引言
在计算机辅助工程（CAE）分析中，前处理阶段（几何清理、网格划分、边界条件设定等）占据了约70%的总时间，而其中的几何清理和中面提取尤为耗时。随着产品设计复杂度的提升，传统手动处理方法的效率瓶颈日益凸显。如何通过自动化技术优化前处理流程，成为提升CAE分析效率的关键。
一、几何清理的挑战与自动化解决方案
1.1 问题根源
CAE分析通常基于CAD模型，但实际工程中，导入的模型常存在缺陷：
– 几何缺陷：如微小间隙、面片重叠或缺失；
– 非必要细节：螺钉孔、倒角等对仿真影响小但增加处理难度；
– 格式兼容性问题：不同软件间的数据转换导致信息丢失。
手动修复这些问题需耗时数小时甚至数天，且依赖工程师经验。
1.2 自动化几何清理工具
近年来，基于AI和规则引擎的自动化工具显著提升了效率：
– 智能修复算法：如ANSA的Morphing模块可自动检测并缝合间隙，Altair HyperMesh的Geometry Repair功能支持一键修复常见缺陷；
– 特征识别与简化：ANSYS Discovery能识别并自动移除不影响结果的细节；
– 云平台加速：西门子Simcenter借助云计算并行处理大规模模型，缩短清理时间达60%。
案例：某汽车部件供应商采用自动化工具后，几何清理时间从8小时减少至2小时，错误率降低90%。
二、中面提取技术的革新
2.1 传统方法的局限
薄壁结构（如车身、管道）的仿真常需提取中面以生成壳单元。传统手动提取耗时且易遗漏关键区域，复杂几何（如加强筋、曲面）的处理尤为困难。
2.2 自动中面提取技术
– 拓扑映射算法：通过分析实体模型的对称性和厚度分布自动定位中面（如Altair HyperMesh的中面向导）；
– 机器学习驱动：部分工具（如SimSolid的AutoMidsurface）利用AI学习历史模型特征，预测中面位置；
– 实时厚度检测：ANSYS SpaceClaim可动态调整中面以确保网格质量，避免因厚度不均导致的计算误差。
案例：某航空航天公司采用自动中面工具后，原本需要2天的中面提取流程缩短至4小时，同时网格合格率提升至98%。
三、技术整合与未来趋势
3.1 流程协同优化
将几何清理与中面提取集成到同一平台（如Dassault的3DEXPERIENCE），可避免数据转换损耗。部分工具已实现“一键式”处理：用户导入CAD模型后，系统自动完成修复、简化、中面提取及网格划分。
3.2 AI与云计算的深化应用
– 生成式设计：未来工具或能根据仿真需求自动优化几何形状，减少修复需求；
– 边缘计算：在本地设备快速处理轻量任务，仅将复杂计算提交云端，降低延迟。
3.3 行业标准推动
ISO和AIA等组织正推动CAE模型交换标准（如STEP AP242），减少格式兼容性问题，间接提升自动化工具效率。
四、实施建议与挑战
– 评估需求：根据模型复杂度选择工具，例如航空航天领域需高精度AI驱动工具，而消费品行业可侧重成本更低的规则引擎；
– 培训与过渡：初期需培训团队适应自动化流程，并保留人工审核环节处理例外情况；
– 投资回报分析：某研究表明，自动化工具的平均回报周期为6-12个月，长期可节省30%以上的人力成本。
结论
几何清理自动化与中面提取技术的进步，正在重塑CAE前处理流程。通过减少人工干预、提升处理速度与准确性，企业能够大幅缩短产品开发周期，更快响应市场需求。随着AI与云计算技术的持续渗透，未来前处理或迈向全自动化，成为推动数字化孪生与智能制造的基石。企业应积极评估并引入合适工具，以在竞争激烈的工程领域保持领先优势。
