1 CAE是转变工程开发模式的关键技术

从20世纪70年代起，我国的CAE软件就已形成并进行应用，起步早且有一定规模，市场反映和效果都不错。同时，我国CAE软件的自主研发也从未停止过（包括数字化造船软件），一些拥有自主知识产权的软件系统脱颖而出，如JIGFEX，HAJIF，紫瑞和飞箭等。但由于多方面的因素，特别是受国外软件的打压，至今无一形成产业规模，仍处于分散经营，苦苦支撑的局面。

目前，在工业装备和国防工业方面绝大部分采用进口CAE软件，但国内软件因能解决被“禁运”、“技术封锁”的关键课题而顽强地生存下来。我国长期重视工程力学的发展和仿真模拟技术的应用，取得不菲的成绩，并在高度重视数值模拟分析技术应用的同时，多次尝试构建CAE软件产业。CAE技术“已经成为科学研究、技术开发和工程设计的重要基石，特别是某些国防科技和前沿科学研究领域唯一可行的试验手段以及大量尖端科技领域和重大工程实施中必不可少的核心支撑技术”，所以，“现在计算机发展迅速，计算力学产生CAE产业并成为“计算科学”的核心”。

2 船舶工程创新发展需求与CAE

船舶行业积极开展CAD系统的研发。从20世纪80年**始，原中国船舶工业总公司用10多年时间在上海地区组织江南造船厂、沪东造船厂、中国船舶工业集团第七O八研究所、上海船舶设计研究院和船舶工艺研究所（六一一所）等单位研制计算机辅助造船集成系统（CASIS系统）：沪东造船厂研制具有自主知识产权的三维船舶设计系统（SPD），建立具有完整拓扑关系的船舶三维模型，包括船体、管系、风管、铁舾件、电气、涂装等，目前已在多家船厂、院校和设计单位推广使用；六一一所基于AutoCAD系统研制开发船舶制造三维设计系统（SB3DS），包含管系、风管、电气、铁舾装、涂装等，也同时在国内外多家企业得到推广应用。通过使用三维设计手段，极大地提高设计效率，生产过程中的废返率也大大降低。

在对引进系统的消化吸收和相关软件的开发研究过程中，国内船舶工程的CAE软件逐渐形成初具规模的开发人才队伍和软件开发研制能力。CAE的应用不再局限于设计分析阶段，在船舶工程建造过程中的应用也已经相当普及。同时， CAE的学术研究和工程应用正经历从工程需求到研究开发再到指导工程应用的过程。

(1)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，实现虚拟现实模型与三维设计模型之间以及数值分析与虚拟现实仿真之间的快速转换，可以在船舶产品的研制、开发和设计过程中取得较好的效果。未来学术届可与工程界通力合作，集成自主创新，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。

（2）船舶结构。在中国科学院科学技术论坛第23次学术报告会议上，吴广明概述船舶结构设计特点及CAE发展现状，介绍目前CAE在船舶结构设计的主要学科领域——强度、刚度、稳定性、振动、冲击和噪声等中的应用情况，分析CAE技术在船舶结构设计应用的特点，并展望CAE技术在船舶结构设计中的应用。

（3）流体动力。在中国科学院科学技术论坛第23次学术报告会议上，朱德祥等论述CAE技术的重要性以及在船舶制造业中的应用可行性，并从原理、特点、功能、构成、应用效果和未来发展等方面介绍中国船舶工业集团第七O二所在CAE领域自主创新的技术成果和在研项目，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、数值水池仿真系统和船舶技术性能数据库等。

（4）门式起重机。在中国科学院科学技术论坛第23次学术报告会议上，朱云龙等介绍中国船舶工业第九设计研究院将CAE技术运用于大型造船门式起重机金属结构的设计，取得丰硕成果，并在此基础上准备进一步优化起重机金属结构、探索驾驶室的人性化设计等。

（5）软件开发。桩筏基础共同作用的计算准确性已越来越受到工程界关注。黄珣等通过基于Mindlin理论的Geddes应力解推导接近实际工况的桩单元模型，并用于取代弹簧模型,使桩和基础筏板及墙、梁、柱等构件能共同作用；同时，编制适合并行计算的线形方程组求解程序，实现基于网络环境的多台微机并行运算，提高计算效率。 

由于国外先进造船技术和软件的核心技术对我国保密，发展船舶工程虚拟仿真技术还得靠自主研发。目前，我国在CAE领域的理论研究和应用技术已有所积累，对国际通用商业软件的大部分关键技术也有所掌握，甚至在某些领域有所领先。从当初“在运十研制中开发各类软件138个”，到如今与大飞机研制相关的10大关键技术，以及众多正在进行和将要开发的项目（如嫦娥系列卫星和深海载人潜水器等的预研和设计以及轨道交通、燃料电池等的设计和开发）都运用CAE仿真模拟技术，并取得了卓有成效的成绩。

CAE技术的产生和发展，从一开始就伴随着工程应用和研究的分析计算需求。CAE软件集成系统从功能上属于汇集多学科研究成果向工程实用转化的基础性运行平台，从性能上为面向工程研究进行模拟仿真分析的支撑性应用工具。从长远看，开发具有自主知识产权的造船CAE软件是发展海洋事业的必由之路。

3 自主CAE软件产业与国家战略规划

软件产业是全面体现理论创新能力和科技成果水平的载体。近40年来，我国在CAE理论研究和软件开发上始终没有停止。当我国需要开发某项技术时，国外的软件和技术是 “封锁”的；当自主软件刚开发但未成熟时，国外就宣称可提供该类软件。应用部门追求时效和实效，往往以引进软件、终止自主开发为结局。这样，既被夺走市场，又失去可延续发展的机会。先期开发所花费的资源被浪费，应用部门也被套上 “软件升级”的怪圈。这种循环往复的情况，严重抑制自主技术的研发和软件产品的生存。

在技术引进方面，我国已有很多沉重教训。国家缺乏自主创新能力，长期依赖国外引进，具有巨大隐患。船舶工业是关系到国计民生及国防安全的战略性产业,长期使用国外软件容易造成机密泄露，危害国家安全；长期引进国外软件费用昂贵，加重企业的经济负担；长期利用国外软件进行二次开发，难以全面满足生产需求；长期依赖国外软件无法形成自主发展的能力；重复引进无力形成抗衡的能力；高端技术被“禁运”，长期处于被动的境地。

2006年中国科学院技术科学部、信息技术科学部在上海召开 “CAE自主创新发展战略”论坛，围绕产业政策、技术贮备、行业需求和软件厂商现状等4方面进行全面回顾，并对建设自主CAE软件产业提出期盼。2007年中国科学院向国务院呈送《关于发展事关国家竞争力和国家安全战略的CAE软件产业的建议》的报告，鼓舞起建设自主CAE软件产业的信心。2008年以“发展CAE软件产业的战略对策”为主题的339次香山科学会议在北京举行，多种学科交叉融合、展望未来发展趋势、交流产业建设进展，以服务、服从国家战略的视角去思考发展自主CAE软件产业的建议与对策。

自主创新是国家自强之本，企业是自主创新的主体。要以强化自主CAE软件企业主体地位为突破口，摸索建立产权明晰和市场化运作的创新主体。20多年来，美国出于战略需求考虑，先后执行3次计算科学计划，巩固其军事地位，并带动基础科学、应用科学和工程设计的跃升。我国要发展事关国家竞争力和国家安全战略的CAE软件产业，只有发挥社会主义***制优势，才能形成与国外垄断相抗衡的实力，推动自主CAE软件产业又好又快发展。

4  产业联动是自主CAE软件产业发展的突破口

现代服务业是以现代科学技术，特别是以网络和信息技术为主要支撑的，建立在新的商业模式、服务流程和管理方式基础上的技术和知识密集型服务产业。现代服务业相对于传统服务业，具有高人力资本含量、高技术含量和高附加价值等3个基本特征。在国内自主软件尚未达到主流软件商品化时，数值仿真技术就已在制造业中得到应用，并通过生产性难题攻关等方式在国民经济建设和国防重大项目的应用层面发挥不可替代的核心作用；同时，其高附加价值回报也推动学科研究和专业技术咨询服务的蓬勃发展。高校与科研院所通过实例验证科技成果的价值和作用，也希望能在商品化的软件平台上继续开展自行研究，但因为缺乏软件产业提供的自主集成应用平台，所以3大产业在共同的需求点上都未能得回报。

应将CAE技术的战略产品研发和企业的示范工程建设作为科技创新的交汇点，整合、挖掘各方需求和资源，实现3大产业可持续的共同跨越式发展。因此，自主CAE软件产业举足轻重，在3大产业联动中起着明显的带动作用：生产***业和先进制造业以“双轮驱动”的模式助推自主CAE软件产业向价值链的上下游延伸，以“软实力”服务“硬产业”。3大产业互相联动意味着可以用更低的成本形成规模效应，产生更强的竞争力和抗风险能力。

5  结束语

《船舶科技发展“十一五”规划纲要》明确优先发展的3大主题之一是船舶企业信息化工程应用技术：重点开展造船设计、制造、管理一体化数字平台技术研究，船舶企业数据库管理系统研究，造船信息标准化研究以及造船虚拟仿真关键技术研究等。本文结合船舶工程建设的创新发展需求，以社会资源整合的方式探讨建设自主CAE软件产业的可行性。促进生产***业、先进制造业和自主软件产业的联动，形成以较低成本的规模效应和更强的竞争能力，是实现船舶科技跨越式发展的契机。