通过对自主CAE软件产业的市场定位、国内学术研究成果、国民经济建设中的行业应用、自主软件公司的生存现状，以及国外软件公司购并对行业资源整合影响的调研和分析，围绕国家产业结构优化调整需求，从消除对自主CAE软件产业的认识误区着手，探寻三大产业（软件产业、先进制造业和生产性服务业）联动实现共同持续共同跨越式发展途径。以循序渐进的方式探寻形成有我国特色的体制创新、机制建设和增强法制观念、在国家层面实现资源整合的自主产业建设途径，尽快促进共性关键技术实现规范化、规模化和产业化的创新模式。

 

　　数值仿真技术在国防建设、重大工程和基础科学研究等方面发挥着十分重要的作用，其学术研究和工程应用经历着从工程需求到研究开发，再从工程应用到产业集聚的过程。历届政府对数值仿真技术的推广应用一直给予高度重视，对自主CAE软件产业给予热情扶植，采取了一系列由“宏观调控”到“社会服务”，由“政策指导”变“产业扶植”的一系列体现政府市场职能转变的有力措施。通过调研CAE产业市场定位、学术研究成果、行业应用需求，以及自主软件产业的现阶段状况，把自主CAE软件产业作为共性技术产业化所具有的典型案例。借鉴国外主流CAE软件公司沉沦起伏的发展过程和收购兼并，围绕“技术与市场”、“分工与整合”和“市场与产业”的相互关系，结合以往培育自主产业建设的经验教训，分析在产业结构调整和优化经济结构过程中，以产业自身发展作为把战略产品研发和企业示范建设作为溶入社会需求的交汇点，将生产性服务业和先进制造业以“双轮驱动”的模式助推软件产业向价值链的上下游延伸，以“软实力”服务“硬产业”，实现三大产业可持续共同跨越式发展的提高认识过程。

 

　　探讨以循序渐进的方式(国家主导（政府化）→国家引导（事业法人化）→政府扶植（企业法人化）→市场指导（董事会化）)形成具有我国特色的体制创新；机制建设(实行扁平化管理体系，构造一体化产品承接平台；各施所能各司其责，实现性能价格比最大化；制定统一开放竞争有序运行机制，实现市场配置资源制度化)和增强法制观念（政府资金投入方式；技术成果知识资本化；经营人才能力资本化）的方式，在国家层面实现资源整合的自主高新技术产业模式，尽快促进共性关键技术的规范化、规模化和产业化；同时在服从、服务国家发展战略中，加强资源优势互补，把握当前历史发展机遇，尽快形成自主CAE软件产业基地建设的规划和对策。

 

　　本节通过调研和分析CAE产业现状，围绕产业结构优化调整需求，以循序渐进的方式，探寻形成有我国特色的体制创新、机制建设和增强法制观念、在国家层面实现资源整合的自主产业模式，尽快促进共性关键技术的规范化、规模化和产业化。

 

　　2.1国内CAE市场定位和软件产业发展现状(现状)

 

　　把握重大科技创新机遇，推动高新技术产业发展是面向未来的国家战略。通过了解国内CAE技术市场定位的变化过程可以看到“落后要挨打”的现实规律，纵然学术研究成果如云，行业应用需求旺盛，依然摆脱不了自主CAE软件企业的全线告危。归结为一点，事关国家竞争力和国家安全战略的软件产业之争是国家战略利益的博弈，只有理清产业现状和脉络，才有望抓住机遇得以发展。

 

　　2.1.1产业市场定位一致发展模拟仿真技术是机遇、挑战和责任

 

　　在传统的力学中，结构力学和固体力学各类问题。如杆系、板、壳、块体，其基本方程和求解方法都有明显的差别，归属于不同的研究领域。现在，在计算力学这一新工具方法面前统一起来了，力学界在历史上第一次向工业界提供了统一求解很多类型问题的方法和工具——有限元分析程序。随着计算机软硬件技术的迅速发展和市场涌现出大量的结构性需求和机会，软件厂商对程序的功能、性能，用户界面和前后处理能力进行了大幅度的改进与扩充。使CAE软件进入了商品化时代。然而由于产业本身的主客观因素，在制造业中对于CAE软件的认识依然存在着理解和认识上的误区：

 

　　投入产出比不理想：软件购置价格很高，企业经过一段时间引进学习后没有带来预期的效益，由此产生怀疑和抵制，使其成了“花瓶”或“鸡肋”；

 

　　行业解决方案不同：各行业工程背景不同，由于初学者对产品工况和软件解析的判定标准理解不够，使得结果出现谬误，产生忧虑和困惑；

 

　　自身创新能力不够：商业化软件产品提供了丰富的功能，已经可以满足眼前自身需求和利益，对发展自主软件产业或畏难却步、或敬而远之；

 

　　在以结构调整促发展，为先进制造业和现代服务业腾发展空间，集中发展资源进行产业结构的调整优化时机，数值模拟分析技术作为国家一项关系到国民经济竞争能力和安全战略的产业，其市场定位随技术发展和市场需求而引出一场发展战略的讨论，给人们以新的认识和定位。(仅以中国科学院科学技术论坛第二十三次学术报告会议论文集为例，主题：CAE自主创新发展战略)：

 

　　加强以装备制造业发展需求为导向的自主CAE软件产业建设：优先发展先进装备制造业作为提升综合实力的重要举措，CAE技术的推广应用和自主发展作为信息化带领工业化的战略任务得到越来越多的重视。文章结合公共服务平台的实践，探讨共性专业技术公共服务机构在逐步适应公共需求变化中，实现以企业为主的发展战略途径做一思考。作为国家战略产业。

 

　　发展国产CAE软件纵横谈：CAE技术是提高我国装备制造业自主创新能力的核心技术。本文在简要介绍CAE软件的功能、应用领域和发展前景的基础上，回顾了国内外CAE软件的发展历程，阐述大力开发具有自主知识产权的CAE软件的必要性、可行性和政府应给予的支持，呼吁我国研发人员努力拼搏，不断提高具有自主知识产权的CAE软件的水平，为支持我国实现从装备制造业大国向装备制造业强国转变，建设创新型国家做出应有的贡献。

 

　　从CAE到以模拟为基础的工程科学：近十年来，随着数学模型、计算方法、计算机速度、计算机科学技术等领域的进步和科学研究、国民经济、社会发展和国防安全领域日益迫切的需求推动，计算机模拟技术快速发展，为上述各个领域的发展展现出前所未有的提升前景。国外学者预测，计算机模拟正处在进入一个新时代的门槛上，并可能给二十一世纪工程和科学的研究方式带来革命性的变革。通过美国Sandia国家实验室和美国国家基金委特别委员会对该问题的看法以及Sandia国家实验室在ASC中的相关工作的介绍，为“CAE自主创新发展战略”研究工作提供一些借鉴。

 

　　软件产业与国家科技发展战略实践：CAE技术的推广应用和自主发展作为信息化带领工业化的战略任务已经得到越来越多的重视。因此聚焦具有良好发展前景的产业领域，联合国内先进的创新技术和能力，努力使一批现有的CAE关键技术形成软件产业和服务能级。探讨以各自已有的社会资源，吸引市场上所有资源，针对制约国民经济和社会发展的科学技术瓶颈，集中力量进行软件产业和企业应用二个相互依存层面的布局，努力实现软件产业与国家科技发展战略的实践。

 

　　高性能计算在工业工程领域的应用和发展：介绍了高性能计算在工程和工业领域的发展状况，介绍了上海地区主要大型制造业的概况，最后说明了上海超级计算中心在工程计算领域开展的工作和发展。

 

　　高性能计算技术是科技创新的起点：高性能计算和应用软件相结合，在众多的科技领域，特别是工程科技领域，作为重要的研究和设计手段，正在逐渐代替着我们熟知的理论分析和实验技术，在产品的设计、加工和应用等环节发挥着不可替代的重要作用。计算技术的优势在时间和费用上尤其明显，而其他的优点如容易重复、极端条件模拟、最优化搜索等在工程领域可以在从设计到产品功能模拟的各个环节发挥重要作用。在我们还不具备许多行业从设计到生产的核心技术的情况下，有效地利用计算技术和软件可以优先改善设计技术，为全面提高技术能力奠定基础。

 

　　建立有自主知识产权的CAE软件产业：CAE技术在制造业和国民经济中用途广泛，是技术人员所必须掌握的实用技能。扶植CAE软件产业可从传统制造业的需求，满足装备制造业发展需求为导向的改变经济发展方式上去理解，同时也可在国际CAE软件市场上占有经济发展创新能力和国家战略安全的话语权方面来提高认识。

 

　　共识是在探索中形成的。在严峻的现实面前，逐渐对产业定位有了更清晰的认识和更迫切的危机感。中国经济正处在企稳回升的关键时期，结构调整优化正当时。落实自主CAE软件产业建设是推动以理论研究为先导、应用开发为基础的资源整合，加快实现以高新技术带动产业升级的有效互动，开发具有自主知识产权的软件产品，形成核心竞争能力和可持续发展的产业平台是时代赋予的机遇、挑战和责任。

 

　　2.1.2学术研究成果丰硕然而原创知识专利和人才流失现象堪忧

 

　　二十世纪六十年代，从一项国家攻关任务（刘家峡大坝设计中包含的计算问题）开始奠定了有限元方法（CAE软件系统的核心技术）的数学基础以来。在CAE理论研究和应用技术领域，面向国民经济建设，面向国家战略需求，涌现出一批有突破性、原创性和关键性的重大理论成果与应用成果，已经成为大量尖端科学领域和重大工程实施中必不可少的核心支撑技术。(仅以中国科学院科学技术论坛第二十三次学术报告会议论文集为例，主题：CAE自主创新发展战略)：

 

　　精细积分：随着控制系统复杂性的增加，控制系统的计算机辅助设计（CACSD）在控制系统分析和设计中的作用越来越重要。控制系统设计理念的发展，例如从定常控制器设计发展到时变控制器的设计等，对控制系统程序包的功能可扩展性、算法高效稳定性等要求进一步提高。而基于传统定常控制器设计的Matlab等软件，难以实现这些扩展。新开发的程序库在LQ最优控制、Kalman滤波以及系统仿真等控制系统设计基本内容方面的功能实现，特别强调在时变控制器和滤波器的设计以及Kalman滤波微分方程的高效求解等新功能扩展，通过与Matlab控制系统工具箱中相关功能的比较，显示出精细积分程序库在计算效率、数值精度、算法稳定性等方面的优势。

 

　　三维疲劳断裂理论：现代CAE技术的发展极大地提高了飞机等大型和/或复杂结构设计的效率和技术水平。针对大型复杂工况下飞机结构安全保障的迫切要求，开发一套飞机结构三维损伤容限耐久性可视化虚拟试验系统及支撑数据库；对飞机结构进行高可靠度的三维损伤容限耐久性虚拟试验，显著提高飞机结构的数字化虚拟试验能力，显著拓展全机实验效用，缩短型号研制周期；发展具有自主知识产权的三维损伤容限与耐久性关键技术，解决从材料性能到三维复杂结构性能跨越、从微纳表面制造质量和材料缺陷到局部三维裂纹、直到全机强度的多尺度跨越等虚拟试验的瓶颈，解决复杂载荷传递、复杂工况和载荷历史、腐蚀疲劳、制造质量影响预测等已成为发展先进的CAE技术以满足现代结构设计所必须面临的关键科学和技术问题。文章系统地介绍在上述研究方向的最新进展及其在现代飞行器中的应用和实践效果。

 

　　虚拟激励法：随机振动是对于许多工程领域都非常有用的力学工具。其基本理论框架和计算方法又早已建立，可是它在工程中的实际推广却又困难重重。其中一个重要原因是传统计算方法的复杂低效。近十几年发展的虚拟激励法，将平稳随机响应的计算转化为简谐响应的计算；而将非平稳随机响应的计算转化为普通的逐步积分计算。从而使得历来感到难于应用的随机振动理论的实际计算分析变得十分方便了。虚拟激励法系列则从根本上解决了计算困难；包括更为困难的多点非平稳随机地震激励问题。只需借助于普通微机，即可精确而高效地求解最为关键的高阶随机微分方程。最近十多年来，我国工程界许多不同领域的学者已经用虚拟激励法这有力工具解决了各自领域的许多颇具规模的复杂随机响应计算实例，包括桥梁、水坝和各种复杂结构物的抗震、抗风计算，海洋平台的随机波浪分析，车辆受路面激励的振动分析和控制等等。其中很多问题的难度是在国际刊物中尚未见到先例的。

 

　　先进复合材料：以碳纤维增强复合材料为代表的先进复合材料技术发祥于航空航天领域，同样，CAE技术也发祥于航空航天领域。在我国，航空先进复合材料约有近30年的历史，这也恰是CAE技术在我国航空工业的应用历史，因此，先进复合材料技术与CAE技术有着天然的内在联系。从先进复合材料的数据问题和虚拟仿真问题这两个侧面入手，立足先进复合材料国防科技重点实验室的创新实践，论述了国内外有关的进展，适当展望了发展的远景。

 

　　计算爆炸力学：在武器研发、工程爆破、安全防护、爆炸加工、冲击工程等军事和民用领域中，涉及了大量的爆炸与冲击等非线性瞬态动力学问题，为精确地描述其作用机理，研究人员必须深入了解各种物理过程，采用合理的技术途径来研究这些复杂的相互作用问题。计算爆炸力学，作为爆炸力学与计算机技术、计算数学相交叉而产生的一个新的学科分支，致力于研究如何采用计算机技术和计算数学来求解工程和科学中的爆炸力学及有关的耦合问题，是一门综合性和应用性都很强的学科。回顾了国内外爆炸力学计算方法及程序/软件的发展过程、现状及发展趋势，指出了国内在该领域存在的主要问题，并提出了相应的解决途径，最后对本学科组在计算爆炸力学软件开发及算法研究方面的相关工作进展进行了综述。

 

　　多体系统动力学：大型、轻质、高速是当前机械系统的特征，构件必须做柔性体假设才能描述系统刚-柔耦合的动力学性态。这类系统的力学模型为柔性多体系统。带柔性体的复杂系统动力学是涉及一般力学，固体力学，计算方法与软件工程多学科相互交叉的新学科。如何建立能精确描述刚-柔耦合的动力学性态的数学模型还有待深入研究，系统动力学模型的数值病态成为动力学仿真的瓶颈。重点介绍能成功解决柔性多体系统动力学问题的单向递推组集的建模方法和柔性多体系统刚柔耦合动力学建模理论的进展。最后对我国机械系统动力学仿真软件系统的开发提出一些建议。

 

　　有限元逆算法：论述车身冲压部件设计及模具制造的特点和技术要求，以及应用CAE冲压成形技术在车身部件设计及工艺设计分析中的重要作用。在此基础上，基于全量塑性理论的板材成形过程有限元逆算法，提出并建立了汽车车身部件“上、下游”快速设计、分析和制造的CAE商业化软件系统KMAS/One-step；介绍以该系统为核心的车身结构精细CAE仿真技术，面向可制造设计（DFM）与知识工程（KBE）的车身部件参数化快速优化设计技术，车身覆盖件拉延、翻边、卷边模具的坯料形状精准展开与成形性预示等相关技术的重要的工业应用。

 

　　多尺度复杂流动：针对非定常多尺度复杂流动的数值模拟，分析了尺度分辨率与数值方法精度之间的关系。简要介绍了近年来构造的高精度差分格式的基本思想和自主研制的高精度计算流体力学并行软件：HOAM-OpenCFD。该软件的特点是精度高、并行效率好、又具有一定的通用性。是一套既适用于大尺度宏观流动的数值模拟，又适用于多尺度复杂流动(包括湍流)机理研究的并行软件。方法和软件在多种实际流动的应用中证实了其有效性。

 

　　拓扑优化：在过去的十年内，西北工业大学中法并行工程/中比宇航计算技术联合实验室围绕结构优化设计，特别是结构拓扑优化设计方法投入了大量的研究精力。以实验室所开展的各项优化设计研究为背景，着重介绍了拓扑优化的相关技术在连续体结构、支撑结构、材料微结构设计等方面的应用，以及实验室在相应软件系统流程开发和技术应用等方面的探索研究。

 

　　软件工程：计算机辅助工程（CAE）软件规模越来越大，也越来越复杂。软件形式方法可用于开发CAE软件。简述了形式方法和Z规格说明语言，以三维空间中的节点序列及其操作为例，介绍了用形式方法开发CAE软件的过程，还对形式方法的相关技术进行了讨论。

 

　　格子模型：在格子自动机模型计算中，每一步演化均得到了①宏观量，②局部平衡态分布函数，③微观(或细观)量的迁移量。十分有利于对其中的宏观量(如：速度场，密度场等)进行灰度(或彩色)映射，然后采用图形、图象等视觉表现形式展现。又由于格子自动机模型计算的并行性高、效率高，因而可望达到“实时”处理。故易于采用跟踪方式与驾驭方式的可视化处理。

 

　　在国民经济急需的工程装备和国防工程众多领域，苦练内功，以其炼就的“金刚钻”能力，在被“禁运”、“技术封锁”的严酷现实面前，自主CAE技术揽下了急需的“瓷器活”，担当起了民族振兴的责任。高科技时代的竞争能力的特征，掌握着原创知识专利的人力资源无疑是其成功的第一要素。由此引出二个需要面对现实的问题：

 

　　专利流失：对于构成CAE软件的核心——求解技术问题、解决实际问题的理论体系和基本算法而言，在现实中却遇到很多问题：SCI作为“引文索引”的文献检索工具，目前已经成为评价学术地位、基础科学研究水平、科技实力和科技论文质量高低的重要标准。这些都已经与科研人员的职称评定、奖金、评奖、经费申请乃至博士学位的授予挂钩都无不紧紧相连，现实情况中很多科研院所是根据发表的论文数量来进行考核的。专利发明人将具备申请专利的三个要件（针对技术问题、提出技术方法、解决技术效果）的成果首先致力于在国内核心期刊或者国际期刊上发表，而一旦发表了成果的介绍就立即丧失了申请专利的可能，因为在国内外发表公开后就丧失了新颖性。按理说专利的价值远远大于论文的价值，然而短期的评审机制，虽然“鱼与熊掌不可兼得”，但更多的人只能选择顺其流产。（图为专利申请与审查流程示意）

 

　　人才流失：随着“软件的不断创新，网络的普及，让世界各地包括中国和印度的人们可以通过因特网轻松实现自己的社会分工。新一波的全球化，正在抹平一切疆界，世界变平了，从小缩成了微小。”那些依赖于智力的工作被层层分解后分别发向全球各地，“创作出了一个可以将知识工作和知识资本自由传送的平台，这一平台可以将各种各样的工作任务分解、分配、生产并最后组合到一起。”大量掌握着原创知识的高学历人力资源在走向社会、面对市场的时候，需要有可以展示聪明才智、发挥优势的舞台，自主CAE软件产业建设就是提供积累知识成果和软件系统的集成平台。

 

　　对知识产权的保护是发展软件产业的重要措施。保护知识创造者的利益才有可能持续有效地发展，分散的技术资源才有可能以知识资本的形式加入，最终形成软件集成系统。知识产权保护制度作为协调和平衡知识创造者与使用者之间的利益而以立法形式出现，寻求保护策略对于软件产业的形成和保护是必不可少的。

 

　　2.1.3行业应用需求旺盛长期遭受商业垄断和政治禁运后果严重

 

　　作为中国工业重镇之一的上海，制造业基础好，整体水平比较高，产业链布局完整。1972年开始，在钱令希领导下，钟万勰等组织了一个小分队在上海开展杆系直接刚度法的研究和编制程序，并大力在设计部门推广应用，对土木工程界在设计和研究中使用计算机有很大的推动作用。从那时起，大量涌现的学术研究成果，具有显著经济效益的工程应用，上海从CAE技术发展的整个过程中受益匪浅，现在正经历着从工程需求到研究开发，再指导工程应用的过程(仅以中国科学院科学技术论坛第二十三次学术报告会议论文集为例，主题：CAE自主创新发展战略)：

 

　　岩土力学：若干年来，CAE技术在各门工程学科中都有了长足的进展，作为与多门相关和相近学科相互间交叉融合的岩土力学与工程领域，在软科学理论和方法的工程应用问题中，诸如：信息化、智能化、数字化和可视化、数字图像处理等一些新兴子学科方面，计算机辅助工程设计及其相应专用分析软件的研制和开发等也均取得了不同程度的研究成果。

 

　　桥梁建筑：二十一世纪初，上海建成了两座国际水平大桥：上海卢浦大桥及东海大桥。结合拱桥，悬吊桥等体系讲述了CAE在桥梁的建设中的作用与发展方向。在我国桥梁工程建设领域从事理论研究和工程实践中提出"斜交构造异性板的弯曲理论及其应用"、"非线性薄壁空间杆件稳定有限元法"等理论均应用于桥梁设计。在斜拉桥设计理论、施工控制理论、节点构造设计和施工工艺方面提出了"索塔节点构造"、"临时外露预应力工艺"等。

 

　　汽轮发电机：随着汽轮发电机单机容量的不断增大，发电机的局部过热、振动、疲劳等诸多问题越来越受到重视。通过CAE技术在上海汽轮发电机有限公司（上海电机厂）的典型应用实例，介绍了CAE技术在大型汽轮发电机设计领域中的应用现状。

 

　　船舶工业：船舶工业直接为国家现代化建设和海军建设提供舰船装备，是国防工业的重要组成部分。应用虚拟现实技术，实现了虚拟现实模型与三维设计模型之间的快速转换、实现了数值分析与虚拟现实仿真的快速转换。在产品的研制、开发、设计过程中，取得了很好的效果。将和工程界通力合作，自主创新集成，进一步发展并行协同CAE技术，为我国的造船事业作更大贡献。

 

　　汽车产业：以上汽自主品牌轿车开发为研究对象，详细分析了CAE技术在车身结构概念设计上的应用及CAE关键技术开发遇到的问题与解决方案，最后总结归纳了CAE应用技术对上汽自主品牌轿车开发的贡献，并提出了CAE自主创新在汽车研发产业的应用前景及需求规划。

 

　　船舶结构：概述船舶结构设计特点及CAE发展现状，介绍目前CAE在船舶结构设计计算的主要学科领域——强度、刚度、稳定性、振动、冲击和噪声中的应用情况，分析船舶结构设计CAE技术应用的特点，并对未来CAE技术在船舶结构设计中的应用进行了展望。

 

　　城轨车辆：针对城轨车辆车轮沟槽磨耗问题，按照车轮与标准轨道的实际几何关系建立了真正的三维有限元模型，并采用有限元参数二次规划法求解轮轨弹塑性接触问题。在大量弹塑性接触计算的基础上，得到了大量的轮轨接触力、接触状态和轮轨应力的数据，比较了牵引工况和制动工况轮轨接触的区别，分析了制动力对轮轨磨耗的影响。

 

　　流体动力：论述CAE技术的重要性及其在船舶制造业中的应用可行性，并从原理、特点、功能、构成、应用效果及未来发展等方面介绍了702所在CAE技术领域的自主创新的技术成果和在研项目，其中包括船型设计系统、船舶水动力性能集成设计系统、数字水池试验系统、数值水池仿真系统、船舶技术性能数据库等内容。

 

　　采掘机械：长期以来，我国采掘机械的截割工作机构的力学模型一直引用前苏联总结的实验方法和计算公式，而采掘机械的截齿结构和功能已有较大的发展，利用基于的现有截割理论进行采掘机械的工况描述和产品设计，存在了很多不足。因此，需要借助CAE方法，进行截齿对煤岩破碎机理分析，提高产品可靠性的关键技术，实施研发需要的技术手段和研发技术。

 

　　大型汽轮机：大型汽轮机是由高速旋转的转子，结构复杂的静止部件，以及阀门系统组成，同时，它又是在超高温和超高压的蒸汽下工作的复杂系统。因此，这类产品的分析，需要温度非线性，结构非线性等分析手段。介绍大型汽轮机结构性能分析系统的组成，以及CAE产品在大功率电站蒸汽轮机各重要部套件中的应用实例。

 

　　门式起重机：随着CAE技术的日渐成熟，中船第九设计研究院将该技术运用于大型造船门式起重机金属结构的设计，并取得了丰硕的成果，在此基础上正准备对起重机金属结构的进一步优化、驾驶室的人性化设计等课题进行探索。

 

　　核反应堆：提出并建立了反应堆压力容器承压热冲击下缺陷评定的方法，开发完成了承压热冲击的概率断裂力学分析程序，自主开发了具有自适网格功能的反应堆压力容器承压热冲击分析评定程序，形成规范计算、有限元和热权函数等多种方法的互校互补系统。完成300MWe核电厂反应堆压力容器在实际运行工况下的简化疲劳分析，推导出二维和三维热权函数法的基本公式，预测了A508-Ⅲ钢低温解理断裂载荷随缺口尺寸变化而变化的趋势。为开展核电厂主设备的老化与寿命管理以及延寿提供了重要技术基础。

 

　　冶金连铸：针对宝钢六流连铸中间包等离子加热区域温度积聚严重的现象，提出了底吹气的解决方法。采用自编程序，在流动与传热耦合计算的基础上，对底吹气参数进行了仿真模拟研究。结果表明，未底吹气时，加热区域上部高温钢液不能很好地得到混匀并向两侧传输，而采用底吹气方式时，加热区域钢液温度比较均匀，两侧温度分布情况也有所改善。现场试验对比表明，采用优化后的底吹气方式，对夹杂物分布、增氮量、流间温差没有影响，对中间包包盖的熔蚀情况明显改善。

 

　　桩筏基础：桩筏基础共同作用计算的准确性已经越来越受到工程界的关注。通过基于Mindlin理论的Geddes应力解推导了一种接近实际工程情况的桩单元模型用来取代弹簧模型，使桩和基础筏板及墙、梁、柱等构件能够进行共同作用。同时编制了适合并行计算的线形方程组求解程序，实现了基于网络环境的多台微机并行运算，以提高计算效率。

 

　　然而在经济全球化的条件下，产业链的垂直分工已经使得工业生产没有了国界。只要有国家存在，利益就有国界。当产品的销售和生产形成市场垄断的时候，各种与该产品相关的技术都会希望在依附中体现出价值，不仅导致经济利益受损和核心技术流失，而且知识垄断也使产品得以获得持续的超额利润。垄断是把双刃剑，在市场经济的商战中，是赢得财富的工具；在国际政治的较量中，可以是实行威胁利诱的手段。自主软件所遭遇的形式会多种多样，CAE软件系统作为模拟仿真的工程分析工具，其遭遇都是在“禁运”和“竞争”夹封中求生存：

 

　　1.商业竞争：在国外合作方拒绝提供软件和技术服务的情况下，根据海上油气资源勘探和生产平台的设计需要，依靠自身力量研制成功了用于固定式导管架海洋平台设计分析的程序系统，并达到了当时国际上同类型程序的水平。程序研发成功后，促使外方匆忙改变态度，以提供软件和设计资料等各种方式重新进行商业合作，用市场行为占领了一个市场制高点，而面对激烈的市场竞争，DASOS虽在1983年就通过了由教育部的鉴定，然而至今都没能作为商品在市场上占有一席之地。

 

　　2.知识垄断：“我随便举一个例子，像在航空领域，有一些CAE软件，我们还没有提出买源码，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，他要垄断整个行业。我们不能对买国外的核心技术抱不切实际的幻想。企业的本性就是要赚钱，资本的本性就是要盈利。一个公司掌握一项技术以后，他总指望把整个领域的钱赚够，实际上很多关键技术他是不卖的。即使是卖给我们，也未必见得就合算”。

 

　　3.商品禁运：我国使用的大量工程分析软件高价购自国外，且升级费用高昂。“而且卖给我们的软件也不是最先进的。”我国航空发动机研发的瓶颈，软件因素至少占到一半。在高新科技和涉及国防的领域，最先进的“软装备”由国外公司保密开发使用，不可能买到。“当我们的工具不是很好的时候，不能等，只能失败了再修改，但从长远来说，要拥有核心竞争力，软件就得同步走。”。

 

　　4.就轻避重：虽然CAE市场不断推出各种新的模式和概念来吸引工程界注意，世界各大CAE软件公司也如数在中国相继登场，但商业软件中的涉及高端功能的模块依然不能进入中国市场，然而国内的应用单位却要承担“在使用过程中为国外软件的验证完善工作间接“埋单”的义务”。形成满足低端用户的普通商业需求可以赢得商业利润，抬高新生软件入门难度以达到垄断市场的目的，掌握核心技术的控制权实行政治上的“贸易禁运”。

 

　　5.遭遇制裁：上世纪八十年代后期，一批有志于自主CAE软件系统的师生在深圳成立永连软件系统工程公司，面向香港的大学传授软件技术、程序结构和软件的工程应用，同时积极达成了自主CAE软件系统出口。正当事业干得蒸蒸日上之时，遇上国外对国内实行“制裁”，CAE软件出口也遭遇“封锁”而不幸夭折。工程科学的应用软件系统从来都是国家间轻重缓急的砝码，这就是一段国内CAE软件试图改变产业发展轨迹的坎坷历史。

 

　　6.独木难支：没有开发平台支持的核心算法利用国外商业软件作平台体现学术研究成果已经成为当前工程应用的一条捷径，而没有核心算法支持的自主软件系统都不可能在市场上站有一席之地。随着他人的系统版本升级或接口变换，“皮之不存，毛将焉附”，无一能承担“追随”之痛。“有效组织和管理人力及其他资源至关重要。靠三五个热心人搞出一个所谓的核心计算代码或许可行，但那距离真正高性能的应用软件还遥远得很。”以往经历所带来的只是人才流失和知识成果的贬值，几乎都没有招架还手的余地。

 

　　7.步步为营：从上海超级计算中心使用性能上看，科学计算占到了第一位，占33.13%，然而“目前超级计算机的应用软件系统大多需要进口，‘很贵，动辄一个软件就要上百万元人民币，很多企业都用不起。’随着高性能计算机中CPU数量越来越多，应用程序编制难度将越来越大，而一些在软件行业中具有垄断性质的企业，往往把自己的产品和IBM、HP的高端产品捆绑销售，这令国产软件在超级计算机应用方面要取得突破，可能比系统研制更为艰难”。这种从芯片到软件开发的新挑战，是需要认真对待的。

 

　　二十一世纪是以经济发展为基础、科技创新为先导的综合国力的竞争，“工欲善其事，必先利其器”，工程创新需要集成的软件系统作为工具，CAE正保持着迅猛发展的势头，孕育着重大突破，随着相关技术和产业迅速发展，这场国家间的新一轮利益竞争和实力较量将会继续向多方领域延伸，有充分的理由要保持高度的重视。

 

　　2.1.4软件公司层出不穷缺乏政策长期规划导致产业全线告危

 

　　计算力学必须讲究软件，分析重大复杂结构物的力学行为必须使用大规模综合性集成的软件系统，有人认为“21世纪谁控制软件，谁就控制整个世界”，未来的高技术在很大程度上是由计算机及软件来承载的。国内CAE软件曾有过一段“百花齐放”的繁荣发展期，当时大部分设计院所用的大都是国产软件，从成功地在内存只有8K、16K的计算机上求解特定结构的程序，逐步发展到通用的大型CAE软件集成系统的开发。(仅以中国科学院科学技术论坛第二十三次学术报告会议论文集为例，主题：CAE自主创新发展战略)：

 

　　计算力学软件开发战略的思考（北京大学SAP84）：北京大学于1984年组织开发了结构分析软件SAP84，并在全国范围推广应用，取得了一定的经济和社会效益。由于该软件功能较强，维护和服务较好，基本没有错误，受到了用户的好评，为我国数以千计的大小工程的结构设计提供了有力的工具。到目前为止，用户总数达1000多个。由于种种原因，目前虽然尚有100余家用户仍在继续使用，但进一步的开发和应用已经进退维谷，奄奄一息。回顾20多年来的开发、推广和应用的历史，有不少的经验和教训值得总结。

 

　　对CAE自主创新发展的回顾与思考(航空科学技术研究院HAJIF)：回顾航空CAE（从HAJIF－I到CIEM工程）系统的自主创新发展的历史与成果，可以清楚地看到，我国工程技术人员完全具有自主创新、自强自立于世界民族之林的能力。只要紧紧依靠他们、充分利用他们的聪明才智，用心规划，精心组织，刻苦攻关，全心全意地开发研制，几乎没有什么CAE技术不能自主创新发展。在航空航天的众多高精尖领域，产品模型化，模型参数化，制造工艺数字化，已是一种常规，需要CAE解决的问题极多。CAE是大有作为的。

 

　　从事CAE工作的回溯与思考(中国航空工业发展研究中心APOLANS)：由航空工业总公司开发开发的APOLANS（线性与非线性结构分析程序）的程序，某些功能特别是非线性研究和应用更是独具一格。广泛应用实际工程领域，可用于各种复杂结构分析和热传导及某些场问题分析。数十年从事CAE工作的经历，然与共事诸同志做了一些有益的工作，克服遇到的不少坎坷与困难，最终未能达到所开发的CAE软件—APOLANS商品化的目的。工作中有一些体会与经验对于我国今后的CAE产业的发展从科研投资，开发体制，市场开发与培养，技术发展方向等提出令人深思的见解。

 

　　走自主创新之路，打造国产品牌CAE软件（郑州机械研究所紫瑞CAE）：综观我国的CAE软件产业，国内市场上基本被国外的几家著名的软件公司垄断，导致我国自主开发的CAE软件无立足之地。为了改变目前状况，我国的CAE软件公司应该走自主创新之路，打造国产品牌的CAE软件，在CAE软件产业中占有一席之地。郑州机械研究所具有30多年从事有限元技术研究开发及推广应用的经验，致力于发展我国的CAE软件，近年来在CAE技术方面取得很大进展。通过国家“九五”科技攻关专题、国家科技部创新基金资助项目，开发出了具有自主版权、与上游三维CAD软件无缝集成的具有国际先进水平的高科技软件产品“紫瑞CAE”。紫瑞CAE软件无论在功能上，还是在剖分求解能力上，都可与国外同类软件相媲美，完全可以替代国外同类CAE软件产品。它适用于机械、汽车、建筑、水利、交通、能源、航空、航天、船舶等领域的结构设计与分析。

 

　　高性能的CAE软件（中国科学院数学与系统科学研究院飞箭软件）：设计、分析、优化一体化是CAE软件的重要发展方向，而且随着一体化发展和高性能计算的普及必然引起高性能CAE软件的开发与发展。给出了开发高性能CAE软件的一种途径。提出了采用pFEPG平台开发高性能CAE软件的设想，并分析了由此带来的对我国高性能计算影响。CAE技术是一项综合的技术。高性能CAE软件的开发与发展更是需要工程应用领域专家、计算专家、软件专家和优化专家的紧密交流与协作。集中各领域专家的优势，通过高性能CAE软件这样一个载体实现“知”本向生产力的转化，形成我国高性能CAE软件快速发展的崭新局面。

 

　　航空CAE软件的发展与思考(中国飞机强度研究所COMPASS)：计算结构技术是结构领域的一次革命性发展，使结构的理论计算变成一种实用工具，深刻地影响了结构设计思想和设计过程，也产生了一个新的领域——计算机辅助工程CAE。随着国内航空业的发展，自主研制飞机将越来越多，自主知识产权的CAE软件需求将越来越旺。在中国飞机强度研究所，目前，仍有一支冲满活力的科研队伍，正本着“面向设计，结合试验，突出专用”的发展思路不断发展壮大航空业自主知识产权CAE软件。“面向设计”，将优化设计软件品牌做大作强；“结合试验”，开发辅助结构试验软件以及试验仿真软件，作为新的突破口；“突出专用”，在国外软件的冲击面前，按照“有所为，有所不为”的指导思想，根据国内需求，开发国内航空业的专用软件，不求大而全，但求专而精。

 

　　JIFEX——中国自主研发的有限元分析与优化设计软件系统（大连理工大学JIFEX）：JIFEX是大连理工大学工程力学系/工程力学研究所/工业装备结构分析国家重点实验室联合研制开发的具有创新算法和自主版权的大型通用有限元分析与优化设计软件。自1981年推出第一个版本以来，JIFEX软件系统已发展成为中国计算力学与CAE研究领域最具特色的有限元分析与优化设计软件之一。JIFEX于1999、2004年获国家计算机软件著作权，到目前为止已经发展到JIFEX5.0版。结合近期研究工作，全面介绍JIFEX软件的发展及其相关的理论、方法与关键技术。

 

　　虽然软件公司层出不穷，学术成果有目共睹，但整个自主CAE软件产业却举步维艰，突围之路并不平坦。构建自主CAE软件产业不是仅限在技术层面进行程序开发和软件应用的局部行为，个体的科技成果如果缺乏跨学科、多领域的技术组合和推广，所有努力只是拯救性的抢救。难以达到想要发挥的作用。要想实现成果转化和可持续发展，建设开放、共赢的资源整合是不可或缺的，这需要整个社会资源的共同努力，任何单个企业都无法独立实现，这是市场体系下国家层面实行资源开发性整合的战略目标。

 

　　2.1.5国外软件公司购并资产重组给行业资源整合带来的启示

 

　　近来MSC.Softwar公司风起云涌，曾经作为全球最大的虚拟产品开发(VPD)技术供应商，多年来始终引领着世界CAE领域的发展方向和营业额占据着业界榜首，其主要产品MSC.Nastran在航空业被美国联邦航空管理局认证为领取飞行器适航证指定的唯一验证软件；在船舶业被世界十大顶级船级社中有8家采用作为船舶分析的验证软件。如今由一家私人风险公司STG进入成为最大股东而完成了新一轮股权洗牌，引起了业界广泛关注。

 

　　国外主流CAE软件公司的沉沦起伏，其发展过程与国内以往的软件发展经历是不尽相同的，通过了解和分析，结合当前探索自主CAE软件产业建设具有可鉴的作用：

 

　　1963年由RichardMacNeal博士和RobertSchwendler先生联手创办MSC.Software公司，并由此开发第一个分析软件程序SADSAM即数字仿真结构分析法；

 

　　1965年MSC公司参与美国国家太空总署(NASA)开发有限元分析Nastran计划。当时市场上有三家公司共同经营Nastran软件，他们是1972年发布基于COSMICNASTRAN的UAI公司Nastran软件；1985年发布基于COSMICNASTRAN的CSAR公司Nastran软件；

 

　　1972年MSC公司经过完善和维护，推出商业化产品MSC.Nastran并很快得到市场认可；

 

　　1982年MSC公司在美国纽约证券交易所（NYSE）上市，经过一连串并购行动和整合：1989年收购流体CAE软件公司PiscesInternational，1993年收购CAD供应厂商AriesTechnology公司，1994年收购当时全球第二大CAE公司PDAEngineers，1998年收购机构动力学和运动学仿真软件公司KnowledgeRevolution，1999年收购顶尖高度非线性CAE软件公司MARC，重新整合后的产品线已经配备了图形前后处理工具，从原先计算分析核心程序，形成了整体的多学科联合解决方案；

 

　　1999年MSC收购了UAI和CSAR，成为市场上惟一一家提供Nastran商业代码的供应商，成为市场上独家提供Nastran商业代码的供应商；

 

　　2001年4月MSC.Software与IBM/达索（DASSAULT，CATIA）结成全球性战略联盟，共同向客户提供内容广泛的产品生命周期管理PLM（ProductLifecycleManagement）集成分析和仿真分析软件包。从此以后公司发展成集CAD/CAE软件到系统/硬件及工程咨询服务一体化，能够提供全方位整体解决方案的公司；

 

　　2001因遭美国国家太空总署（NASA）投诉，被美国联邦贸易委员会(FTC)判“MSCNastran垄断”成立，遭遇反垄断的强行拆分，MSCNASTRAN源代码公开，UGS公司随之加入。同时MSC开发出MDNastran；

 

　　2003UGS购得MSCNastran的源代码、测试案例、开发工具和其他技术资源，许多很多资深的Nastran专家加入到UGS开发队伍中去（MSC首席算法专家Dr.LouisKomzsik；MSC数值计算专家Dr.TomKowalski；MSC和UAI程序开发人员Mr.KenBurrell；MSC市场负责人Mr.RichardBush），在此基础上开发并推出了NXNastran。

 

　　2006年MSC在NASDAQ上市，标志着公司增强了市场透明度，在产生更高的交易额的同时增加了流动性；

 

　　2007年UGS被西门子收购，其后2008年推出了NX6产品，将同步建模技术集成到NX，使其在设计、仿真和制造能力方面更具有竞争力；

 

　　2009年MSC公司被私人风险公司SymphonyTechnologyGroup收购。

 

　　STG进入MSC公司，作为大股东收购后，NASDAQ公布的股权结构随着发生些许变化，从以上表格中可以看出，掌握MSC股权排名较前的流通股股东里面，依然保持全部是投资公司的记录，包括熟悉的摩根斯坦利。相比之下，另一家CAE软件公司ANSYS的发展轨迹却从另外角度，即对于从纯技术出身的科学家到软件系统的成长历程更有所启发：

 

　　1963年，ANSYS的创办人JohnSwanson博士任职于美国宾州匹兹堡西屋公司。因为工作需要，在Wilson博士原有的有限元法热传导程序上编写了计算加载温度和压力的结构应力和位移，程序命名为STASYS(StructuralAnalysisSYStem)；

 

　　1969年离开西屋，在临近匹兹堡的家中车库创立了他自己的公司SwansonAnalysisSystemsInc(SASI)。用打洞器在计算机输入卡上打洞写程序，并租用美国钢铁公司的大型计算机；

 

　　1970年底前，商用软件ANSYS宣告诞生，而西屋也成为他的第一个顾客；

 

　　1979年左右，ANSYS3.0版开始可以在VAX11-780迷你计算机上执行；

 

　　1984年，ANSYS4.0开始支持PC。当时使用的芯片是Intel286，使用指令互动的模式，可以在屏幕上绘出简单的节点和元素。不过这时后还没有Motif规格的图型界面；

 

　　1989年未，SASI采用与Compuflo合作方式，将ANSYS5.0版和FLOTRAN合并被宣称为「无接缝的界面整合」。1994年的5.1版FLOTRAN则已经完全整合成ANSYS的一部份；

 

　　1994年，Swanson博士意识到“随着业务的不断扩大，我发现市场和销售在业务中愈来愈重要，这个领域我未被培训过，我对其也没多大兴趣。我宁愿专注于我的真爱——仿真技术。”因此主动提出让出首席执行官的位置、卖掉绝大部分个人股票。同年SwansonAnalysisSystems，Inc.被TAAssociates并购，宣布新公司名称为ANSYS；

 

　　1996年，ANSYS于NASDAQ上市成为公开控股公司，结束了二十六年私人控股的历史。同年ANSYS开始支持LS-DYNA；

 

　　1997至1998年间，ANSYS开始向美国大学发送教育版，期望能从学生及学校扎根推广ANSYS；

 

　　2001年先后并购了CADOES.A及ICEMCFDEngineering；

 

　　2003年ANSYS完成了对计算流体动力学仿真分析软件CFX的收购；

 

　　2006年ANSYS公司收购了在流体仿真领域著名软件Fluent公司；

 

　　2008年ANSYS收购了在电路和电磁仿真领域相当规模的美国Ansoft公司；

 

　　通过收购和整合，目前ANSYS公司已经成为全球上产品线最齐备的商业CAE软件公司，而MSC由新的风险投资公司进入，也意味着新一轮资产重组和竞争格局将会发生变化。采用收购兼并的方式能以较短的时间扩充产品线，形成整体解决方案，同时尽快整合产业链，满足市场需要。

 

　　软件产业是知识经济时代综合整合能力的集中体现。国外主流CAE软件在激烈的竞争和兼并中数量虽在减少，而实力却得到增强。在政府计划和市场经济的互补和推动下，竞争使生产力得到了加速发展。类似从家中车库里走向市场经济大舞台的成功商业软件，贯穿这些发展过程的是技术作为生产性服务和工程研究相结合的应用工具，提供更好的社会服务、被市场接受和被用户认可是永恒主题。我们并不缺乏这类的人才和技术，从技术人员对现实差距的认识，或许可以在三个方面有所启示：

 

　　一.技术与应用：工程项目的实际需求推动着计算机迅速发展和新算法的不断涌现，CAE技术作为计算机技术和数值计算技术的结合，以程序形式出现的计算机虚拟仿真作用日益突出。在某些研究领域，最新CAE成果和技术具有独特的地位和作用，已经成为在短期内无法比拟的唯一可行的实验手段。然而随着软件系统的普及和推广，并不是每个客户都只依赖最先进的技术来解决自身的需求，市场需求表现为“浅水区拥挤不堪，深水区乏人问津”，产业建设需要扎实的基础学科和基本理论研究作为可持续发展的支撑力量，而企业的生存发展则需要产品的市场份额作为保证，这时候灵活方便使用（前后处理、仿真流程、用户界面等）能力就起到了主导作用。以追求技术进步和工程应用为开始，逐渐向满足市场需求的实用过渡，赢得市场后再来保证多学科技术的不断更新；

 

　　二.分工与整合：通用大型CAE软件系统都牵涉到多学科多领域的技术应用，迫使市场分工必须进行从专业细化到全面协作的资源整合。整合的范围不仅包括不同学科研究的合作，而且还包括有多领域的联合，甚至涉及到行业应用和行业规范的技术认可。Nastran能够成就一枝独大的局面，作为领取飞行器适航证指定唯一验证软件的行业规范是重要因素。“三流企业做产品、二流企业做专利、一流企业做标准”是有一定的道理的。自主软件技术也要积极参与行业规范、规则和标准的制定，使得企业可以拥有行业的话语权。如虚拟激励法已经明确列入2008《公路桥梁抗震设计细则》细则，成为大跨度公路桥梁抗震设计的推荐算法，这类技术成果和行业规范结合的成果会不断丰富起来，也是国外软件目前所不具备的。但这种结合有待在更高层面进行市场的全面整合，才能使研究、生产和市场能够形成有效互动。企业是市场竞争的主体，政策要引导企业把握市场，抓住多学科的研究成果，抓紧多领域的应用推广，从行业应用中得到反馈和监督，改进软件系统平台、形成软件系统产业链显得尤为重要；

 

　　三.市场与产业：2004年中国CAE市场的总额约为2100万美元，近年来中国CAE软件营业额都只在约2亿元人民币左右的规模徘徊，直到2009年底，有报告显示2008年“CAE增幅达27.1%，市场容量为5.38亿人民币”。相比较其他新兴战略产业，市场规模并不大。然而看好其发展前景以及CAE技术在整个国民经济链中的重要性，在中国内地的数千万美元风险投资和国际市场上数亿美金的公司兼并收购消息此起彼伏。ANSYS通过频繁的收购兼并取代了MSC的市场地位，而MSC也希望在新东家的扶助下力求在竞争和调整中寻求更大的发展空间，资本重组是一种合理划分资源和结构调整的市场竞争策略。领先地位的确立过程就是一个资本兼并重组的过程，是快鱼吃慢鱼的过程。当然，其关键之处在于能够把相对良性的慢鱼消化掉。

 

　　从企业发展到市场竞争，国内自主CAE软件企业尚处于萌芽发展阶段，远未达到能占有一席之地可以进行竞争的规模，所以形成以企业为基础的自主CAE软件产业就更无从谈起。技术与应用、分工与整合、市场与产业，三个段落，研究成果处于最前端，但技术开发处于最下层，没有政策引导和资源整合将其推向市场的渠道，被束之高阁的命运和被夭折的软件系统，就只能是“产业黄花独自愁”，正是产业结构调整大环境和研究成果人力资源之间的互补性，才能在竞争和合作中推动自主软件产业的进程。