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| 內容簡介： |
本书探讨了计算机辅助工程(CAE)软件的发展历程、研发流程及大型项目研发与管理实践，重点分析了美国计算研究与工程采办工具及环境(Computational Research and Engineering Acquisition Tools and Environments，CREATE)项目的开发运维(DevOps)管理实践和基于实践的风险管理方法，对飞行器项目相关的三款主要软件产品(Kestrel、Helios和DaVinci)进行了详细分析，对软件规划、相关功能、架构设计及近期进展开展了跟踪研究，提供了波音公司对Kestrel和Helios两款软件开展的行业评估情况，总结了CREATE项目的经验启示及未来发展方向。本书适合关注大型CAE软件开发和管理的CAE软件工程师、CAE软件管
理人员以及从事相关研究的高校研究生和教师阅读参考。
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| 目錄：
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目录
第 1 章 概述
1.1 CAE 软件发展回顾
1.1.1 早期软件开发实践阶段
1.1.2 结构化编程和模块化设计阶段
1.1.3 面向对象编程和自动化阶段
1.1.4 敏捷开发和持续集成阶段
1.1.5 云计算和智能化阶段
1.2 CAE 软件研发流程
1.2.1 提出问题
1.2.2 确定路径
1.2.3 代码开发
1.2.4 验证与确认
1.2.5 产品运行
1.2.6 结果分析
1.2.7 做出决策
1.3 大型 CAE 软件开发案例研究
1.3.1 美国 DARPA 高性能计算现代化计划案例
1.3.2 美国能源部加速战略计算计划案例
第 2 章 HPCMP CREATE 项目
2.1 项目简介
2.1.1 项目规划
2.1.2 软件产品
2.1.3 开发团队
2.1.4 设计理念
2.1.5 知识产权保护
2.1.6 软件推广与应用
2.2 项目开发运维管理实践
2.2.1 核心软件开发实践
2.2.2 跨域软件开发协调
2.2.3 核心质量保证运营实践
2.3 基于实践的风险管理方法
2.3.1 风险 1：现有软件管理结构无法应对创新软件技术挑战
2.3.2 风险 2：软件缺陷或不精确模型导致可信度和有效性降低
2.3.3 风险 3：无权雇佣员工而无法建立软件开发团队
2.3.4 风险 4：资金削减导致核心人员及知识严重流失
2.3.5 风险 5：不同组织内多元管理文化的程序协调难题
2.3.6 风险 6：项目主要发展阶段无法管理需求蠕变
2.3.7 风险 7：无法预测和应对快速变化的计算及计算机技术
2.3.8 风险 8：管理人员频繁更替导致丧失资助方的持续支持
2.3.9 风险 9：失去对知识产权的控制
2.3.10 风险 10：无法支持 CREATE 软件用户
第 3 章 CREATE-AV 项目
3.1 主要产品开发
3.1.1 需求收集
3.1.2 概念设计
3.1.3 设计验证
3.2 软件开发日志
3.2.1 软件研发阶段划分
3.2.2 软件研发里程碑
3.3 软件质量保证
3.3.1 质量标准与现实限制
3.3.2 验证、确认与不确定性的量化
3.3.3 质量保证测试
3.3.4 软件发布和部署
3.3.5 软件培训
3.3.6 用户支持及问题分类
3.4 自动测试平台
3.4.1 生成测试用例套件
3.4.2 启动测试
3.4.3 生成报告
第 4 章 CREATE-AV Kestrel 软件
4.1 软件规划
4.1.1 软件发展路线图
4.1.2 软件开发计划时间表
4.1.3 能力实现过程
4.2 软件设计架构
4.2.1 通用可扩展基础架构
4.2.2 基础架构与执行层
4.2.3 用户界面
4.2.4 组件
4.2.5 插件
4.3 软件主要功能
4.3.1 有限体积非结构网格求解器
4.3.2 有限元非结构网格求解器
4.3.3 不可压流场求解器
4.3.4 发动机数值模拟模块
4.3.5 弹性结构求解器
4.3.6 多种类型化学反应模拟模块
4.3.7 并行解决方案
4.3.8 教育版本
4.4 软件计算环境
4.4.1 用户环境
4.4.2 运行时环境
4.4.3 解决方案环境
4.4.4 协作环境
4.4.5 测试和验证环境
4.5 软件运行及前 / 后处理
4.5.1 作业设置
4.5.2 作业运行
4.5.3 软件操作及前 / 后处理
4.6 软件近期进展
4.6.1 V9.x 版本新功能
4.6.2 V10.0 版本新功能
4.6.3 近期进展
第 5 章 CREATE-AV Helios 软件
5.1 软件规划
5.1.1 软件发展路线图
5.1.2 能力发布时间表
5.2 软件架构
5.2.1 软件总体设计
5.2.2 软件集成框架
5.3 软件组件和功能
5.3.1 近体流场求解器
5.3.2 新型近体求解器（FUN3D 和 KCFD）
5.3.3 笛卡儿远体求解器
5.3.4 域连接模块
5.3.5 旋翼综合分析系统
5.3.6 网格运动和飞行动力学
5.3.7 转换模型
5.3.8 原位分析和可视化增强
5.4 软件运行
5.4.1 运行界面
5.4.2 静态 CFD 分析
5.4.3 动态 CFD 分析
5.4.4 CFD-CA 松耦合分析
5.5 软件近期进展
5.5.1 V9.0 版本新功能
5.5.2 V11.0 版本新功能
5.5.3 近期研发进展
第 6 章 CREATE-AV DaVinci 软件
6.1 航空航天设计的复杂性
6.1.1 概念设计现状
6.1.2 概念设计过程
6.1.3 当前能力差距
6.1.4 未来设计需求
6.2 DaVinci 基本情况
6.2.1 采购需求能力差距
6.2.2 系统工程能力需求
6.2.3 预期特性
6.2.4 基本架构
6.2.5 产品能力与发展路径
6.3 DaVinci V4.0 功能
6.3.1 软件简介
6.3.2 软件能力
6.3.3 小结
第 7 章 CREATE-AV 软件行业评估
7.1 波音公司对 Kestrel 软件的行业评估
7.1.1 评估介绍
7.1.2 新用户应用评估
7.1.3 专家用户应用评估
7.1.4 门户网站应用评估
7.1.5 评估结论
7.2 波音公司对 Helios 软件的行业评估
7.2.1 评估介绍
7.2.2 新用户应用评估
7.2.3 专家用户应用评估
7.2.4 门户网站应用评估
7.2.5 评估结论
第 8 章 启示及未来发展方向
8.1 项目启示
8.1.1 项目研发过程中的挑战
8.1.2 项目研发成功的经验
8.1.3 项目研发成功的启示
8.2 未来发展的几个方向
8.2.1 ADAPT 工具
8.2.2 机器学习
8.2.3 GPU 计算
8.2.4 代理模型
8.2.5 适应下一代硬件体系的发展
参考文献
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前言
随着软件技术的快速发展和工程应用实践的深入，计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）软件已成为现代工程设计与分析的重要工具。CAE 软件集成了物理、数学、计算机科学等多个学科的研究成果，并通过整合共性算法库与运行时环境等支撑技术，有效克服了复杂数学物理模型、计算优化方法及流程操作的复杂性问题。CAE 软件可以灵活支持前处理、后处理等环节的集成，能够对复杂产品的功能、性能及行为进行仿真分析与优化设计，其模拟分析不仅能够大幅缩短产品研发周期，降低生产成本，而且可以显著提升产品的性能指标。因此，CAE 软件已成为 “虚拟制造” 和 “数字化设计” 的核心技术，为工程创新与产业转型提供了强有力的技术支撑。
尽管 CAE 软件在工程领域的应用取得了巨大成功，但其商业市场呈现出高度集中的特征。ANSYS、Siemens、Altair Engineering、MSC 等头部企业占据了绝大部分市场份额，形成了明显的垄断态势。这不仅对我国工程软件行业的发展带来严重影响，也使得我国中小企业在承担高昂软件成本方面面临巨大压力，部分高端功能模块甚至成为我国难以获取的受限技术。针对这一问题，习近平主席在 2018 年两院院士大会上强调，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。必须正视我国在大型 CAE 软件研发领域的困境与不足，迎难而上，开发具有自主知识产权的大型 CAE 软件。
大型 CAE 软件的研发是一项复杂工程，不仅面临技术、资源、市场、用户需求、法规及长期维护等多维度挑战，而且需要理论研究、技术创新、软件集成和工程实践等多方面的协同合作。研发团队必须应对多物理场耦合、数值方法、大规模计算、智能优化等技术难题，并且要进行需求分析与规划、风险管理、团队建设、质量保证、配置与变更管理等项目管理活动。此外，还需要深入了解用户需求和市场动态，以便持续地满足市场需求。
美国 “计算研究与工程承办工具及环境”（Computational Research and Engineering Acquisition Tools and Environments，CREATE）项目的成功为我们提供了学习大型 CAE 软件开发的宝贵案例。该项目于 2008 年启动，涵盖了飞行器、舰船、车辆、射频与几何网格 5 个领域的 13 个独立软件产品。其中，CREATE-AV（飞行器）领域开发的 Kestrel（面向固定翼飞行器）和 Helios（面向旋翼飞行器）两款软件均先后发布二十余个版本，并在政府和军工部门得到广泛应用，支撑对典型工程产品的概念与详细设计进行独立分析评估，显著提高了装备采购人员的工作效率。CREATE 项目的成功与其基于实践的风险管理方法密切相关，其独具特色的项目开发运维管理实践对现代大型 CAE 软件开发具有重要启示意义。
本书所引用的资料均来源于互联网公开信息。鉴于 CREATE 项目相关信息的发布和披露相对有限，本书仅能以管中窥豹方式进行分析和展示。此外，由于作者在 CAE 软件研发领域的知识视野有限，书中难免存在偏颇或错误之处，作者诚挚地希望读者能够提出宝贵意见，以便在后续版本中进行修正和更新。
作者
2025 年 12 月
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