果从产品做起很危险。而安世亚太则从市场做起，先从代理开始，打通国内渠道，然后再根据本土需求来研发产品。”田锋这样告诉记者。
尽管CAE自主研发面临诸多困难，但国内仍然有一批致力于CAE技术的研究队伍和软件开发公司。其中，值得一提的是，具有完全自主知识产权的企业级协同仿真平台PERA.Simulation的诞生，为中国制造业的自主研发与创新提供了“利器”。
美国政府非常重视CAE技术的前沿研究课题，从20世纪60年代初开始，在NASA宇航计划中就要求利用计算机进行仿真分析，之后更是若干次将“计算机仿真与建模”列为优先发展的“服务于国家利益的关键技术”。
在国内，发展CAE产业同样契合国家未来发展战略，国家“十一五”规划明确指出：要发挥制造业对经济发展的重要支撑作用。显然，CAE在制造业和国民经济各领域中的广泛应用，使其成为提升企业自主创新能力和国际竞争力的关键技术。
建模理论和方法是未来的发展重点
仿真技术在国内该如何发展？未来的发展重点体现在哪里呢？我国著名的我国著名中国工程院院士王子才认为，“建模理论和方法，仍然是推动仿真技术进步发展的重点研究方向。它是系统仿真可持续发展的基础。美国等发达国家在仿真领域一直将建模理论和方法的研究工作列为重中之重。另外，无论是武器系统还是工业系统，都向大型化、复杂化方向发展，相应的必须开展支持复杂大系统建模的理论和方法研究。”
仿真系统将是支持研究各类复杂大系统全生命周期的必要手段。大型复杂工业系统，都需要预估其安全性，从安全性出发设计实施。仿真系统是预估其安全性的有效工具，因此仿真系统自身的可信度就变得非常重要。从理论上建立仿真系统的评估体系及相应的方法、工具是推动仿真技术应用的重要研究方向。
21世纪，先进的分布式仿真技术的发展，可能将分布在各个应用领域的人员和资源集成为一个大型仿真环境。它将打破各个领域的界限，使人们在仿真环境里对拟定的设想和任务进行研究与分析。现代建模技术、计算机技术、网络技术以及虚拟现实等技术的发展，为建立这种跨行业并具有虚拟环境的仿真系统提供了强有力的技术支撑。这种仿真系统的建成，将会帮助人们解决难度更大的问题，将对经济和社会产生更大的影响。应该努力去实现这个目标。
支持这个发展的关键技术是分布式协同技术。它可以帮助处于不同地理位置的人们共享和交换数据、信息、知识和行为状态，完成特定的任务，并为实现交叉学科信息共享以及决策支持服务。虚拟世界所需要的转换技术也是建立跨行业具有虚拟环境仿真系统的有挑战性的研究发展方向。
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