仿真技術從上世紀60年代初誕生至今，已經歷了半個世紀，在工業界需求的牽引和軟硬件技術發展的推動下，在航空航天、車輛、機械、土木、石油、電子、消費品等等行業已經得到了廣泛的實踐。現在，產品的性能、制造工藝以及基礎研究等很多問題都可以進行仿真模擬。CAE仿真已經成為產品研發中必不可少的手段和工具。隨著仿真工作的開展，數據大量積累，人員日漸增多，對數據和流程進行有效管理，同時在人員之間建立有效的協作，進而讓仿真為產品決策提供依據，就顯得日益關鍵和迫切。

仿真數據與流程管理現狀

1）海量分析仿真數據缺乏有效的管理

在虛擬仿真的過程中，生成了海量的、不同類型的仿真文檔和數據，對應不同的分析結果。目前數據主要存放在個人計算機上，效率低下、數據維護困難、易造成數據丟失和版本混亂；數據共享交換困難，不同專業之間、設計/仿真/試驗之間存在大量“數據孤島”。如何有效管理仿真文檔，如何建立分析文檔與產品模型的對應關系，是CAE技術深化應用必須解決的問題。

2）仿真流程和方法不能有效地共享，很難實現知識的積累和重用

同樣的產品模型，應用同樣的CAE軟件，但不同的分析工程師，由于知識和經驗的差異，分析出來的結果差異會很大。因此，企業如何建立自己的虛擬仿真規范和知識庫，實現對虛擬仿真知識的捕捉和重用，如何將經驗豐富的分析專家的仿真知識和仿真流程傳承給新入門的分析工程師，是企業真正應用好CAE技術的關鍵。

3）仿真流程缺乏監控，仿真數據作為過程數據缺乏審計和跟蹤

對產品進行虛擬仿真涉及到十分復雜的流程，而應用單一的CAE產品，需要手工管理仿真流程，導致虛擬仿真的效率不高，且仿真數據作為過程數據缺乏審計和跟蹤。如何實現虛擬仿真流程的自動化，創建完整的仿真流程模板，并且能夠根據各個學科仿真的需求動態調整網格模型，對于提升虛擬仿真的效率和質量非常關鍵。

4）各種商用和自研分析仿真工具缺乏有效的集成化應用

當前，主要是各種軟件的單點應用，工具選擇隨意性大，給模型集成和多專業綜合仿真造成困難，無法圍繞統一的工具和技術進行建模與仿真過程的標準化和知識積累；同時，單點工具之間大量的數據流轉控制、接口轉換等工作需要工程師完成，效率和規范化程度低，而且大量寶貴的自研工具分散在工程師手中，無法共享和積累。

企業對仿真數據與流程管理系統的需求

圖1仿真數據與流程管理系統的需求

仿真數據管理

能夠對仿真過程中產生的各種格式、各種類型的數據進行統一的組織、存儲、編輯和查詢。能夠管理仿真模型之間的裝配關系，實現仿真數據的譜系追蹤。

多方案多工況對比，提高工作效率

在進行多種設計方案權衡研究時，工程師常需花費較多時間精力對多個設計方案、多種工況的分析結果手動進行對比篩選，并撰寫對比報告。建立多方案多工況對比能力以及對比報告生成機制將會大大提高工程師的工作效率。

仿真置信度的提升

如不考慮仿真置信度的評估和提升，仿真結果很難用于設計優化。具有足夠置信度的仿真數據才是仿真數據與流程管理的重點。

仿真流程的管理

項目研發流程涉及不同的人員、專業以及工具軟件，通過仿真流程可以將仿真過程、仿真數據、仿真經驗和規范以及仿真人員集成在一起，實現整個過程的協同、標準化和規范化及部分仿真過程的自動化。

仿真分析過程的質量審計

某一項目的仿真工作常常涉及多個學科的數據協同，在查看已有分析結果時，無法了解其前端建模過程中相應階段的輸入輸出，因此對其結果質量及其過程的可靠性常需工程師花費大量時間精力(電話，會議，線下交流等方式)來人為追溯其分析過程。

學科工具軟件集成應用

仿真分析工具種類繁多，不同軟件在建模質量、解算精度以及與第三方軟件接口方面良莠不齊，在多學科耦合計算和優化分析方面涉及不同商業工具/自研軟件之間大量的重復手動工作、人為數據轉換，因此學科工具應用集成對提高建模效率及質量有至關重要的作用。

與PLM/TDM/HPC等系統集成應用以構建整體研發平臺

為實現設計/分析/試驗的業務系統，消除PDM/TDM系統造成的信息孤島，加強仿真分析在產品全生命周期內的應用，需要與現有的PDM系統、TDM系統等實現資源共享，并通過HPC調度，實現解算效率的提升。

仿真數據與流程管理的獨特之處

與PDM\PLM系統的數據管理不同，仿真數據與流程管理由于管理對象和過程的差異性，它具有很多自身的特點：

（1）仿真結果文件容量大，單個計算結果高達幾G甚至幾十G；

（2）數據格式不同，不同的CAE軟件會產生不同類型的仿真數據，結果文件和中間文件的格式都不一樣；

（3）仿真數據管理除了管理各種各樣的數據，更重要的是對流程的管理。

這些獨特的特點決定了仿真數據管理相對于PDM\PLM系統是不一樣的數據管理系統，仿真數據與流程管理系統一直得不到企業的重視，一是因為其管理難度大，二是因為一般企業的仿真業務由專業的團隊來承擔，范圍比較小，仿真數據管理的需求相對CAD設計數據來說，并不迫切。

目前，大多數研發類企業基本都上了PDM\PLM系統，為什么不用PDM\PLM系統來管理仿真數據呢？主要是兩方面的原因：

（1）PDM/PLM系統對CAD設計數據進行管理，需要與CAD系統進行集成，若用PDM/PLM系統管理仿真數據，同樣需要集成，而仿真工具軟件種類繁多，且缺乏統一的標準，數據格式真可謂“各種各樣”，想用PDM/PLM系統管理仿真數據，簡直難上加難。

（2）如果單單管理仿真結果文件，PDM/PLM系統完全可以勝任，但仿真的流程是最需要被管理的，這是仿真數據管理平臺與PDM/PLM系統的本質不同。仿真數據與流程管理平臺不僅要管理結果，更重要的是管理流程，且仿真的目的是為了找到相對優化的方案，涉及不同工況分析、不同方案的分析等等，這點對PDM/PLM系統，只能是望洋興嘆。

仿真數據與流程管理的關鍵技術

圖2仿真數據與流程管理的關鍵技術

1）仿真流程的控制和管理

仿真流程規定了和仿真任務相關的具體過程、人員、數據和工具，仿真流程既包括具體軟件工具內部的向導式分析流程（如導入幾何模型。建立CAE模型、設定載荷和邊界條件、啟動求解器進行分析、生成報告等），也含有不同人員之間的協同仿真。仿真流程需要將流程中的每個節點與該節點的工具（模塊）、數據進行關聯和交互，并能實現數據在流程中的自動流轉。

圖3產品數字化仿真的一般流程

2）模型封裝和管理

復雜產品的仿真過程中會產生的不同類型、不同精度的模型，如何對這些模型進行統一定義、分類、組織和管理，建立相關模型的關聯關系，實現仿真模型的分析和重用，是構建仿真數據管理平臺的關鍵技術之一。

模型封裝一般采用面向對象的技術，通過模型封裝技術可以將大量結構化的仿真模型的輸人和輸出定義為對象的屬性．將對模型的操作定義為方法，同時還可以將仿真的規范和標準融人到封裝的模型中，并通過相關模型的關聯關系來構建關聯模型。

3）仿真結果數據可視化

仿真結果數據可視化是指對某個或某幾個數據以圖形圖表的方式顯示出來．并可以對這些數據進行相關的操作和處理。

仿真結果數據可視化為工程技術人員對模型的改進和優化提供依據。目前，各種CAE模型的統一可視化實現較為困難，可以將CAE模型轉化為某種特定的數據格式（如JT格式）然后再通過可視化工具進行模型的瀏覽和查看，前提是需要CAE模型支持這種數據格式。

4）多學科協同仿真和綜合優化

為了對產品性能進行完整、準確的仿真，除了需要單領域仿真外，還必須進行多個領域的協同仿真和綜合優化，從而在產品設計階段就可以對產品行為進行全面的評估和分析．并使產品的優化設計成為可能。多學科綜合優化作為仿真過程的一個優化環節。需要實現仿真數據管理平臺與多學科優化工具的集成。

此外，隨著仿真系統規模增大，模擬精度增高，復雜性增強，相應的對計算能力需求也越來越高，單處理器的運算能力已經不能滿足大規模仿真數值模擬的需要．需要在仿真系統中應用高性能的并行仿真計算平臺。構建仿真數據管理系統需要考慮和集群作業管理系統的集成。