工业产品设计inventor-高性能计算第6部分——高性能计算在工业研发计算中的发展

随着我国制造业转型升级进程加快，计算机辅助创新技术正在广泛应用于工业产品的设计和开发过程，如计算机辅助设计（CAD）、工程分析与仿真验证（CAE）、电子设计自动化（EDA）和计算机辅助工艺设计。 以（CAPP）为代表的CAX研发软件已成为先进制造及相关科研院所、设计单位不可或缺的重要研发工具。

企业在使用这些研发工具和软件的过程中，不可避免地会遇到硬件匹配、数据存储甚至管理机制方面的问题和挑战。 我们可以从软件、硬件、计算模型演进等角度一一分析工业研发计算的发展特征。

工业研发计算软件有多种类型。 其中影响最大、应用最广泛的有CAD、CAE、EDA等，我们可以将它们统称为CAX研发软件。 下面简单介绍一下这些软件的主要特点和代表。 制造商：

计算机辅助设计

CAD是指工程技术人员以计算机为工具，运用自己的知识和经验进行产品或项目构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档等设计活动的总称。 它是多学科综合应用的新技术。 CAD利用计算机系统协助设计人员完成整个设计过程。 它将计算机的海量数据存储和高速数据处理能力与人的创造性思维和综合分析能力有机地结合起来，充分发挥各自的优势，将设计人员从繁重的计算中解放出来。 和绘图工作以达到最佳的设计效果。 CAD在加速工程和产品开发、缩短设计和制造周期、提高质量、降低成本、增强企业创新能力等方面发挥着重要作用。

国外常用的CAD软件有Autodesk的AutoCAD和Inventor、达索的Catia和Solidworks、西门子的UG和Solidedge、PTC的Creo（Pro/ENGINEER的升级版）等； 国产CAD软件有CAXA、忠旺CAD/3D、open-eye CAD等。

由于广义CAD的目标领域是CAD/CAE/CAPP/CAM的高度集成，CAD软件企业不约而同地将自己的产品线延伸到PDM/PLM领域，希望利用工艺系统约束、管理甚至协作相关的软件工具但不同软件厂商的CAD数据结构始终不兼容，不同系统之间的数据级耦合很难实现。

计算机辅助工程

CAE（计算机辅助工程）是指工程设计中的分析计算、分析模拟和结构优化。 CAE 是 CAD 的分支，起步较晚。 其理论和算法经历了一个从蓬勃发展到日益成熟的过程。 随着计算机技术的不断发展，CAE系统的功能和计算精度得到了很大的提高。 各种基于产品数字化建模的CAE系统应运而生，并成为工程和产品结构分析、验证和结构优化的重要组成部分。 不可或缺的数值计算工具； CAE技术与CAD技术的融合越来越紧密。 在产品设计中工业产品设计inventor，设计师如果能够很好地融合CAD和CAE技术，就可以实现交互式设计，从而保证企业从生产和设计过程开始。 达到最佳效益。 分析是设计的基础，设计与分析的融合是必然趋势。

目前，CAE技术已广泛应用于国防、航空航天、机械制造、汽车制造等各个工业领域。 CAE技术作为设计人员提高工程创新和产品创新能力的有力助手和有效工具，可以快速对创新设计方案进行性能和可靠性分析； 进行虚拟操作模拟，及早发现设计缺陷，实现优化设计； 在创新设计方案的同时工业产品设计inventor，提高设计质量，降低研发成本，缩短研发周期。

比较著名的CAE软件有MSC的Nastran、Marc，Ansys的ANSYS、FLUENT、ANSOFT，达索的SIMULIA，西门子的NX.Nastran、LMS、STAR-CCM+等，国外厂商已占据主流地位。 近年来，出现了CAD软件厂商收购全部CAE软件的热潮，也验证了通用化CAD的发展趋势。

我国国产CAE软件基础薄弱，没有出现有较大影响力的CAE软件公司。 但中科院数学所的FEPG、吉林大学的KMAS、大连理工大学的JIFEX都在努力成为中国自主可控的CAE软件； 此外，国内一些商业公司正在探索基于CalculiX、OpenFOAM等开源软件的CAE在线分析服务模式创新； 也有以北京计算中心为代表的研究机构基于商业CAE求解器内核提供简化、模板化的行业CAE分析。 服务对于中小企业研发创新投资小、见效快的价值显而易见。

电子设计自动化

EDA是电子设计自动化的缩写。 它是从20世纪60年代中期计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。 来了。

EDA技术使用计算机作为工具。 设计人员使用硬件描述语言VHDL在EDA软件平台上完成设计文件，然后计算机自动完成逻辑编译、简化、分段、综合、优化、布局、布线和仿真，直至针对特定的适配编译、逻辑映射和编程下载。目标芯片。 EDA技术的出现，大大提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计人员的劳动强度。

EDA工具软件根据应用场景可分为电子电路设计与仿真工具、PCB设计软​​件、IC设计软件、PLD设计工具等：电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE、multiSIM7、Matlab、SystemView、 MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。PCB设计软​​件有Protel、Altium Designer、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、Expedition PCB、Zuken CadStart等。IC设计软件主要来源于Cadence、Mentor Graphics和Synopsys、PLD设计软件厂商主要有ALTERA、XILINX、Altium等……

目前国内EDA软件研发厂商较少，华大九天、青越软件等公司正在做出一些非常有价值的探索和尝试。

如果我们仔细研究这些CAX研发软件的特点，我们至少可以发现以下共同特点：

1）许可证单价昂贵

大多数CAX软件支持局域网浮动许可证用户或并发号码授权。 单价相对昂贵，国内企业用户很少有资金实力购买足够的软件；

2）硬件要求苛刻

工业研发软件对硬件的需求主要体现在CPU处理能力、显卡实时渲染能力、内存缓存能力、海量存储能力等方面。 这些性能要求与常用的办公软件有很大不同。 因此，国内企业的IT部门普遍头疼CAX软件匹配建设需求的问题；

3）非结构化数据

CAX软件生成大量的图像、网格、文档等文件，很难利用传统的结构化数据库技术进行归档管理。 这些海量非结构化数据的存储、检索、分发、回收等管理需求一直是业界关注的焦点；

4）单机交互模式

得益于PC的普及，CAX软件逐渐占领了研发设计人员的桌面。 工程师们已经习惯了PC交互体验。 但PC性能落后、数据生产分散、安全控制等逐渐成为工作瓶颈卡通人物卡通人物，出现应用和管理问题。 矛盾逐渐显现。