如果說(shuō)幾年前，CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）軟件在工程師的認(rèn)知上是件很高端的工具，這是一件很正常的事情。至于如何普及CAE，顯然專業(yè)技術(shù)門檻高，軟件銷售價(jià)格高都是其推廣的制約因素。一方面，相對(duì)復(fù)雜的建模過(guò)程和仿真參數(shù)設(shè)置，對(duì)于工程師自身的理論功底要求是很高的。之前某跨國(guó)CAE軟件提供商向記者透露，使用此公司軟件的都是至少碩士以上的高級(jí)人才。理由很簡(jiǎn)單，因?yàn)槿绻B參數(shù)都不能保證設(shè)置正確，仿真的結(jié)果何從談起呢？另一方面，國(guó)外CAE軟件的價(jià)格普遍偏高，眾多企業(yè)對(duì)西方流行的軟件租賃形式也從習(xí)慣上缺乏認(rèn)同感，所以在華CAE應(yīng)用的大范圍推廣，除了航空航天等高端技術(shù)領(lǐng)域，確實(shí)存在瓶頸。然而，隨著設(shè)計(jì)CAD與仿真CAE在技術(shù)上結(jié)合的越來(lái)越“一氣呵成”，面向設(shè)計(jì)工程師使用的CAD工具中的CAE嵌入式應(yīng)用讓更多的普通工程師有機(jī)會(huì)接觸到了CAE。而這對(duì)于CAE仿真技術(shù)的推廣而言，肯定是件好事！

當(dāng)前CAE應(yīng)用需求：簡(jiǎn)單快速

在今年6月份中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化分會(huì)主辦的CAE年會(huì)上，太原重工的教授級(jí)高工王建正先生告訴記者：“再好的CAE，一定要更多的人用才能發(fā)揮出它的巨大優(yōu)勢(shì)來(lái)。”他舉例說(shuō)，“最早的打字機(jī)只能由專業(yè)的文本輸入員才有資格使用，所以當(dāng)時(shí)會(huì)打字的人并不多。而現(xiàn)在由于電腦普及了，每個(gè)人都能熟練的使用電腦鍵盤進(jìn)行文字工作。這說(shuō)明一件東西是好東西，或者一種技術(shù)是好技術(shù)，只有流行開(kāi)了，大家都用，它才是真正的好東西、好技術(shù)。” 談到目前太原重工CAE的應(yīng)用水平，王建正教授介紹說(shuō)，CAE提供商提供的通用軟件只是一個(gè)基礎(chǔ)，太原重工結(jié)合自身情況進(jìn)行了CAE上的二次開(kāi)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)程式化、模塊化、參數(shù)化的CAE設(shè)計(jì)仿真校驗(yàn)。太原重工現(xiàn)在的CAE應(yīng)用也呈現(xiàn)所謂的“二八現(xiàn)象”，即CAE專業(yè)人員負(fù)責(zé)相對(duì)高端、復(fù)雜的CAE校驗(yàn)工作，而這種所謂高端CAE應(yīng)用的工作量只占公司CAE工作總量的20%，另一方面，占研發(fā)團(tuán)隊(duì)人員比例80%的普通設(shè)計(jì)人員雖然在CAE應(yīng)用難度級(jí)別上不高，但對(duì)于大量標(biāo)準(zhǔn)的，初級(jí)的CAE工作，他們則能夠完全勝任。而實(shí)際工作中，這種類型的CAE工作量會(huì)占到CAE工作總量的80%，這說(shuō)明，設(shè)計(jì)工程師已經(jīng)是公司CAE應(yīng)用的主力。而每個(gè)設(shè)計(jì)工程師對(duì)自身的設(shè)計(jì)校驗(yàn)工作可以保證一體化，這樣的工作方式效率會(huì)很高。
另外太原重工還建立了CAE分析庫(kù)。把設(shè)計(jì)仿真分析的歷史數(shù)據(jù)和know how固化下來(lái)，從而大幅提升CAE工作的質(zhì)量和效率。

太原重工的教授級(jí)高工王建正補(bǔ)充說(shuō)，太原重工的研發(fā)特點(diǎn)是產(chǎn)品線長(zhǎng)，產(chǎn)品種類眾多，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，數(shù)據(jù)繁瑣、數(shù)據(jù)量很大，之前使用的CAE軟件工具也有很多，這樣就因多平臺(tái)、多文件版本造成了更大的數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)。所以王建正的總體應(yīng)用體會(huì)是：“軟件夠用就行，甚至是越少越好。我們一旦確認(rèn)了CAE分析的可靠性，那剩下的需求指標(biāo)就是兩點(diǎn)：簡(jiǎn)單、快速。王建正教授所言的簡(jiǎn)單是指使用簡(jiǎn)單，也就是軟件工具的界面設(shè)計(jì)人性化、用戶友好性高；而快速是指CAE的分析時(shí)間。雖然這個(gè)指標(biāo)會(huì)受到仿真科目、仿真設(shè)置、硬件水平，軟件配置等多種因素的制約，但“越快越好”是王建正代表工程師所表達(dá)的心聲。因?yàn)橹挥兴俣茸銐蚩炝耍湍茉黾訁?shù)變化后的仿真次數(shù)；只有足夠快，就能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)設(shè)計(jì)模型的細(xì)節(jié)進(jìn)行反復(fù)推敲；只有速度夠快了，才能讓設(shè)計(jì)工程師切實(shí)體會(huì)到設(shè)計(jì)、仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)、再仿真，從而實(shí)現(xiàn)仿真一體化的流暢感，有利于設(shè)計(jì)者在一定時(shí)間內(nèi)保持思維的連續(xù)性。而對(duì)于王教授追求CAE的“簡(jiǎn)單”、“快速”，上海汽輪機(jī)有限公司設(shè)計(jì)研究所的工程師阮文華表示，頗有同感。

上海汽輪機(jī)有限公司隸屬上海電氣集團(tuán)，是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電力汽輪機(jī)的重點(diǎn)企業(yè)，在其設(shè)計(jì)研究所中，汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)相對(duì)成熟。現(xiàn)在公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了零樣機(jī)（無(wú)物理樣機(jī)）的設(shè)計(jì)流程。全部測(cè)試校驗(yàn)工作也是基于CAE的虛擬仿真環(huán)境。目前公司團(tuán)隊(duì)中有25人參與CAE仿真，而真正負(fù)責(zé)實(shí)物試驗(yàn)的只有5人，而且，他們進(jìn)行的試驗(yàn)也是產(chǎn)品動(dòng)平衡試驗(yàn)等必須放在制造過(guò)程后端的測(cè)試項(xiàng)目。阮文華工程師對(duì)目前公司新采用的CAE軟件Cosmos顯得非常滿意：“軟件很好用，很容易上手，仿真的結(jié)果和原先積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也很接近。原來(lái)需要三周的樣機(jī)試驗(yàn)工作，現(xiàn)在半天就解決了。而且關(guān)鍵部位、部件的分析都能快速地得到結(jié)果。

同樣，阮工程師對(duì)太原重工設(shè)計(jì)模塊化，仿真模塊化的發(fā)展思路也十分認(rèn)同。此外，他再次強(qiáng)調(diào)了軟件的易用性對(duì)自身工作帶來(lái)的良性影響。“軟件使用界面越簡(jiǎn)單，肯定其后臺(tái)工作越多。作為設(shè)計(jì)人員，我們重在應(yīng)用，因此我們喜歡在使用CAE軟件時(shí)有更簡(jiǎn)單的交互界面，和步驟更少的操作流程。至于后臺(tái)的工作，我們倒不是很關(guān)注。” 阮文華如是說(shuō)。

精益設(shè)計(jì)理念的提出

采訪中發(fā)現(xiàn)，目前很多企業(yè)都在加速CAE的應(yīng)用，而中國(guó)制造業(yè)企業(yè)對(duì)于CAE的增加投入也是其普遍增加對(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)上的投入的一個(gè)縮影。增加投入的目的顯然就是為了提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，但投入的多寡未必直接等同于提升效果的優(yōu)劣。一些企業(yè)軟件買了很多，反而因平臺(tái)多樣、文件版本復(fù)雜，數(shù)據(jù)管理混亂；信息化實(shí)施細(xì)節(jié)問(wèn)題眾多，而且不易快速解決等問(wèn)題陷入更深層次的困境。面對(duì)這些企業(yè)成長(zhǎng)中的煩惱，國(guó)家制造業(yè)信息化重大專項(xiàng)組組長(zhǎng)，中國(guó)航天科技集團(tuán)總工程師楊海成教授(其也是國(guó)家863/CIMS主題專家組組長(zhǎng)，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化分會(huì)主任委員)對(duì)此開(kāi)出了自己的“藥方”——精益設(shè)計(jì)概念的提出。楊海成教授分析認(rèn)為：“目前國(guó)內(nèi)企業(yè)提升自身創(chuàng)新能力的需要迫切，而在全國(guó)制造企業(yè)普及二維設(shè)計(jì)技術(shù)后，三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用推廣也在快速展開(kāi)，三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)已初具規(guī)模。這為企業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的下一步發(fā)展提供了技術(shù)上的前提與基礎(chǔ)。目前，制造型企業(yè)的設(shè)計(jì)需求集中在設(shè)計(jì)軟件易學(xué)易用、確保設(shè)計(jì)成果正確有效，設(shè)計(jì)能為企業(yè)快速增值的具體的需求上。”

另一方面，據(jù)楊教授分析，當(dāng)今企業(yè)仍舊停留在對(duì)軟件的應(yīng)用階段，尚不能實(shí)現(xiàn)多設(shè)計(jì)流程緊密結(jié)合，至于企業(yè)重金打造的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，距離全面支撐設(shè)計(jì)創(chuàng)新的平臺(tái)也依舊存在不足。

因此，在目前中國(guó)企業(yè)有一定的數(shù)字化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，企業(yè)要做到有效實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)價(jià)值，同時(shí)控制設(shè)計(jì)成本，這就勢(shì)必呈現(xiàn)出一種設(shè)計(jì)需求發(fā)展的新趨勢(shì)，即優(yōu)化設(shè)計(jì)的成本、效益、效能。做到精益化。

楊海成教授闡述了精益設(shè)計(jì)概念的內(nèi)涵和外延：講精益就是在講“瘦身”。其中所謂“精”，就是少，是無(wú)多余設(shè)計(jì)要素。相對(duì)而言的龐大、豪華、或通過(guò)堆砌產(chǎn)品功能片面追求通用化的做法都不足取。要達(dá)到精，就要考慮設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的精簡(jiǎn)，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的優(yōu)化和加強(qiáng)。所謂“益”，就是要經(jīng)濟(jì)性好，即在成本與質(zhì)量上找到平衡。所以“精益”合起來(lái)就是要達(dá)到一個(gè)最優(yōu)化的效果。精益設(shè)計(jì)的特點(diǎn)要突出工程性、集成性、能力性和整體性。突出工程性是要強(qiáng)調(diào)在具體設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，工程性指標(biāo)大于技術(shù)性指標(biāo)。這很好理解，因?yàn)楣こ讨校夹g(shù)指標(biāo)只是全局中的重要一環(huán)，但不是全部。時(shí)間因素、成本因素、以及各種相關(guān)條件都會(huì)對(duì)項(xiàng)目成功產(chǎn)生影響或是制約。所以強(qiáng)調(diào)推出工程性就是強(qiáng)調(diào)務(wù)實(shí)。

其次，強(qiáng)調(diào)集成性就是要實(shí)現(xiàn)“1+1”等于2甚至大于2的效果。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中涉及人員、設(shè)施、軟件工具等多個(gè)部分，其中數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)知識(shí)等也是影響設(shè)計(jì)的重要因素。所以，將各種資源有效配置，實(shí)現(xiàn)整體上的集成優(yōu)勢(shì)，這其中就蘊(yùn)含有搭配、組合、優(yōu)化等多種資源的藝術(shù)了。

第三，精益設(shè)計(jì)中要強(qiáng)調(diào)能力，而不僅僅是堆砌各種設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的手段，因?yàn)槿魏问侄味疾坏扔谀芰Γ@就好比購(gòu)買先進(jìn)機(jī)床的數(shù)量不等于形成生產(chǎn)力的多寡。能夠在每個(gè)具體設(shè)計(jì)項(xiàng)目中駕輕就熟，處置得當(dāng)，才是精益設(shè)計(jì)新條件、新要求下的成功之法。楊海成教授說(shuō)：“企業(yè)對(duì)于精益設(shè)計(jì)的應(yīng)用目標(biāo)一定要上升到企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力為目的。”這說(shuō)明提升創(chuàng)新能力才是楊海成教授倡導(dǎo)企業(yè)貫徹精益設(shè)計(jì)戰(zhàn)略的核心目標(biāo)。

最后，精益在設(shè)計(jì)理念再次強(qiáng)調(diào)整體性。精益設(shè)計(jì)的運(yùn)用核心就在于全局觀和對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的系統(tǒng)整體的把握能力。

談到如何在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)精益化，楊海成教授認(rèn)為，首先就是要落實(shí)數(shù)字化設(shè)計(jì)手段作為精益的基礎(chǔ)地位；“在信息化與工業(yè)化融合的大發(fā)展背景下，我們不能將信息化作為簡(jiǎn)單的工程應(yīng)用。要將精益化貫徹到這種融合中去。精益將是流程的變革，其中必然包括流程再造和重組。而我們也不能僅僅視信息化為工業(yè)化的一只工具。將硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單地累加起來(lái)。真正的精益化設(shè)計(jì)平臺(tái)是要通過(guò)組合、優(yōu)化，形成企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)的能力平臺(tái)，而這種工業(yè)化與信息化的融合，就是兩種方向的集成 它的突出表現(xiàn)就是協(xié)同化。” 楊海成教授說(shuō)。

上海汽輪機(jī)的阮文華工程師在采訪中談到產(chǎn)品價(jià)值核心在于設(shè)計(jì)，而不是CAE，CAE仿真分析的作用就是為設(shè)計(jì)保駕護(hù)航的。我們姑且不論阮工程師對(duì)于CAE價(jià)值的判定是否十分準(zhǔn)確，單從他的觀點(diǎn)中，我們也能體會(huì)到CAE應(yīng)該服務(wù)于設(shè)計(jì)的正確定位，也就是說(shuō)，CAE作為設(shè)計(jì)研發(fā)中的重要組成部分，是精益設(shè)計(jì)戰(zhàn)略中當(dāng)然的重要一環(huán)。

國(guó)家制造業(yè)信息化專項(xiàng)組組長(zhǎng)楊海成教授同樣非常看好CAE技術(shù)節(jié)約大量研發(fā)時(shí)間與成本的能力。他提出利用CAE虛擬技術(shù)、并行技術(shù)、分布式協(xié)同等目前最新的技術(shù)，從結(jié)構(gòu)性分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)仿真、 熱力學(xué)仿真等多領(lǐng)域?yàn)樵O(shè)計(jì)需求服務(wù)，從而用信息化的手段全面快速地提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能與質(zhì)量。

同時(shí)，楊海成教授還提出在CAE應(yīng)用中應(yīng)預(yù)防“大馬拉小車”的問(wèn)題，楊海成說(shuō)：“企業(yè)不應(yīng)付出高昂的投入，僅為解決自身入門級(jí)的應(yīng)用需求。而應(yīng)該結(jié)合自身特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)腃AE平臺(tái)。另一方面，將CAE應(yīng)用投入片面的集中在軟件平臺(tái)的購(gòu)買上，而忽略了目前真正的CAE短板，即對(duì)于工程師的培訓(xùn)與投入。因?yàn)楦鶕?jù)“木桶短板”原理，企業(yè)未來(lái)精益的設(shè)計(jì)研發(fā)水平將是最短短板所能達(dá)到的水平。”

對(duì)于楊教授精益設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)品化解讀，安世亞太副總裁趙敏先生應(yīng)該很有發(fā)言權(quán)。安世亞太作為國(guó)內(nèi)知名的CAE軟件提供商，長(zhǎng)期代理ANSYS等國(guó)際知名CAE軟件產(chǎn)品，對(duì)中國(guó)CAE用戶的需求十分了解。同時(shí)，安世亞太正在積極致力于打造先進(jìn)的國(guó)產(chǎn)精益研發(fā)軟件平臺(tái)，站在精益的高度，為解決國(guó)外CAE產(chǎn)品未必能解決的實(shí)際問(wèn)題提供更好的策略和方法。在趙敏先生介紹安世亞太用自身產(chǎn)品解讀精益設(shè)計(jì)，乃至精益研發(fā)的解決方案時(shí)，他提出了所謂“大質(zhì)量”管理的概念——產(chǎn)品、零件、項(xiàng)目時(shí)間、項(xiàng)目完成度、服務(wù)等各種方面都有質(zhì)量控制的需求。所以這種質(zhì)量管理的應(yīng)用應(yīng)該是貫穿設(shè)計(jì)生產(chǎn)服務(wù)全周期的。由于安世亞太自身的積淀優(yōu)勢(shì)，加上其整合由TRIZ理論支撐的創(chuàng)新管理軟件、跨平臺(tái)CAE軟件和專業(yè)質(zhì)量控制軟件等，打造新的企業(yè)精益研發(fā)平臺(tái)。這也使安世亞太在呼喚民族企業(yè)在當(dāng)前CAE產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮更大作用的呼聲中，被本土用戶寄予了更多的期望。