Сергей Денисихин, менеджер по продукту CAE Fidesys, Группа «Борлас» (ГК Softline)
За последние три десятилетия инженерные расчеты претерпели революционные изменения. Если раньше инженер-конструктор полагался на постоянно загруженный расчетный отдел, справочники и дорогостоящие натурные испытания, то сегодня его рабочее место — мощная вычислительная система.
Сам переход начался с автоматизации черчения и массового распространения 3D САПР. Системы трехмерного моделирования, появившиеся в конце 1970-х — начале 1980-х, изменили суть проектирования. Их главное наследие для инженерного анализа заключалось в том, что они впервые дали инженерам-расчетчикам то, чего им так не хватало, — возможность получить полную и точную цифровую 3D-геометрию изделия.
Это стало катализатором для бурного развития систем инженерного анализа (CAE — Computer-Aided Engineering). Вместо упрощенных расчетных схем с аналитическими формулами инженеры перешли к численным методам — в первую очередь методу конечных элементов (МКЭ) — на реалистичных трехмерных моделях объектов.
Расцвет инженерного анализа (CAE) — от элитарного инструмента к рабочему столу конструктора
Эволюция CAE-систем прошла несколько ключевых этапов:
- Ранний этап (удел специалистов): изначально CAE-системы были сложными и дорогими, требуя отдельного штата расчетчиков. Процесс был линейным: CAD-модель экспортировалась в CAE-пакет, где специалист вручную готовил ее к расчету, который в основном ограничивался линейным статическим анализом;
- «Демократизация» анализа: постепенно CAE-инструменты становились более доступными благодаря интеграции с CAD, улучшению интерфейсов (например, автоматические генераторы сеток) и росту мощностей персональных компьютеров;
- Эра мультифизичности: следующий этап развития — мультифизический анализ. Глобальным лидером здесь стала компания ANSYS, которая создала универсальную платформу ANSYS Workbench. Это позволило инженерам моделировать сложные системы, позволяющие одновременно учитывать несколько физических процессов, например нагрев, деформацию и вращение электродвигателя.
В результате возникла дилемма: с одной стороны, нужны мощные и точные инструменты для экспертов-расчетчиков. С другой — простые, быстрые и понятные решения для специалистов, у которых расчеты — лишь часть их основной работы. Как совместить эти два требования в одном продукте?
Российская школа CAE и курс на технологический суверенитет
В СССР и России путь был несколько иным — у нас всегда преобладала мощная математическая школа. Фундаментальные исследования в области численных методов позволили создать высокоэффективные алгоритмы, однако отсутствие удобных интерфейсов и доступных вычислительных мощностей сужало круг пользователей до ограниченной группы специалистов из НИИ и КБ.
Ситуация начала меняться, когда персональные компьютеры стали рабочим инструментом инженера. Новые отечественные программы получили современные графические пре- и постпроцессоры. Они позволили импортировать 3D-модели и имели встроенные средства для инженерного анализа.
В то же время на российском рынке огромную популярность завоевали мощные зарубежные пакеты для научной визуализации. Инженеры часто экспортировали результаты из своих расчетных программ в текстовые файлы и затем импортировали их в эти пакеты для построения качественной графики, эффективно связывая «слепые» отечественные решатели с мощными зарубежными визуализаторами.
Именно на этой волне, сочетая исторически сильные численные методы и уникальные расчетные подходы с современным графическим интерфейсом, зародился комплекс CAE Fidesys. Выросшая из научной среды механико-математического факультета МГУ компания «Фидесис» разработала мультидисциплинарный CAE-пакет, который позволяет решать широкий спектр задач — от стандартного прочностного анализа до сложных нелинейных исследований.
Сегодня CAE Fidesys — это зрелое воплощение технологического суверенитета: отечественная платформа, где проверенные временем численные методы сочетаются с интуитивным интерфейсом и модульной архитектурой. Она позволяет «расти» вместе с задачами — от простых прочностных расчетов до высокотехнологичных симуляций геомеханики и аддитивного производства (рис. 1 и 2).
Рис. 1. Вид рабочего окна CAE Fidesys
Рис. 2. Изображение препроцессора с оценкой качества сетки
Далее рассмотрим ключевые принципы и модули, делающие CAE Fidesys уникальным.
Единая платформа для разных задач и уровней подготовки
Философия продукта: CAE Fidesys изначально разрабатывался с идеей гибкости и масштабируемости. Это не просто «еще один решатель», а полноценная платформа, которая адаптируется под пользователя:
- для инженера-конструктора: CAE Fidesys предлагает интуитивно понятный интерфейс и встроенные шаблоны для типовых расчетов. Цель — быстро получить достоверный результат (например, оценить напряжения и деформации в детали), не погружаясь в глубокие теоретические исследования;
- для эксперта-расчетчика: платформа предоставляет полный доступ к настройкам решателей, возможность работы со сложными нелинейными моделями, уникальными материалами и специфическими физическими процессами. Эксперт получает полный контроль над каждым аспектом моделирования.
Принцип модульности: растите вместе с CAE Fidesys
Основа для всех — модуль Standard. Это мощное ядро, включающее всё необходимое для большинства инженерных задач:
- препроцессор: импорт и подготовка геометрии, создание качественной сетки, постановка задачи, библиотека материалов, скрипты, Python;
- решатель: линейный статический и динамический анализ, расчет на потерю устойчивости, модальный анализ, контактные задачи, широкополосная случайная вибрация, усталостная прочность, линейно-спектральный анализ;
- постпроцессор: удобная и наглядная визуализация результатов, создание отчетов.
Этого модуля достаточно для большинства типовых инженерных задач и для уверенного старта любого новичка.
Шаг вперед — специализированные модули. Когда задачи усложняются, расчетчик может «дорастить» свою версию CAE Fidesys, подключив нужные модули. Принцип аналогичен конструктору, где вы платите только за модули, которые необходимы для решения задач.
FP (Fidesys Professional)
Расширение FS с нелинейными возможностями. Добавляет геометрическую нелинейность, пластичность, сложные контактные взаимодействия, термоупругость, стационарные и переходные тепловые процессы, акустику, связанные расчеты — для сложных реальных условий эксплуатации конструкций (рис. 3).
Рис. 3. Примеры решения нелинейных задач
FIHSDF (Fidesys Impact HSDF)
Специализирован на высокоскоростном динамическом воздействии при решении задач ударов и пробития с образованием осколков. Дает возможность моделировать ударные нагрузки и быстротечные деформации с высокой точностью на основе комбинированного сеточно-бессеточного метода (рис. 4).
Рис. 4. Процесс пробития преграды с разлетом осколков
FC (Fidesys Composites)
Модуль для детальной работы с композитными и неоднородными материалами. Моделирование конструкций с применением композитных материалов с помощью многослойных ламинатных оболочек, балочных элементов, твердотельных элементов.
Построение реалистичной микроструктуры композита (волокна, матрица, пористые/тканые структуры), расчет свойств монослоя и резинокорда.
Позволяет рассчитать эффективные свойства композитов, пористых материалов (грунты/непериодические структуры), периодических аддитивных структур при малых и конечных деформациях. Идеален для проектирования изделий из углепластика, стеклопластика или анализа геологических пород (рис. 5).
Рис. 5. Использование Fidesys Composites при создании расчетной модели покрышки (гомогенизация свойств резинокорда)
FHPC (Fidesys HPC)
Модуль высокопроизводительных вычислений. Оптимизированное решение для распараллеливания вычислений с OpenMP на многопроцессорных системах, значительно ускоряющее вычислительные процессы. Позволяет задействовать все процессоры и ядра в рамках расчетного узла или сервера (рис. 6).
Рис. 6. Декомпозиция расчетной модели по ядрам процессора
FA (Fidesys Additive)
Расширение для моделирования процессов аддитивного производства (3D-печати). Позволяет рассчитывать деформации и остаточные напряжения при послойном наращивании нагретого материала с учетом тепловых процессов, начальной/остаточной температуры слоев, воксельных сеток; оптимизировать топологию геометрии пошагово для минимизации расходных материалов при сохранении прочности (в 2D/3D). Идеален для прогнозирования качества изделий из сложных материалов с нелинейными свойствами при нагреве/охлаждении (рис. 7).
Рис. 7. Примеры моделей, созданных в Fidesys Additive
FDSEM (Fidesys Dynamics SEM)
Модуль для решения задач нестационарной динамики методом спектральных элементов. Обеспечивает повышенную точность для моделирования быстропротекающих волновых процессов, таких как распространение упругих волн в различных средах. Позволяет проводить расчет при деформациях свыше 100%, а также при больших пластических деформациях с самоконтактом (рис. 8).
Рис. 8. Геомеханическое моделирование с использованием метода спектральных элементов
FM (Fidesys Materials)
Сертифицированная библиотека физико-механических свойств материалов по ПНАЭ Г-7-002-86 для проведения расчетов оборудования атомной промышленности (реакторы, парогенераторы).
Автоматизация для всех: работа со скриптами на Python
Скрипты для начинающих: не нужно быть программистом. CAE Fidesys позволяет записывать действия пользователя в виде Python-скрипта (журналирование всех операций). Сделали типовой расчет один раз вручную — получили готовый скрипт. В следующий раз достаточно запустить его, просто поменяв входные параметры (например, величину нагрузки или имя файла геометрии). Это идеальный способ автоматизировать рутину.
Скрипты для экспертов. Для продвинутых пользователей Python API открывает безграничные возможности:
- полная кастомизация: создание собственных расчетных цепочек, интеграция с другими программами (CAD, PDM);
- параметризация и оптимизация: написание скриптов для автоматического перебора сотен вариантов конструкции в поиске оптимальной;
- создание собственных «мини-приложений» на базе CAE Fidesys для решения узкоспециализированных задач компании (рис. 9).
Рис. 9. Приложения для автоматизации расчета прочности вентилятора на основе параметризованной модели
За рамками одной системы: CAE Fidesys как часть единой расчетной экосистемы
Открытость — ключ к эффективности.
Современный инженер работает не в одной, а в нескольких программах. Разработчик CAE Fidesys это понимает и не пытается «запереть» пользователя внутри себя. CAE Fidesys обладает мощными и удобными инструментами для построения сеток и визуализации данных. Вы можете:
- подготовить качественную сеточную модель в CAE Fidesys и экспортировать ее для расчета в стороннем решателе (включая Abaqus, Ansys и др.);
- провести расчет в другой CAE-системе, а результаты импортировать в CAE Fidesys для удобной визуализации, анализа и подготовки отчетов;
- обмениваться расчетными данными с другими CAE-системами.
Это позволяет использовать сильные стороны каждого продукта и встроить CAE Fidesys в уже существующие рабочие процессы без их кардинальной перестройки.
Будущее за симуляцией: генеративный дизайн и цифровые двойники
Эволюция CAE привела к появлению двух концепций, которые в корне меняют саму парадигму проектирования:
- генеративный дизайн как высшая форма автоматизации, где CAE-система не просто проверяет предложенную инженером конструкцию, а создает ее сама. Инженер задает лишь нагрузки, закрепления и свойства материала, а алгоритм, используя топологическую оптимизацию, «выращивает» оптимальную по весу и прочности форму, удаляя всё лишнее. Часто получаются структуры и детали, похожие на природные (бионические), которые невозможно было бы придумать человеку. Произвести такие сложные формы помогает аддитивное производство (3D-печать) — рис. 10;
- цифровые двойники как вершина эволюции инженерной модели. Цифровой двойник — это «живая» CAE-модель, которая связана с реальным физическим объектом через датчики (IoT) и обновляется в режиме реального времени. Это позволяет не просто спроектировать изделие, а отслеживать его состояние на протяжении всего жизненного цикла, предсказывать поломки и оптимизировать режимы работы.
Рис. 10. Пример топологической оптимизации кронштейна
CAE Fidesys активно развивается и уже поддерживает генеративный дизайн через топологическую оптимизацию и моделирование аддитивного производства, а также цифровые двойники — через интеграцию с 1D-системами и сторонними CAE за счет открытой архитектуры и мощного Python API.
Заключение: инвестиция в гибкую расчетную экосистему
Выбор CAE Fidesys — это не просто покупка лицензии. Это инвестиция в гибкую платформу, которая служит как надежным рабочим инструментом для текущих задач, так и фундаментом для построения сквозных расчетных цепочек.
Открытая архитектура и мощный API позволяет встроить CAE Fidesys в любую существующую экосистему, связав его с другими САПР и CAE-решениями. Это дает возможность использовать сильные стороны каждого продукта, обеспечивая технологический суверенитет и непрерывный рост компетенций. Платформа служит «точкой входа» в мир расчетов для новичков, надежным инструментом для опытных инженеров и мощной средой для инноваций в руках экспертов, позволяя решать задачи будущего, будь то генеративный дизайн или создание цифровых двойников.
Источник: Журнал "САПР и Графика", №4 - 2026
