航空结构分析CAE软件发展现状与未来挑战

王彬文，段世慧，聂小华，郭瑜超

中国飞机强度研究所，西安 710065

航空结构分析CAE(Computer Aided Engineering)软件(后面简称为CAE软件)作为航空装备研制过程中不可或缺的工具之一，已经融入到航空装备设计、制造、试验和服役等全生命周期中，应用于结构方案优化、响应分析、工艺仿真、强度评估和修理方案评价等多个应用场景，用于解决装备研制过程中面临的结构完整性问题。

CAE软件是装备研制的根本保障。目前，中国航空装备进入可全面自主研制的快速发展阶段，CAE软件对于提升装备性能、缩短研制周期、降低研制成本起到了关键作用。以航空装备研制为例，在飞行器的概念设计阶段需要建立结构的低保真度数字模型，进行静强度和气动弹性的分析，得到结构的传力路径，为结构方案选型提供依据。在初步设计阶段需要建立中等保真度模型，进行静强度、动强度、气动弹性、疲劳强度和优化设计，确定基本尺寸分布。在详细设计阶段需要建立高保真度模型，进行关键区域连接强度、细节疲劳寿命和工艺符合性分析。在试验验证阶段需要建立虚拟试验模型，进行虚拟加载和虚拟测量，预估试验中出现的各种情况。在制造装配阶段需要建立超差和装配数字模型，来保证加工和大部件对接的精度。在试飞服役阶段需要建立虚拟试飞模型，进行故障复现模拟和关键部位寿命评估。上述模型的建立与分析均需依赖CAE软件来实现。

CAE软件是进行创新技术研究和攻关的重要工具。数值模拟与理论研究、物理实验并称“创新三架马车”，CAE软件作为重要的数值模拟工具，可以辅助科学家、工程师揭示物理实验手段尚不能揭示或很难揭示的科学规律。此外，CAE软件还可为新材料和微结构(纳米材料、碳纤维)设计、新结构(仿生结构、柔性结构和智能结构)设计、新技术(虚拟试验技术)研究提供可靠的依托平台。

CAE软件是实现智能制造的关键支撑。在数字化方面，CAE软件是未来航空装备仿真模型校核与验证(V&V)及数字化验证流程中的基础手段；在网络化方面，CAE软件是实现未来“5G+制造”的关键工具，通过未来软件提供的云仿真、模型修正、数据拟合、可信度分析等技术手段，可实现结构平台的全状态数据实时收集和结构的实时评估，支撑智能制造的网络化实现；在智能化方面，CAE软件通过构建系列包含智能特征的数字化模型，建立物理空间与数字空间的实时数据映射和反馈预测优化，实现参数智能匹配、实时智能判据和智能预警，支撑工业制造中的智能化特征转型。

自主CAE软件是实现装备研制自主可控的必要手段。目前中国航空装备研制所使用的CAE软件，绝大部分依赖进口，整体对外依存度较高；国内现有的CAE软件，在功能覆盖性、分析规模和效率、架构开放性和应用可靠性方面与国外还存在一定差距，无法完全替代国外软件，一旦遭到国外全面封锁，中国装备研制面临着技术停滞的巨大风险。此外，CAE软件是工业经验与知识的载体，完全依赖国外软件无法将中国装备研发的经验、大量工业数据与知识积累到软件中，造成大量浪费，不利于持续发展和创新。未来，中国将进入航空装备全面创新研制的新时代，实现CAE软件的自主可控，对推动装备创新升级和保障装备研制体系安全具有重要的战略意义。

1 国内外CAE软件发展历程与现状

1.1 国外发展历程

CAE软件诞生于航空航天装备的研制过程中，在国外的发展大致分为军工驱动、持续支持、市场推进、重组壮大4个阶段。

1) 军工驱动(1960—1980年)

1956年，美国波音公司Turner等专家为飞机研制开发了一套内部有限元程序，用于翼面结构的强度计算，开创了结构分析CAE软件的先河。1966年，美国国家航空航天局(NASA)为满足阿波罗登月项目中对结构分析的迫切需要(如图1所示)，组织开发了第一个工程实用的通用结构有限元分析软件NASTRAN(NASA Structurla Analysis)，用于计算不具有可试验性的飞行器结构。1969年，NASA推出其第一个NASTRAN版本，即NASTRAN Level 12。在登月计划完成后，为了满足美国的市场战略需求，美国政府将NASTRAN的源代码在美国公开，MSC公司被指定为NASTRAN的维护商。1969年，美国John Swanson博士开发STASYS (Structural Analysis SYStem)软件，可计算核子反应火箭的结构应力和变形，后发展为商用结构分析软件ANSYS。1972年，David Hibbitt在其博士论文研究(这期间他和他的导师开发了非线性有限元软件MARC)的基础上开始编写ABAQUS。他的第一个客户是美国西屋核电公司，软件可计算核反应堆中核燃料棒的接触、蠕变和松弛等问题。1974年，美国通用动力为解决机翼的气动弹性问题，研发TSO软件，具备机翼气动弹性综合设计能力。1976年美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室Hallquist主持开发了LS-DYNA的研制，主要目的是为武器设计提供高速碰撞、爆炸等分析工具。DYNA程序首先被法国ESI公司商业化，命名为PAM-CRASH。1980年，美国空军怀特实验室为解决X系列飞行器超重问题，研发ASTROS软件，具备多学科分析和设计能力。

图1 NASTRAN起源于装备研制[29]Fig.1 NASTRAN originates from equipment development[29]

从国外先进结构分析软件的发展起源可以发现，早期的研发需求大多来源于航空、航天等高端装备的研制，具备鲜明的工业应用场景。

2) 持续支持(1980—2000年)

在国家战略层面，美国一直把科学计算和建模仿真作为服务于国家利益的关键技术，美国“竞争力委员会”白皮书《美国制造业——依靠建模和模拟保持全球领导地位》，将建模、模拟和分析，视为维系美国制造业竞争力战略的王牌，通用结构有限元分析软件也是美国重点支持的方向之一(如图2所示)。

图2 美国国家机构制定的研究计划[40-41]Fig.2 Research plans made by the national institutions of USA[40-41]

1983年美国在“拉克斯报告”中强调，科学计算是关系到国家安全、经济发展和科技进步的关键环节，是事关国家命脉的大事；1984年美国国家科学基金会(NSF)成立“先进科学计算办公室”全面指定高级计算科学发展规划；1987年NSF把“科学与工程计算”作为三大重点支持领域之一；1991年“高性能计算与通讯HPCC”计划旨在探索采用计算方法解决科学与工程中的重大挑战，投资重点为先进软件技术与并行算法；1995年美国实施“加速战略计算创新计划ASCI”，致力于开发高级应用软件，建立解决问题的环境；1995年10月美国国防部制定了一项《国防部建模与仿真主计划》为基于仿真的采办提供了框架和基础设施；2004年总统信息技术咨询委员会报告指出，对数学和计算科学算法的持续开发和改进是未来高端体系成功的关键；2005年总统信息技术咨询委员会指出“为确保美国竞争力，计算科学已成为科学领导地位、经济竞争力和国家安全的关键”。

通过系列国家计划和支持，CAE软件与装备的发展得到了天然的融合，国外CAE软件在这一时期得到了长足的发展。以美国NASTRAN软件为例，MSC公司于1988年加入了新的单元库、增强了程序功能提高了运算精度和效率，特别对矩阵运算方法进行改进；1989年形成了新的执行系统、高效的数据库管理、更易理解的DMAP二次开发手段；1994年在优化设计、热分析、非线性、单元库、数值计算方法及整体性能水平方面有了很大提高。之后在非线性、梁单元库、h-p单元混合自适应、优化设计、数值方法及整体性能水平方面均进行了改进和增强。

3) 市场推进(2000—2010年)

随着现代工业产品的复杂性和成本不断增加，产品的性能、价格和研发周期面临着更多的挑战，对结构分析软件提出了大量的需求。在旺盛的工业市场需求推动下，美国、法国等西方国家大量的结构分析通用/专用软件通过各种商业手段涌向市场，迅速占据了国内外工业领域。除了常规的结构数值模拟之外，已经扩展到对产品未来的工作状态和运行行为的模拟仿真，可及早发现设计缺陷，改进和优化设计方案。

这个阶段CAE软件已经深度融入工业产品的全生命周期中，成为研制先进产品的必备工具之一。这个阶段推进了CAE软件在工业领域的应用，但也暴露出多个软件架构/模型/数据不统一等弊端。

4) 重组壮大(2010年至今)

在数字化研发模式驱动下，国外商业公司加快了一体化、平台化软件系统融合的步伐，通过商业手段进行大量的收购与兼并。在统一软件架构下，以产品全生命周期为应用场景，整合与吸纳各类功能软件，形成体系庞大、功能完善的结构分析系统。

以MSC公司为例，1989年通过兼并荷兰PISCES而进入高度非线性分析市场；1998年兼并2D和3D运动学仿真软件的开发者Knowledge Revolution公司；1999年收购了商业非线性有限元程序MARC；2002年，收购世界著名虚拟样机仿真软件MDI公司，动力学仿真分析软件ADAMS被收入囊中；同年收购波音公司的Easy5软件；2011年和2012年，分别收购了比利时著名的声学软件公司FFT(自由声场技术)公司和高端材料仿真领域厂商e-Xstream；2016年收购焊接与成型仿真领军企业Simufact；但在2017年，MSC被与结构分析软件关联度极低的瑞典著名测量设备制造企业海克斯康收购，如图3所示。

图3 Hexagon/MSC软件兼并路线图[39]Fig.3 Software merger roadmap of Hexagon/MSC[39]

2000年开始，ANSYS进行了一系列收购，包括：ICEM CFD Engineering、法国的CADOE。2003年，ANSYS公司收购AEA公司的CFX软件业务。2006年，ANSYS公司已成功完成对Fluent的收购活动。同年ANSYS又收购了Century Dynamics公司，将高速瞬态动力分析软件纳入到ANSYS的分析体系中。2019年，ANSYS公司再次收购冲击分析软件DYNA，不断扩大其产品线。

2005年，达索公司收购ABAQUS软件，并创建SIMULIA品牌，建立了功能仿真的核心平台。2006达索收购瑞典的工程仿真环境开发商Dynasim AB，获得建模语言Modelica。2008年达索收购Engineous公司，获得了集成设计和多学科优化软件Isight，增强了其在仿真生命周期(SLM)对数据、过程、工具和知识产权集成优化的能力。近年又陆续收购塑料注塑仿真技术Simpoe、多体仿真SimPACK、高度动态流体场仿真领域Next Limit Dynamics等软件。

从国外CAE软件发展的历程来看，CAE软件的本质是具有核心竞争力的工业技术，而非一般意义上的软件产品。这种核心技术来源于装备研制需要，应用于解决装备研制的问题，脱离了本国工业实际情况的CAE软件无法形成国家核心的战略支撑能力。

1.2 国外发展现状

经过50多年的发展，美国、法国等西方国家已经构建了CAE软件的良好生态，推出了如ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等一批性能先进的通用结构分析CAE软件，并基本垄断了市场。软件覆盖了线性静力分析、非线性分析、模态与振动分析、显式动力学分析、气弹分析、热分析、优化设计等通用分析功能，分析精度和可靠性经过大量应用验证，并且软件性能先进，形成了成熟的通用分析功能体系，可满足绝大部分通用结构分析需求。

在专用工具方面，国外商业软件公司围绕航空行业特殊需求，研发了一系列专用分析工具，如概念设计阶段的布局设计软件AAA、造型及多学科分析软件RDS等，详细设计阶段的多尺度分析软件Digimat、层压复材设计软件ESAComp等，制造阶段的金属制造过程仿真软件Simufact、铸造过程模拟软件PROCAST等，试验阶段的试验数据分析软件SmartOffice、试验测试和FEA关联软件FEMTools等，服役阶段的疲劳分析软件NCODE、损伤/断裂分析软件NASGRO等。系列专用工具已经融入到了飞机装备研制的全生命周期中，解决了飞机装备研制中的特殊关键问题，成为航空CAE软件工具群中不可或缺的核心关键。同时，国外各航空巨头分别结合自身装备研制流程和需求，研发了专用的分析软件，比较成功的软件系统如空中客车公司的ISAMI系统，该系统是基于比利时LMS公司的CAESAM框架，将空客公司的方法库进行统一集成的工具平台，已成功应用于A350飞机设计，为型号研制提供了强有力的支撑。

在数据库方面，国外各航空巨头在设计、制造、试验、服役等过程中积累了海量数据，形成了各类专用数据库，为航空装备的研制起到了重要的支撑作用，但此类数据库一般只在企业内部使用，严禁对外扩散。

1.3 国内发展历程

国内CAE软件的起步稍晚于国外，20世纪70年代国内自主CAE软件开始萌芽，从解决行业的特定问题形成的计算程序起步，逐步形成了比较成体系的CAE软件。在各种国外软件充斥市场的情况下，自主CAE软件的发展经历过一段伟大的实践与探索。大致分为艰难起步、遏制冲击、努力坚持、觉醒突围4个阶段。

1) 艰难起步(1970—1990年)

国内通用结构有限元分析软件的雏形从20世纪70年代开始出现，在硬件条件和科研经费极为困难的条件下，科研人员用手摇计算机和纸带数据录入，克服了缺人、缺钱、缺资料和缺计算资源的困难，艰苦创业，研发了一批自主CAE软件，解决了多个型号研制的难题。

以航空工业自主CAE软件为例，1976—1979年，由623所、631所、605所与628所4个航空研究所组成的联合课题组，共同开发成功了航空结构线性分析有限元程序系统HAJIF-I，获国家科技进步二等奖，开始了航空人自己开发CAE软件的历程。1980—1981年，成功研制了航空结构动力分析系统HAJIF-II，这是航空领域第1个大型结构动力分析系统，解决了某型号的颤振分析问题，该系统获航空部二等奖，并与HAJIF-I合并获国家科技进步二等奖。1979—1982年，成功研制了飞机结构多约束优化设计系统YIDOYU，这是航空领域第1个飞机结构优化设计系统，增强了在有限元基础上的优化设计能力，YIDOYU的机翼模型数据生成能力优越、简单、实用，该系统获航空部一等奖，并获国家科技进步二等奖。1981—1985年，由623所、629所、603所和631所4个航空研究所组成的联合课题组，成功开发了中国第1个大型通用的结构非线性分析系统HAJIF-Ⅲ，该系统的非线性求解策略先进，解决了某型号机翼弹塑性、稳定性分析问题，为设计提供了依据，获得了国家科技进步一等奖。1989年，在动强度设计矛盾突出的情况下，成功开发了“飞机结构振动环境预计系统VEP”，该系统获国家科技进步二等奖。1990年，为解决某飞行器气动弹性难题，成功研发“颤振实时分析系统”，获国家科技进步二等奖。1992年，随着复合材料日益得到应用，成功开发了“复合材料结构分析与优化系统COMPASS”，该系统在复合材料翼面结构综合设计方面能力强，在多个型号研制中得到应用，获中国航空工业总公司科技进步二等奖。1990—1995年，成功研制了大型通用有限元结构分析程序系统HAJIF(X)，该系统可对结构进行静力线性与非线性分析、固有特性分析、动力响应分析、热传导分析、复合材料分析以及多级超单元分析。该系统支撑了多个飞机型号的设计分析，获航空部科技进步二等奖，如图4所示。

图4 航空结构CAE分析软件发展历程Fig.4 Development of aviation structural CAE software

在高校和其他研究机构，也涌现出一批优秀的有限元分析软件系统。典型的有大连理工大学研发的JIGFEX软件，在工业部门进行了应用推广，用于通讯卫星、运载火箭、工程机械等装备研制。中国科学院计算数学所崔俊芝院士研发了平面问题通用有限元程序，解决了刘家峡大坝的复杂应力分析问题。北京大学的袁明武教授通过对国外的SAP软件的移植和重大改造，研发出了SAP-84。除此之外，郑州机械研究所的“紫瑞CAE”、建筑科学研究院“BDP-建筑工程设计软件”、中科院数学所的FEPG等软件也得到了一定的应用。

2) 遏制冲击(1990—2000年)

20世纪90年代以来，大批国外CAE软件涌入国内市场，采用灵活的市场战略和多种推广策略逐步占领了中国市场，遍及国内的各个行业，国内自主CAE软件的生存空间受到强烈挤压。同时由于结构分析软件的特殊性，既需要基础研究，又需要代码研发和产业推广，在国家层面缺少持续的支持，发展举步维艰。以至于在20世纪的最后十几年，国内自主CAE软件发展步伐相对缓慢，逐渐地拉开了与国外CAE软件的差距。

在国外CAE软件的冲击下，航空工业结合装备研制需求，研发了一系列专用软件，解决了当时型号研制的难题。包括：飞机结构强度分析程序STRANAS：针对结构分析后的强度评估问题，采用具有大量试验数据依据的结构强度工程分析方法，具备强度分析方法库、材料库和型材库，可自动进行飞机结构强度校核，实现飞机结构总体分析/细节强度校核一体化。飞机结构耐久性/损伤容限及可靠性分析程序ADDRAS：以大量的试验数据为支撑，以EIFS和DFR法为主，兼顾其他耐久性分析方法，可满足国内航空工业部分结构耐久性/损伤容限分析需求。飞机结构三维温度场分析程序ASTSA：主要解决离散结构温度场分析问题，可以求解连续体或离散结构的稳态、瞬态热传导问题。

3) 努力坚持(2000—2018年)

2000年以后，国内工业部门在结构分析CAE软件领域开始全面依赖进口软件。自主CAE软件的研发单位，由于缺乏支持或势单力薄，纷纷放弃自主研发。

以航空工业为代表的少数团队依靠课题研究、专业软件定制、横向服务等方式保留了软件研发队伍。中国飞机强度研究所依靠航空工业集团创新基金等项目的支持，并自筹经费，坚持自主CAE软件研发，陆续发布了HAJIF2013和HAJIF2018版本，不断提升软件的规模、效率、扩充了特色功能和工程数据库，并在大型运输机、大型客机、大型水陆两栖飞机等型号的研制中发挥了重要作用。同时培养了一支专业从事计算力学研究与CAE软件研发的技术团队，为进一步发展自主CAE软件奠定了良好的基础。

在此期间，国内一些高校和其他研究机构也有一批持续坚持自主CAE软件研发的团队。从2007年开始，中国工程物理研究院先后与多个单位合作，研发了重大装备工程力学并行分析软件平台PANDA，具备大型复杂结构非线性静力学、模态与振动、冲击动力学等有限元分析功能。大连理工大学采用组件和插件软件设计技术，基于跨平台编程环境和XML语言开发了面向工程力学计算的SiPESC。

4) 觉醒突围(2018年至今)

2018年，美国总统特朗普签署对华“301”报告，拉开了中美“贸易战”的序幕。对于核心关键高端工业软件的控制成为以美国为首的西方国家遏制中国发展的重要战略手段之一。按照党中央关于“自主开发大型工业软件”指示，结构分析CAE软件的自主替代提上日程，自主CAE软件迎来了飞速发展的黄金时间，大量CAE软件研发企业如雨后春笋般涌现出来，为自主CAE软件的发展注入活力。

中国飞机强度研究所面对时代赋予的机遇和挑战，再次起航，立足于已有CAE软件研发基础，基于国内航空工业最全的强度试验数据支撑，继承创新，提出了“通用平台为基础，专用软件为核心，底层数据为保障”的自主CAE总体发展思路，目前已推出了全新的自主CAE软件SABRE 1.0系统，为自主CAE软件的发展奠定了良好的基础，如图5所示。

图5 SABRE 1.0界面示意图Fig.5 User interface of SABRE 1.0

1.4 国内发展现状

SABRE1.0系统初步构建了包含通用分析功能群、专用分析工具链和国产数据资源池的3层CAE软件体系，如图6所示。

图6 SABRE1.0软件体系Fig.6 Software management system of SABRE1.0

在专用软件方面，SABRE1.0系统集成了起落架动力学分析软件、疲劳分析软件、载荷快速计算软件、一致性评估软件等部分专用软件工具，解决了装备研制流程中的部分特殊问题。

在通用平台方面，SABRE1.0系统可为航空装备研制提供精确的结构响应计算手段及结构优化减重手段，包括线性静力分析、非线性分析、模态与振动分析、气动弹性分析、热传导分析和优化设计等功能，覆盖国外商业软件的基础通用分析功能，但分析规模、效率与国外商业软件还有一定差距。

在数据库方面，SABRE1.0包含材料性能数据、标准模型库、典型结构破坏模式库，初步构建了自主CAE软件的数据支撑体系。

2 面临的挑战

2.1 软件的复杂性

CAE软件的研发涉及力学、数学、计算机科学等多个学科，例如在力学方面，涉及材料本构、单元构造、接触分析、大变形模拟、冲击仿真等一系列核心力学算法；在数学方面，涉及大型稀疏矩阵的直接求解、迭代求解、矩阵相乘、特征值求解等一系列数值算法；在计算机科学方面，稀疏矩阵数值求解的实现过程与矩阵元素压缩存储、数据高效索引紧密结合，同时CAE软件面临高性能计算、云计算等环境的部署问题。并且，作为航空结构分析CAE软件的研发者，还需要具备深厚的工程背景，要对航空装备研制的流程、需求及相关工业知识具备足够的积累。综上所述，CAE软件的复杂度及难度较高，给自主CAE软件的研发带来了艰巨的挑战。

2.2 自主替代的紧迫性

中国航空装备已全面进入数字化研制阶段，CAE软件已成为装备数字化研制体系中的关键组成部分，但目前装备研制中应用的CAE软件基本被国外商业软件垄断，如何在较短时间内研发可与国外商业软件功能、性能相媲美的自主CAE软件，是目前面临的重要挑战之一。解决途径之一就是需要设计一套面向集成式开发的开放式软件架构，以提升多人协同研发效率，以及代码的复用性，通过对软件整体架构的层次化设计，研究高效的执行控制和数据管理机制，并通过软件模块的构件化、接口的标准化处理，大幅降低软件研发的难度，缩短软件研发周期，使自主CAE软件的高效研发成为可能。

2.3 新型装备研制需求

随着未来中国对航空装备的要求不断提高，为了满足航空装备提高性能、降低成本和减少研发时间的要求，需要在装备研制全周期应用功能更全面、计算能力更强的CAE软件；同时随着新型航空发动机、无人机、高超声速飞行器等新型装备的研制，带来了多学科设计仿真、新型复合材料分析等一系列特殊专用需求，为自主CAE软件的研发带来了全新的挑战。新一代自主CAE软件需要从过去解决航空装备设计某阶段问题为主，转向覆盖航空装备设计、分析、制造、试验、服役等全流程仿真设计需求；需要从过去解决通用分析需求，转向解决通用分析需求和航空特殊专用需求。

2.4 软件可靠性及市场应用迭代

CAE软件的精确性和可靠性直接决定了装备研制的成败。国外商业软件在数十年的市场推广中，经过了大量的工程应用验证，并不断迭代完善。同时，波音、空中客车等航空巨头在CAE软件的应用过程中，都结合装备研制流程和需求，研发了适应自身装备研制体系的材料数据库，并基于装备研制过程中形成的仿真模型库和试验数据库，对CAE软件进行了充分的验证和标定，确保了分析结果的精确性和可靠性。自主CAE软件研发和推广过程中，一方面缺乏充分的工程应用验证和支撑验证的数据库，另一方面由于缺少长期用户的持续反馈，其用户友善性难以得到提升，导致自主CAE软件市场化转型面临严峻挑战。

3 自主结构分析CAE软件发展思路

3.1 总体发展技术路径

通过对以上内容的深入剖析，自主CAE软件的研发需要遵循“成熟问题理论化、成熟理论程序化、成熟程序软件化、成熟软件产业化”的一般性发展规律，针对装备研制问题，不断沉淀工业知识，研发软件产品推向市场，并完成应用迭代，形成软件生命周期闭环，提升软件生命力。

自主CAE软件的发展要遵循“通用平台为基础，专用软件为核心，底层数据为保障”的总体发展技术路线，如图7所示。“通用平台为基础”指在较短时间内，瞄准国外商业软件的共性通用功能，构建开放式软件架构，突破一系列核心数值算法，研发包含线性静力分析、非线性分析、模态与振动分析、气动弹性分析、热传导分析、显式动力学分析、优化设计等通用分析子系统，打造通用结构分析“功能群”，实现资源的虚拟化、功能的组件化、流程的开放化。“专用软件为核心”指面向新型航空装备研制流程，针对装备设计、制造、试验、服役等过程中的关键特殊需求，瞄准装备研制急需急用的特殊专用软件，攻克关键技术，基于通用分析平台，完成一系列专用模块自主研发，实现接口的规范化、模块的插件化、应用的定制化，打造专用结构分析“工具链”，实现对装备研制流程关键环节的精准覆盖。“底层数据为保障”指基于航空工业数十年积累的航空强度数据，构建轻型的数据管理架构，设计相关的数据标准，研发工程材料数据库、标准模型库、积木式试验数据库等，开发“通用功能-专用功能-数据库”之间的数据接口，实现结构分析全环节的数据贯通，为自主CAE软件的验证及应用提供关键数据支撑。

图7 总体技术路线图Fig.7 Overall technical roadmap

自主CAE软件的研发要严格遵循相关国家标准，加强整个研发过程的质量控制，涉及需求分析、力学任务书、概要设计、详细设计、代码开发、代码测试以及交付应用等环节，涉及功能性、安全性、互用性、可靠性、可用性、效率、可维护性和可移植性等8个软件质量特征；同时需要对软件研发过程中的开发文档进行详细的规定，为保证软件研发的规范性奠定坚实的基础。

3.2 通用分析功能群

自主CAE软件需解决解题规模、效率、精度、鲁棒性等一系列复杂问题，通用分析功能群的构建，既要充分利用计算机软硬件资源，又需保证数据高效组织及传递，同时必须在技术上适应装备研制和工业软件未来发展需求。其核心是通过软件架构的科学设计解决数据、内存和系统开放性等问题，集成先进的数学及力学算法，支撑静力分析、非线性分析、模态与振动分析、冲击分析、气动弹性分析、热传导分析和优化设计等通用功能的实现。

3.2.1 新一代架构设计

CAE软件涉及众多学科领域，是计算机科学、计算力学、计算数学、结构设计等专业的有机融合。尤其随着计算机软硬件技术的飞速发展，CAE软件架构的内涵也在不断进化，除需解决数据、内存、系统开放性等传统问题外，还需兼顾异构环境部署、云端运行等未来需求。本节简要描述新一代大型结构分析CAE软件的体系架构，随后从系统开放性、数据管理、内存管理等方面分别阐述。

1) 分层体系架构

经多年实践探索，提出适应CAE软件发展要求的分层体系结构，采用模块化设计思想，以业务实现为导向进行专业分层，将系统分成若干个功能水平层以降低单个层次的复杂性，每个层次只给相邻层提供标准接口，保证软件功能模块具备足够的复用性与独立性。通过对各分层相应的功能进行模块化划分，从垂直方向分解整个系统，可大大降低单一模块的复杂性。在综合考虑软件运行框架基础上，给出CAE软件总体架构，如图8所示。

图8 结构分析CAE软件总体架构Fig.8 Architecture of structural analysis software

总体架构中，数据库层完成结构分析任务求解中数据的组织及管理问题，实现对分析模型、中间求解和结果数据的分类管控；模块层为基础和专用模块组件池，通过数据接口通底层数据及文件管理系统发生数据交互；子系统层则按不同专业任务需求，通过执行控制系统调度组件池中的不同功能模块以完成相应的计算或数据处理工作；面向用户的系统层面，则通过统一的前后置处理界面开展模型构建、求解设置、结果显示及分析等。基于上述软件架构，面向适应分布式、异构环境等，从数据管理、内存管理、功能组件设计、子系统流程组织等方面技术、算法、程序等攻关，将形成完备的CAE软件体系。

2) 系统开放性设计

大型结构分析CAE软件系统架构设计之初必须秉持开放性设计思想，要构建具备良好开放性的软件架构，需从软件体系开放性、用户接口开放性、功能模块开放性等方面开展研发工作。软件体系开放主要指软件流程的灵活控制、功能组件的载入、数值算法的互换性或通用性设计等。要实现软件体系开放，需要设计一套执行控制系统，将不同的结构分析功能组件整合成一个完整系统的同时又保留各个功能组件的可扩展性和相对独立性。用户接口开放主要指结构分析软件支持的输入输出模型文件接口、软件对其他应用程序的调用接口等，每种数据或应用都必须建立标准接口，标准接口的设计需在充分研究现行数据标准的基础上开展。功能模块开放主要指构成结构分析求解流程的模块具备统一标准接口，同一求解流程中任务组件或任务模块可动态扩展或替换，同时易于并行开展研发工作。

3) 大规模数据管理

在结构分析软件中，尤其随着精细化建模分析要求越来越高，在结构分析过程中，数据管理显得非常重要。为高效管理、存储、访问和分析这些数据，应首先定义底层数据内核，其次开展面向对象的数据结构设计，并基于数据库技术实现各类数据的高效管理。

4) 内存管理

数据处理过程会发生大量的磁盘数据读取操作，将大大降低程序运行效率，这也是CAE软件要面临的主要问题。内存管理的核心是以尽可能少的数据磁盘交互完成计算。高效的方法是在一次内外存交互中将计算数据尽可能多地加载到缓存中反复使用，尽可能减少交互次数以提升系统运行效率。

3.2.2 关键数值算法

CAE软件涉及的数值计算方法主要包括以大型稀疏矩阵高效求解为代表的基础性算法和以不同学科计算需求牵引需攻克的力学或数学等专用算法。

1) 稀疏矩阵直接/迭代求解算法

一般工程问题的计算，其根本是求解稀疏线性方程组。国产软件针对未来超大规模稀疏线性方程组的求解问题，分别应用直接法和迭代法2类算法。其中，直接法以面向并行求解的分段多波前法为主。迭代法则不直接处理系数矩阵，而以某种极限过程逐步逼近线性方程组的精确解，其求解依赖于矩阵预处理算法。一般而言，直接法计算精度高，但存储和计算开销大；迭代法存储空间小、计算开销小，但当系数矩阵条件数较大时会面临收敛速度慢甚至不收敛。

2) 大型矩阵特征值求解算法

获取高精度的振动响应结果，需要建立精细的有限元模型，而结构动力学分析的基础是求解系统的特征值和特征向量。广泛应用的全维特征值正交三角(QR)求解算法因其计算复杂度与矩阵规模呈三次方关系，且难以利用矩阵的稀疏特点，因此不适用于大规模稀疏特征值问题的求解。针对大型矩阵特征值求解问题，学者们则提出了求解效率更高的计算特征值子集的部分特征值求解算法。因此，在大型特征值求解方面，需针对大型动力学方程的特点，对Arnoldi/lanczos，Krylov类算法以及Jacobi-Davidson等方法等进行系统研究，掌握这些大型矩阵特征值算法对动力学方程求解的优劣势，形成自主的高效高精度的特征值求解器。

3) 非线性求解算法

在非线性求解方面，非线性方程的求解精度、效率和稳健性受多种因素影响，例如单元的自锁现象、材料失效后刚度折减、迭代的收敛控制、刚度矩阵的奇异性、加载平衡路径上的多极值点等。同时由于非线性问题的多样性和复杂性，求解方法也很难统一，不同的解法具有不同的适用范围，选择不当可能导致收敛较慢甚至发散。因此在涉及几何、材料等多重非线性求解上，需开展相关的技术研究，研发高效稳健的非线性方程求解算法及模块。

4) 考虑侵蚀和摩擦滑移的自动接触算法

各种冲击/碰撞过程均会涉及接触问题，碰撞接触引起的结构网格大变形、材料失效破坏是冲击动力学计算的难点之一。冲击/碰撞过程中结构大变形、运动界面追踪和计算、材料失效后单元删除等将导致新界面的追踪和计算，是拖慢计算效率和占用计算资源的主要根源，也是导致计算收敛性差的根本，而接触载荷计算(法向载荷和切向摩擦)则是产生计算误差的主要因素之一。为适应冲击/碰撞过程中复杂结构/边界、任意区域的接触问题，需考虑侵蚀单元删除影响进行通用自动接触算法研究，重新构建接触面并开展高效全局/局部搜索、接触力计算技术攻关，研发全新的自动接触算法。

5) 气动伺服弹性分析算法

针对飞机的气动伺服弹性特性分析问题，利用用户输入的传感器、舵机、飞控系统的参数建立相应的数学模型，并与气动力模型和结构模型联合，建立气动伺服弹性系统的控制方程，分析系统的传递函数，并以Nyquist稳定判据对系统的稳定性进行判定，同时给出稳定裕度。未来，将针对非线性气动伺服弹性分析所涉及的非定常气动力建模、非线性结构力学、气动伺服弹性控制律设计等问题，梳理相关研究成果，为后续新型气动伺服弹性软件的研制提供技术基础。

6) 先进的结构优化算法

在结构优化设计功能方面，装备研制精细化、轻量化设计要求对CAE软件优化设计功能提出新的挑战。超大规模变量、复杂约束维度等是新型优化问题的主要特点。传统的考虑单一变量、少量约束的优化算法已难以适应装备研制和软件发展需求，结构优化已经变成一个极为复杂的数学问题。现阶段，求解多变量/多约束问题的优化算法种类繁多，很多先进的优化算法均以理论和教学研究为主，在自主CAE软件中少有集成。为适应复杂工程问题优化需求，需重点开展以先进准则法、基于梯度信息的数学规划法(如MMA(Method of Moving Asymptotes)、GCMMA(Globally Convergent of MMA)、SQP(Sequential Quadratic Programming)等)等为代表的算法研究，兼顾启发式算法，开发形成适应于复杂工程问题求解的先进优化器，集成于自主CAE软件中。

3.2.3 核心通用功能提升

CAE软件作为支撑装备研制的关键工具，在统一的软件架构下，融合解决各领域共性问题的通用功能，主要包括：静力分析、非线性分析、模态与振动分析、冲击分析、气动弹性分析、热传导分析和优化设计等，形成通用分析功能群，以解决制约装备研制的基础共性分析及优化设计问题。

1) 静力分析主要用于求解结构在静力载荷，如：集中/分布静力、温度、强制位移、惯性力以及等作用下的结构响应分析，包括结构在以上载荷下的屈曲分析，结构响应包括节点位移、节点力、约束(反)力、单元内力、单元应力/应变等。

2) 非线性分析主要包括几何非线性、材料非线性和接触非线性分析，其提供多种非线性叠加状态下的结构节点位移、节点力、约束(反)力、单元内力、单元应力/应变响应。

3) 模态与振动分析支持结构的实特征值分析和复特征值分析；支持结构的频率响应分析，方法有直接法和模态法；支持结构的随机振动分析。

4) 冲击分析主要以显式积分算法求解结构冲击/碰撞工况下的响应，如机身坠撞分析、复合材料抗冲击分析、汽车碰撞分析等，基于随时间历程变化的载荷，给出结构响应动态变化过程。

5) 气动弹性分析主要应用于航空航天翼面结构，支持定常/非定常气动力计算及气动力修正、结构/气动插值、静气动弹性分析、颤振特性分析、阵风响应求解、气动伺服弹性稳定性分析等。

6) 热传导分析可以考虑传热、对流、辐射等现象，开展结构在线性/非线性状态下的稳态热传导分析、瞬态热传导分析，得到结构的温度场、热流等分布，为后续的力热耦合分析等提供输入条件。

7) 优化设计主要用于结构在给定载荷和边界条件下，寻求满足某些约束条件的最优的结构尺寸、形状和拓扑构型，以达到结构性能最优。

3.3 专用分析工具链

航空装备的设计与研发是一个复杂的系统工程，从CAE软件在整个装备研制流程中的应用情况来看，并非只应用通用分析功能，大量专用分析功能同样也起到举足轻重的作用。

参考空中客车等航空企业的专用软件研发经验，结合国内航空装备研制需求，梳理了若干专用软件新研和改进需求，作为未来短期研发的重点，主要包括：机身结构强度分析、翼面结构强度分析、复合材料结构设计与分析、疲劳与损伤容限分析、起落架系统分析、薄壁结构铣削加工过程仿真等6大专用分析工具，解决型号研制中的紧迫的问题。

1) 机身结构强度分析工具

机身结构受力形式复杂，不同部位要考虑不同的分析情况。根据机身结构典型受力特征，机身结构典型分析情况主要包括：机身加筋壁板静强度分析、壁板对接强度分析、机身普通框强度分析、机身加强框强度分析、机身典型开口结构分析，机身结构分析专用工具也将覆盖这些需求。

如图9所示基本的研发思路，首先从总体有限元模型中获取内力解，确定分析部分和分析类型，然后从数据库中提取必要的工程计算参数，进行许用强度计算，并结合有限元分析结果，计算分析部位的安全裕度，判断结构的强度性能是否满足要求，如果满足，则结束任务流程，如果不满足，则更新结构、更新模型，进行迭代。

2) 翼面结构强度分析工具

翼面结构是飞机最主要的承力结构，直接承受复杂的气动、冲击等载荷。翼面结构受力复杂，导致分析工作任务量大、技术难度高。根据翼面结构形式，翼面结构主要分析部位为：机翼整体壁板、翼梁结构、翼肋结构及翼面典型开口结构。如图9所示，翼面结构分析工具的发展思路和机身结构类似。但是，此类专用分析工具的强度分析数据无法直接映射至结构CAD几何数字模型上，造成强度分析与结构设计数据的信息隔离。因此，未来的专用分析工具将融合CAD、CAE及相关数据库模块，实现CAD几何数字模型、CAE有限元模型等数据的无缝对接，从而加速设计、加速迭代，全面提升复杂装备的研发效率。

图9 机身、翼面结构专用分析工具研发思路Fig.9 Research and development route of dedicated software used in fuselage and wing structure analysis

3) 复合材料结构设计与分析工具

复合材料因其高比强度、高比刚度、性能可设计等优异特性，在航空结构中得到了广泛应用。自主复合材料结构设计与分析工具将基于设计与分析2大主线，采取“双线并举”的研发思路。如图10所示，在“设计线”方面，从基体材料和纤维材料的性能出发，基于代表性体积单元(RVE)方法开展细观分析，设计确定其组分比，获得单层复合材料等效常数，并逐步开展考虑层合板刚度、失效、稳定性的复合材料设计过程，最终支撑复合材料典型结构设计，并基于此主线，研发相关的复合材料设计工具。在“分析线”方面，从总体分析模型获得内力解，依次开展层合板刚度分析、失效分析、稳定性分析，并最终实现复合材料典型结构强度评价，并基于此主线，研发相关的复合材料分析工具。

图10 复合材料结构设计与分析工具研发思路Fig.10 Research and development route of composite structure design and analysis software

4) 疲劳与损伤容限分析工具

为满足型号研制需求，自主研发的疲劳与损伤容限分析工具将重点围绕载荷谱处理、裂纹萌生寿命分析、裂纹扩展寿命分析等方面进行功能研发与性能提升。如图11所示，疲劳与损伤容限分析工具的发展采取“三步走”的思路，第1步，增强现有分析功能，如雨流计数、载荷谱简化、应力/应变疲劳、应力强度因子分析、裂纹扩展寿命计算等；第2步，扩充能力，如热疲劳、振动疲劳、概率裂纹扩展分析等功能；第3步，统一平台、架构、数据管理、执行控制、前后置，实现与自主CAE软件统一平台的无缝对接。

图11 疲劳与损伤容限分析工具研发思路Fig.11 Research and development route of fatigue and damage tolerance analysis software

5) 起落架系统分析工具

起落架系统的设计与分析是飞机设计中关键的研究领域之一，随着飞机结构朝大型化、复杂化、系统化的方向发展，起落架系统的设计与分析也面临着诸多问题和挑战。起落架系统分析工具，需要具备对陆基飞机和舰载飞机起落架起飞/降落过程的载荷预计和缓冲性能分析与优化设计能力，功能包括：单个起落架系统落震/滑跑载荷计算与优化、单个起落架突伸性能分析、全机着陆/滑跑起落架载荷计算与优化、舰载机全机弹射/滑跃起飞起落架载荷计算与优化、舰载机拦阻着舰起落架载荷计算与优化、舰载机起落架越障载荷计算与优化，如图12所示。

图12 起落架系统分析工具研发思路Fig.12 Research and development route of landing gear analysis software

由于起落架系统参数多、识别复杂性高，输入与输出往往难以建立显式的表达式，给起落架系统的设计与分析带来极大的不便。针对此问题，起落架系统分析工具将充分利用机器学习模型，在非线性建模、轮胎动力学建模方面寻求新的突破，支撑未来国产起落架设计。

6) 薄壁结构铣削加工过程仿真工具

航空装备件性能很大程度上受到制造工艺的影响。航空装备结构一般是薄壁加筋结构，这种结构由于壁薄、刚度低等特点，在加工过程中受到初始残余应力、铣削力、装夹条件等因素的作用极易产生加工变形，严重影响薄壁零件的尺寸精度与性能。因此，研发大型薄壁结构铣削加工过程仿真专用工具，对提前预估残余变形、提高铣削加工精度具有重要意义。将基于薄壁结构加工制造场景，构建铣削加工过程零件变形仿真及装夹布局优化流程，研发大型薄壁结构铣削加工过程仿真专用工具，为大型薄壁结构的精密制造提供支持。

3.4 国产数据资源池

继实验、理论、计算之后，数据已成为人类认知世界的第四科学范式，发展自主CAE软件离不开工业数据的支撑。伴随着新一代航空装备研制不断推进，装备的材料国产化率越来越高，国产数据库对自主CAE软件的支撑作用更加凸显。CAE软件应用场景和装备研制需求，亟需构建可支撑CAE软件的国产数据资源池，初步梳理其功能框架如图13所示。

图13 国产数据资源池功能框架Fig.13 Functional framework of domestic data resource pool

面对积木式试验数据、材料数据、标准模型数据、强度知识数据等的管理问题，在此基于SQLite的轻量化数据管理技术实现数据库的构建，并基于ASAM-ODS(开放式数据服务标准)形成面向强度数据特征的数据存储及访问标准化方法，制定相关数据标准，研发通用、专用功能数据接口，打造国产数据资源池，实现多个系统之间的数据高效关联，打破信息孤岛。国产数据资源池在CAE软件应用过程中的业务逻辑如图14所示。

图14 国产数据资源池业务运行逻辑Fig.14 Business operation logic of domestic data resource pool

1) 积木式强度试验数据库

建立积木式试验数据库的目的不仅要对试验数据进行有效地保存和管理，使软件开发人员能够快速地按需查询、分析和对比试验数据，支持结构分析软件系统的测试和研发，还需要基于先进的数据挖掘技术和大数据处理技术，完成数据清洗，从冗余试验数据提取有效的关键数据供仿真使用，实现试验数据与仿真数据的高效融合，为结构设计分析提供支持。多专业积木式试验数据库功能组成如所图15所示。

图15 积木式试验数据库功能组成Fig.15 Functional framework of building block strength test database

2) 航空典型材料工程数据库

在航空装备结构分析过程中，材料性能数据扮演着重要角色，为材料计算模拟提供基础数据支撑。工程材料数据库的研发以国产材料试验数据为数据源，基本覆盖国内航空主干材料，同时包含飞机设计手册、复合材料结构设计手册，以及部分国外资料的材料力学性能数据，一方面要根据软件分析功能的研发，不断扩充完善型材料性能数据和本构模型，另一方面需要实现材料曲线数值化和数据曲线拟合功能，满足精细化分析需求。同时要在充分考虑各系统分析场景基础上,通过定义数据库接口完成与结构分析建模过程的无缝连接，提高结构分析效率和自动化程度。其中通用的材料数据概念模型如图16所示，其本质是构建材料数据库的基础数据结构。

图16 材料数据概念模型Fig.16 Conceptual model of material data

3) CAE软件标准模型库

标准CAE模型作为国产数据资源池的核心数据对象之一，对于验证软件计算方法的准确性和可靠性有重要价值。针对航空结构分析CAE软件功能和性能指标，构建基于理论的经典问题模型、经过商业软件验证的标准模型、经过试验验证的典型工程问题模型，形成自主CAE软件标准模型库，覆盖自主CAE软件通用及专用功能，支撑自主CAE软件精确性及可靠性验证。

除上述几个典型数据库之外，还需根据自主CAE软件应用需求，适时研发强度准则库、典型结构构型库、强度知识库等，为装备研制提供数据支撑。

4 未来发展趋势及建议

4.1 技术发展趋势

随着计算机软硬件技术的快速发展和装备研制对结构分析CAE软件需求的不断升级，国际结构分析CAE软件显现出一些发展趋势，自主CAE软件在未来的发展过程中需要及时布局，加速追赶。

1) CAD/CAE软件一体化

随着未来环境对航空装备性能、研制周期等的要求越来越高，在装备设计阶段尽早引入仿真分析，可对装备性能进行充分的仿真和优化，并有效加速设计迭代，在此过程中的关键因素就是设计/仿真所需CAD/CAE软件的一体化，此为CAE软件重要的发展方向。

2) 多物理场耦合分析

以高超声速飞行器为例，其面临流场、温度场、电磁场、声场等多物理场耦合的复杂服役环境，只有通过多场耦合仿真分析的方式，才能最大程度模拟飞行器的真实受载状态，为飞行器设计提供支持，因此多物理场耦合分析是CAE软件的重要发展方向。

3) 多尺度分析

随着未来各类新型复合材料的广泛应用，需要准确分析非均质材料的微观结构对材料性能的影响，可以借助多尺度分析软件，从微观、细观到宏观多个层面进行仿真，并对颗粒/纤维体积分数、纤维方向等参数进行优化设计，为新型复合材料的设计提供支持，因此多尺度分析是CAE软件的重要发展方向。

4) 高性能计算环境部署

为了适应快速发展的高性能计算硬件环境， CAE软件需要不断吸收高精度、高效率并行数值算法，进行软件的并行化升级，并面向高性能计算环境进行软件适应性改造，为超大规模的高效、高精度仿真奠定基础。

5) 云平台部署

云平台近年来取得了快速发展，借助云平台可以进行CAE软件快速部署，并保证软件、数据的统一配置和管理；同时可利用云端高性能计算资源和海量存储空间，进行大规模模型的高效计算和数据文件管理；借助云平台，可高效开展异地协同设计仿真，提升装备研制效率；因此CAE软件在云平台部署是重点发展方向之一。

4.2 发展建议及展望

近年来，中国陆续出台了多项支持工业软件发展的重大政策，为中国自主工业软件发展营造了良好的政策环境，同时大量新型装备的研制以及工业数字化转型为工业软件发展提供了庞大的需求市场，这些都为自主CAE软件发展带来了前所未有的机遇。

前途是光明的，道路却总是曲折的。中国自主CAE软件发展面临软件性能与国外差距大、应用验证不充分、产业发展滞后等诸多问题，为推动中国自主CAE软件可持续、高质量发展，在软件的开发模式、运行模式等方面有如下建议：

紧跟装备研制需求，推进关键软件优先研发。结合航空装备研制流程，针对关键通用需求和特殊专用需求，分别研发通用、专用分析功能，快速形成软件产品，支撑装备研制。

加强产学研用协同合作开发。发挥各方在基础研究、工业背景、代码开发及工程应用等方面的优势，加强基础算法攻关，加快代码开发，并持续推进工程应用与迭代改进，协同促进自主CAE软件成熟度提升。

探索敏捷高效的软件开发模式。在自主CAE软件的研发过程中，以瀑布式开发的基本流程为基础，探索瀑布式开发和敏捷式开发相结合的软件开发模式，深度结合用户需求，基于已有功能模块快速形成软件原型，并在应用中不断改进，实现快速开发、测试、部署和迭代，大幅加快CAE软件创新迭代速度。

推动自主CAE软件云平台部署。面对云计算的高灵活性、可扩展性和高性价比的特点，加强与云计算企业的合作，夯实CAE软件云化技术基础，推动软件云化发展；并借助云平台调整软件销售模式，提供基于云平台的销售与技术咨询一体化服务。

加大自主CAE软件市场推广力度。采用“软件产品+服务”的模式，为用户提供包括货架产品、专用定制软件和技术服务在内的整体解决方案；并针对各类客户群体，发布不同的软件版本并制定针对性的市场推广策略，为自主CAE软件的持续健康发展奠定基础。

制定相关软件标准，构建自主工业软件发展生态。积极联合国内相关软件研发单位，制定自主CAE软件通用技术标准、数据标准和接口标准，并开展相关标准的应用推广，促进上下游软件之间的数据贯通，构建自主可控的工业软件发展生态。

未来，本团队将结合国内外形势和软件发展规律，体系规划，分“3个阶段”系统推进自主CAE软件发展。第1阶段：“面向通用、解决急需”，针对装备研制的通用共性需求，在统一的开放式软件架构下，研发通用功能和基础数据库，并结合装备研制流程进行应用验证，不断提升软件的成熟度和易用性，具备国外商业软件通用分析功能。第2阶段：“发展专用、覆盖流程”，针对航空装备研制流程中的特殊需求，研发“专用工具链”，覆盖装备研制流程关键环节，同时持续提升软件的性能、鲁棒性、友善性等，并探索自主CAE软件的市场化推广模式。第3阶段：“创新超越、构建生态”，研发形成完备的“通用分析功能群+专用分析工具链+国产数据资源池”自主CAE软件体系，软件功能、性能全面超越国外商业软件，软件成熟度、易用性、可靠性、安全性全面提高；同时在软件研发模式和市场化推广模式日趋成熟的环境下，构建具有中国特色的工业软件可持续发展生态。