FastCAE是一个强大的开源计算机辅助工程软件，基于OpenCASCADE库进行几何建模，利用OpenGL实现高性能的图形渲染，并集成了OpenFOAM、Code_Aster等求解器，可实现对多种物理现象的求解。它支持有限元法和体网格方法，能处理各种类型的边界条件和材料模型，内部的自动化网格划分功能提高了预处理效率，还具有结果后处理能力，包括数据可视化和统计分析。FastCAE采用Qt作为界面框架，提供直观易用的图形用户界面，支持Windows、Linux、macOS等多种操作系统。
FastCAE是一款由国内团队打造的开源计算机辅助工程（CAE）集成开发平台，以下是对它的详细介绍：
采用BSD3开源协议，用户可免费使用该框架，并且鼓励衍生软件商业化。
一、核心功能
标准化数据接口：定义了一套规范的数据交换标准，使各种求解器和前后处理模块能够无缝对接，方便用户集成不同的工具和算法。
插件开发友好：支持开发者以插件的形式添加新的求解算法、前处理或后处理功能，大大提升了软件的扩展性，用户可以根据自身需求灵活扩展软件功能。
图形用户界面：提供直观易用的GUI，简化了几何建模、网格生成、边界条件设置等繁琐步骤，降低了用户的操作门槛，提高了工作效率。
集成解决方案：自带全面的几何编辑、网格划分、结果可视化工具以及丰富的材料库，覆盖了从前期准备到后期分析的全流程需求，为用户提供了一站式的CAE解决方案。
兼容性强大：不仅能整合自主研发的求解程序，也能轻易接入市面上主流的第三方CAE工具，使用户可以充分利用现有的资源，实现不同软件之间的协同工作。
二、使用
1.适用对象
研究人员：适用于大型CAE软件研究项目，可通过统一标准化平台实现多团队协作，达到多求解器和功能模块解耦开发的目标。
开发人员：对于自研专用CAE求解程序的开发人员，能够帮助其定制专业的交互界面、集成前后处理模块、License授权等模块，实现产品快速迭代。
商业团队：拥有CAE行业客户资源的商业团队，可基于FastCAE为客户提供CAE软件集成定制服务，提高服务效率，降低成本。
2.使用方式
集成/拓展方式（“所见即所得”的定制）：通过Designer无需编写代码即可实现定制菜单、工具栏、参数输入界面以及后处理等功能的个性化定制，适用于搭建软件原型、辅助求解器测试、自研计算程序封装等情境。
集成/拓展方式（Python拓展）：用户可直接基于Python语言对平台的功能进行调用与开发拓展，具有简单易学、资源丰富等优点，适用于集成其他语言功能模块、对使用便利性要求不高以及对FastCAE进行功能拓展等情况。
集成/拓展方式（插件拓展）：用户可基于开放的插件开发接口对原有的程序进行拓展或搭建自己的功能应用，其本质是动态库，可基于平台业务逻辑实现指定功能并开发独立平台。
三、关键技术和框架
1.主要技术框架与库
Qt框架：用于构建图形用户界面，为用户提供直观、便捷的操作环境，方便用户进行各种参数设置、模型构建和结果查看等操作。
VTK（Visualization Toolkit）：作为强大的可视化工具库，负责图形渲染与交互操作，支持多种可视化功能的实现，如绘制二维曲线、云图、矢量图、动画等，以及图像切割、对称、等值面提取、流线等高级功能，能够将仿真结果以直观的图形化方式展示给用户。
OpenCASCADE：主要用于几何建模和处理，提供了丰富的几何操作功能，可实现快速几何体建模、特征操作、平面草绘等基础功能，以及通用几何文件导出、工程文件保存、无限步骤撤销重做及编辑修改等高级功能，帮助用户高效地创建和编辑几何模型。
CMake：用于项目的构建和配置管理，支持跨平台编译，能够方便地生成适用于不同操作系统的可执行文件，提高了软件的可移植性和兼容性 。
2.功能模块架构
几何建模与可视化交互模块：采用VTK进行图形渲染与交互操作，已实现多种三维特征建模与操作以及简单草图功能，还提供标准接口可集成任意几何引擎，默认集成OCC开源几何引擎，也可根据需要集成商业或其他开源几何引擎。
网格剖分与可视化交互功能模块：同样基于VTK实现网格的统一显示模式与多种选取交互模式，并支持多种格式网格文件的导入导出，还开辟了接口以便快速集成不同网格划分程序，默认集成GMSH开元网格引擎，也可按需集成其他引擎。
基于组件的工程数据管理模块：支持.cgns、.msh、.inp等格式文件导入，可新建与删除组件，管理材料与材料库、边界条件及其他仿真参数设定。
求解器动态集成模块：支持自研求解器集成和第三方商业或开源CAE软件集成，提供可视化配置方式和标准输入输出文件集成自研求解程序，也可通过二次开发接口集成复杂的自研求解器和第三方CAE软件。
后处理与可视化交互模块：基于VTK图像库开发了二维、三维结果可视化功能，可绘制二维曲线、云图、矢量图、动画等，还具有图像切割、对称、等值面提取、流线等功能，另外包括VR可视化模块和几何数值耦合运动模块等高级功能，并且支持多种格式文件及数据格式结果文件的集成。
全流程脚本控制模块：采用C++语言开发，核心功能封装Python接口，模块间通过Python调用，降低耦合，用户可根据需要调用不同粒度的功能接口，实现自动化仿真流程。
3.拓展架构
用户界面定制：包括Designer所见即所得模式、基于Python流程定制模式、基于API深度二次开发模式，用户可根据自身需求和开发能力选择合适的方式来定制个性化的用户界面。
核心功能拓展：涵盖几何建模引擎拓展、计算求解程序拓展、网格划分引擎扩展、可视化程序拓展以及其他工具程序扩展等，方便用户根据具体的应用场景和功能需求，对平台的核心功能进行灵活扩展和定制。
四、不足之处
1.技术支持与文档方面
技术支持有限：与商业软件相比，FastCAE开源社区的技术支持力量相对薄弱。虽然有社区论坛和开发者交流渠道，但对于复杂问题的及时响应和深度解决能力有限。例如，一些小众或特定场景下出现的问题，可能无法得到快速有效的解答，导致用户在使用过程中遇到困难时，解决问题的时间成本增加 。
文档不够完善：其文档可能存在不够详细、全面的情况，对于新手来说，快速上手和深入理解软件的功能及使用方法会有一定难度。比如在一些高级功能的介绍和操作指南上，可能缺乏足够的示例和详细说明，使得用户在尝试使用这些功能时容易出现困惑。
2.功能完整性方面
特定领域功能深度不足：尽管FastCAE覆盖了计算机辅助工程的多个环节，但在某些特定的专业领域或复杂的工程分析场景下，其功能可能相对有限。例如，在一些高端的航空航天、汽车发动机等复杂系统的仿真分析中，与专业的商业CAE软件相比，可能在模型精度、物理场耦合分析等方面存在一定差距，无法满足对高精度、高复杂度仿真的需求。
插件生态有待丰富：虽然支持插件开发，但目前插件的数量和种类相对较少，与一些成熟的商业软件相比，其插件生态系统还不够完善。这意味着用户在某些特定需求下，可能难以找到合适的插件来扩展软件的功能，从而限制了软件在一些个性化、专业化场景下的应用。
3.性能与稳定性方面
大规模数据处理性能有待提升：在处理大规模的工程数据和复杂模型时，FastCAE的性能可能会受到一定限制，运行速度相对较慢，甚至可能出现卡顿、内存泄漏等问题。例如，在进行大规模有限元分析或复杂流体动力学仿真时，随着模型规模的增大和数据量的增加，软件的响应时间可能会显著延长，影响工作效率 。
稳定性不足：作为开源软件，由于其开发和维护的开放性，可能存在一些潜在的稳定性风险。不同开发者提交的代码质量和兼容性可能存在差异，导致软件在某些情况下出现意外崩溃或错误的概率相对较高。此外，在与一些第三方软件或硬件的集成过程中，也可能会出现兼容性问题，影响软件的正常使用。
4.易用性方面
用户界面友好度欠佳：与一些商业CAE软件相比，FastCAE的用户界面可能不够直观、简洁，操作流程相对复杂。对于没有深厚技术背景的用户来说，学习和适应软件的操作方式需要一定的时间和精力，这在一定程度上影响了软件的易用性和用户体验。
工作流程自动化程度较低：虽然提供了脚本控制等功能，但在一些复杂的工程分析流程中，其自动化程度相对较低，仍需要用户进行较多的手动操作和参数设置。这对于需要频繁进行重复性分析工作的用户来说，会增加工作负担，降低工作效率。
五、应用领域
航空航天领域：
飞行器设计：用于分析飞行器的结构强度、气动性能、飞行稳定性等。例如，通过模拟飞机在不同飞行条件下的气流分布和压力变化，优化机翼、机身等部件的外形设计，以提高飞行效率和降低能耗 。
发动机研发：对航空发动机的燃烧过程、热管理、涡轮叶片的应力和振动等进行仿真，帮助工程师改进发动机的性能和可靠性，确保发动机在高温、高压等极端条件下的稳定运行。
汽车工业领域：
汽车整车性能分析：可模拟汽车在行驶过程中的动力学性能，如加速、制动、转向等，以及车身的结构强度和碰撞安全性，为汽车的整体设计和优化提供依据，提升汽车的性能和安全性 。
发动机与动力系统设计：用于研究发动机的燃烧效率、进排气系统的流动特性、传动系统的受力分析等，助力工程师优化发动机和动力系统的设计，提高燃油经济性和动力输出。
零部件设计与优化：对汽车的底盘、悬挂、车架等零部件进行强度、刚度和疲劳寿命分析，以及对内饰件的声学性能、热舒适性等进行仿真，实现零部件的轻量化设计和性能优化。
机械制造领域：
机械零件设计与验证：帮助工程师对各类机械零件进行强度、稳定性、振动等方面的分析，确保零件在工作条件下的可靠性和耐久性。例如，对齿轮、轴、螺栓等零件的受力分析和优化设计 。
制造工艺仿真：模拟机械加工过程中的切削力、温度分布、应力应变等，优化加工工艺参数，提高加工精度和表面质量，减少加工缺陷和废品率。还可用于铸造、锻造、焊接等工艺的模拟，预测工艺缺陷，优化工艺方案。
船舶制造领域：
船舶结构设计：对船舶的船体结构进行强度、稳定性和疲劳分析，评估船舶在不同工况下的受力情况，确保船舶结构的安全性和可靠性。同时，可优化船体结构的重量分布，提高船舶的载货能力和航行性能。
船舶流体动力学分析：用于模拟船舶在水中的航行姿态、阻力特性、推进效率等，为船舶的线型设计、螺旋桨设计和动力配置提供技术支持，降低船舶的能耗和运营成本。
电子设备领域：
电子元件热管理：随着电子设备的小型化和高性能化，散热问题日益突出。FastCAE可用于模拟电子元件的热传导、热对流和热辐射过程，优化散热结构和散热方案，确保电子元件在正常工作温度范围内，提高设备的可靠性和使用寿命。
电磁兼容性分析：在电子设备的设计阶段，通过电磁仿真分析，预测设备内部和外部的电磁干扰和电磁兼容性问题，采取相应的屏蔽、滤波等措施，保证设备的正常运行和电磁兼容性符合标准要求。
能源领域：
新能源开发与利用：在风能、太阳能、核能等新能源领域，FastCAE可用于模拟风力发电机的叶片气动性能、太阳能电池板的热特性、核反应堆的热工水力特性等，为新能源设备的设计和优化提供技术支持，提高新能源的利用效率和安全性。
传统能源设备优化：对于石油、天然气等传统能源开采和加工设备，如钻井平台、油气管道、炼油装置等，进行结构强度、流体流动、传热传质等方面的仿真分析，优化设备的设计和运行参数，提高设备的可靠性和生产效率，降低能源消耗和环境污染。
材料科学领域：
材料性能研究：通过模拟材料在不同加载条件下的力学行为、热学性能、微观结构演变等，深入了解材料的性能特点和失效机制，为新材料的研发和性能优化提供理论支持。
材料加工工艺模拟：对材料的加工过程，如轧制、挤压、热处理等进行仿真，预测材料的变形规律、组织变化和性能演变，优化加工工艺参数，提高材料的加工质量和性能。
