激光束熔化 (LBM) 技术可以在不浪费材料的情况下制造复杂的金属零件，并在航空航天等行业得到应用。然而，该过程本质上是一种微焊接过程，热机械现象起着重要作用。熔化材料产生的热量必须消散，并且焊接路径收缩产生的力必须得到补偿。为了保持温度并使零件附着在打印板上，需要在零件上添加额外的支撑几何形状。这不仅增加了材料的使用，而且还需要额外的后处理。过程稳定性在很大程度上取决于支撑结构。如果支撑不够坚固或不能有效导热，零件的质量和形状可能会偏离预期结果。在此过程中支撑物破裂可能会导致流程中止，从而可能使每个零件的成本增加一倍，特别是对于首次打印的零件。

DSA 是一家海洋工程咨询和软件公司，在为船舶和海洋结构创建高质量的水动力网格和模型方面面临着重大挑战。在 CAD 软件中创建高质量网格的任务是一项复杂的任务，因为网格通常不能很好地适应流体动力学解决方案，而流体动力学解决方案需要封闭表面来解决流体动力学效应，例如非线性流体静力学和 BEM 解决方案。为了建立精确的船舶流体动力学模型，DSA 的软件之一 ShipMo3D 需要开发船体网格。这可以通过创建船体线或导入使用第三方软件创建的 OBJ 网格文件来实现。然而，这两种方法都很耗时，并且常常会导致网格不够理想。

Trèves Products Services & Innovation 是一家领先的降低噪声、振动和声振粗糙度 (NVH) 零件的一级供应商，在缩短零件设计和交货时间方面面临着挑战。传统方法需要对真实零件进行昂贵且耗时的物理测试，以考虑其多层排列和变化的厚度。这些模型的输入参数也需要随时可用。此外，模型必须范围全面且易于实施。预计到 2024 年，路过噪声排放限制将从 70 分贝降低至 68 分贝，因此准确预测噪声水平的能力变得至关重要。面临的挑战是用数值建模代替物理测试，以满足客户期望和监管要求。

向电动汽车的转变给汽车行业带来了巨大的压力，要求其开发更可持续、更实惠的交通解决方案。这导致人们热衷于产品电气化，并与与内燃机车型性能相匹配的电动汽车竞争。 EVR Motors Ltd. 是一家以色列公司，致力于设计和开发经济高效的径向磁通永磁 (PM) 电机，该公司面临着独特的挑战。几十年来，电动汽车电机一直使用相同的拓扑进行优化，称为径向磁通永磁电机拓扑 (RFPM)。然而，EVR 选择采取不同的方法。他们没有优化现有技术，而是决定发明一种新的拓扑结构，并为电动汽车行业开发一种全新类型的电机，称为梯形定子 RFPM 拓扑结构。由于 EVR 拓扑的基础不同于其他众所周知的电机拓扑，因此多物理场和优化工具的使用非常重要。因此，团队需要一个可靠、强大的模拟工具。

CEA Tech 是法国替代能源和原子能委员会的技术研究单位，是小型化技术的全球领导者。作为研发中心，他们开发需要强大计算基础设施的先进技术。他们使用来自多家代工厂的各种工艺设计套件 (PDK) 进行研发设计，其中包括复杂的数字片上系统 (SoC)、射频电路以及模拟和混合信号芯片。 EDA 许可证在整个设计流程中使用，计算作业在运行时间和内存占用方面有所不同。先进节点电路的设计流程非常复杂，因此管理许可证和作业调度以缩短设计周期至关重要。 CEA Tech 需要提高许可证利用率并确保快速释放许可证以供排队作业使用。

Bush Bohlman & Partners 是一家结构工程设计公司，负责不列颠哥伦比亚理工学院 (BCIT) 学生广场的结构分析和木材设计。该结构将作为该研究所的行人和公共交通用户网关，需要通过亲生命的设计和对可持续建筑实践的明显支持来建立强大的校园形象。混合体量木结构由交叉层压木 (CLT) 顶篷、CLT 柱和钢柱组成。行人舒适走道需要满足可持续性、可靠性和结构设计要求。该结构包括斜屋顶、屋顶 CLT 面板上的天窗开口以及由 CLT 和空心结构钢建造的支撑柱。工程师需要维持当前的结构模型，应用当地的木材设计规范，并分析悬臂屋顶板和不规则柱布局的复杂双向弯曲行为。

汽车、重型设备和航空航天行业在验证车辆要求、开发设计参数以及向管理层提供实时项目状态方面面临着重大挑战。在 Word 文档中捕获需求的传统方法既耗时又低效。此外，使用企业燃油经济性预测软件和电池方程验证这些要求的过程很复杂，并且需要高水平的专业知识。此外，设置车身弯曲和扭转模式固有频率目标以满足计划目标是一项需要精度和准确性的关键任务。该挑战还涉及使用粗略几何模型进行动态有限元分析，这需要将需求和工作请求传输给 CAE 团队。完成后，需要返回结果并自动更新状态，这个过程可能容易出现延迟和不准确。

弹性联轴器经常用于汽车、电力和制造等行业，由于其非线性特性、相对旋转和径向载荷的大循环次数，提出了独特的挑战。这些特性不允许使用载荷叠加原理，这意味着必须单独考虑每种可能的载荷组合（轴向力、径向力和扭转扭矩）。这会导致大量的载荷工况，从而导致大量的强度评估。对单个单位载荷产生的叠加应力状态进行简单评估会导致错误结果，可能会显示比实际情况更高的部件强度，从而导致零件失效。因此，必须模拟所有载荷组合，并随后根据疲劳强度进行相应评估。

总部位于墨西哥城的家电制造商 Mabe 最近推出了一款高端洗衣机，可生成 20 多个信号来测量水温、水位、振动、扭矩、噪音、压力、转子位置等各种参数。智能互联产品使 Mabe 的产品团队能够分析实时流传感器数据，以了解服务中的用例并预测潜在的故障。它还使他们能够汇总和分析长时间从许多在用机器收集的数据，为下一代设计改进、材料选择以及子组件和组件的供应商选择提供信息。然而，Mabe 面临着高效、自动管理大量数据的挑战，包括其速度和复杂性。

联合利华是消费品行业的全球领导者，一直在寻求保持其在男性美容市场创新优势的方法。该公司特别注重将其 Lynx (Axe) 品牌与竞争对手区分开来。面临的挑战是采用模拟和分析方法来设计新的除臭剂包装概念。然而，联合利华缺乏内部分析工程师团队，需要一个开发合作伙伴来协助新罐的设计和测试。

The Electric Storage Company 是一家总部位于北爱尔兰的公司，利用电池存储和物联网技术管理可再生能源的家庭电力。他们的客户范围从贝尔法斯特港、泰坦尼克工作室和哈兰德与沃尔夫造船厂等大型工业企业到住宅客户，包括居住在公共住房项目中的客户。挑战在于管理各种基本负载和间歇性可再生能源。这需要能够摄取、处理和分析来自电网和数千台设备的高频信息。该公司需要实时洞察能源市场、电网、电池系统和发电设施，以及客户级的电力消耗模式。了解消耗和发电趋势对于优化电力路由和电池存储并确保售回电网或在公开市场上获得尽可能最佳的价格至关重要。

航空航天业不断寻求改进飞机设计和制造工艺的方法。挑战在于减轻部件和结构的重量，以提高燃油效率和乘客舒适度。采用层压复合材料等先进材料是实现这些目标的关键策略。然而，这些复合材料的设计和建模过程可能非常复杂且耗时。此外，该行业还面临着对现代结构建模和自动化设计流程的需求，以及对精确应力、机制和脆弱性模拟的需求。该行业还需要满足严格的安全和性能要求，同时实现时间效率、成本降低和质量提高。

ACENTISS 是一家为金属和复合结构的结构设计、应力和疲劳能力提供工程服务的公司，其任务是开发全电动技术演示飞机 ELIAS。该项目名为“EUROPAS”，需要开发完整的电力侦察系统、数据链和地面控制站。此外，ACENTISS 还必须设计机翼和起落架的结构。我们面临的挑战是制造一架可以长距离飞行的轻型飞机，同时将开发时间和成本降至最低。为了实现重量、强度和性能之间的最佳平衡，并减少实际原型的设计迭代，ACENTISS 需要利用计算机辅助工程工具，特别是复合材料机翼的结构布局和起落架的运动学。

Steve McGugan 是丹麦一位屡获殊荣的工业设计师，他面临着使用 3D 建模和设计工具设计和建模复杂产品的挑战。 Steve 在产品设计的各个领域拥有 30 多年的经验，他需要一款可以在他的 Mac 计算机上运行的灵活高效的 3D 建模软件。他最初选择的基于 CAD 的平台是实体建模器，并使用了很多年。然而，大约十年前，他发现它不再足够灵活，无法满足他的需求。市场上充斥着许多基于 Windows 的机器，他认为这些机器缺乏美感。他需要一个不仅能满足他的设计需求，还能符合他的审美偏好的解决方案。

Amcor Rigid Plastics 是各个包装领域的领先产品供应商，在保持包装性能、环境影响和货架吸引力之间保持平衡，同时将成本保持在最低限度方面面临着挑战。该公司面临着创造更环保产品的压力。 Amcor 还寻求创新且轻便的容器设计，既美观又易于消费者操作，同时又不影响质量、性能或安全性。该公司使用 Altair 的 HyperWorks 套件为 CAD 团队的概念设计创建精确的有限元模型，以评估其在虚拟世界中的表现。然而，他们希望探索加速与新包装产品开发相关的工程和分析任务的方法。用于研究新包装设计在各种负载和冲击场景下的性能的虚拟测试过程消耗了模拟团队的大量时间。

HardMarque 是一家数字设计和制造工作室，面临着重新构想当前活塞设计流程的挑战。我们的目标是制造出一种不仅比当前版本更轻而且同样坚固的活塞。这是一个重大挑战，因为它需要在减轻重量和维持强度之间取得平衡，而这是汽车发动机性能和效率的关键因素。挑战还延伸到新设计与增材制造设备的集成，这一过程需要精度以及与所选材料钛的兼容性。

SEGULA Technologies 是一家国际工程咨询公司，在管理和监控整个企业内的各种商业软件许可证方面面临着重大挑战。作为工程服务提供商，该公司广泛使用计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助设计（CAD）和其他商业开发软件。这些软件工具的使用各不相同，其中一些工具的使用频率比其他工具高。然而，所有工具都可以用于某些项目。该公司需要有效管理软件使用的高峰和低谷。在实施解决方案之前，每个业务部门都会根据主观数据评估其软件需求，从而导致效率低下以及潜在的许可证过度使用或使用不足的情况。该公司寻求一种解决方案来优化软件使用、改进软件更新和采购决策以及更好地管理其 IT 预算。

Euro-Pro 是一家快速发展的消费品制造商，在产品开发过程中面临着挑战。该公司的产品开发严重依赖物理原型测试，这种测试既耗时又昂贵，而且往往无法全面了解跌落或冲击等测试过程中的产品行为。该公司希望增加模拟的使用，以对难以或不可能进行物理测试的场景（例如内部结构故障）进行更深入的分析。目标是更准确地识别产品故障的根本原因，并为工程和产品设计团队提供更好的指导。该公司还计划在将材料引入下一代产品之前对其进行测试，希望在市场吸引力、质量、可靠性和耐用性方面对整个产品组合方向产生积极影响。

斯堪尼亚是一家国际商用车和发动机制造商，面临着加快设计和开发流程以生产更轻但结构和功能高效的组件设计的挑战。汽车和商用车行业在将新产品推向市场时面临着许多挑战，包括二氧化碳排放法规和客户对更高效车辆的需求。该市场还存在较高的竞争和定价压力，迫使开发团队加快开发进程，以缩短上市时间。斯堪尼亚的传统流程涉及原型的物理测试，这导致设计和工程部门之间存在许多迭代循环，从而减慢了开发流程。

焊接变形是钢板产品制造中的一个重要问题，尤其是在公差严格且复杂的高性能部件已成为常态的汽车行业。焊缝冷却引起的收缩导致变形严重到需要额外的工艺来重新获得丢失的几何形状。零件的焊接顺序很大程度上影响零件的变形，因为刚度会根据已执行的焊接而显着变化。 Gestamp Tallent Ltd 是世界一流的尖端汽车产品设计者、开发商和制造商，面临着准确预测焊接变形并优化焊接图案以减少变形的挑战。他们使用 BMW MINI 前副车架塔来演示焊接变形优化方法。由于其又高又薄的尺寸，该塔特别容易变形。

Scania CV AB 是一家领先的卡车和客车制造商，在准确模拟卡车驾驶室内的吱吱声和嘎嘎声方面面临着挑战。吱吱声和嘎嘎声是当组件的两个部件由于特定的激励负载而相对运动时观察到的两种现象。在汽车行业，研究这些现象是为了降低车内噪音并提高乘员的乘坐质量和舒适度。历史上，斯堪尼亚的客舱开发部门并未进行过此类模拟。该团队必须依靠公差计算和材料选择来降低吱吱声和嘎嘎声的风险。当第一个原型可用时，进行了迭代来修复和纠正最终设计以解决噪声问题。为了缩短开发时间并减少迭代变更，需要一种能够在客舱开发周期的早期阶段实现仿真驱动设计流程的解决方案。

LabDORA 背后的著名建筑师 Peter Macapia 面临的挑战是改变人们对建筑物的外观以及它们如何影响环境的看法和信念。他试图探索建筑设计的新领域，同时运用建筑和工程原理来产生全新的见解和结构类型。 Macapia 的早期工作基于日本 20 世纪 60 年代和 70 年代开始的研究，该研究产生了结构形态学的遗传型算法。然而，按照今天的标准，这些早期的计算方法的适用性还很原始。 2010 年，当 Macapia 为洛杉矶南加州建筑学院 (SCI-Arc) 准备课程时，向 SolidThinking Inspire 介绍了 SolidThinking Inspire，此时他对自己领域的可能性的看法发生了重大变化。

Beta Epsilon 是一家专门为汽车赛车提供商和赛车公司提供赛车和工程服务的设计公司，在开发过程中面临着重大挑战。该公司负责广泛的工程任务，包括零部件和整车的网格划分、零部件的 FEA 分析、碰撞测试模拟、优化和 CFD 分析。在设计一辆完整的赛车时，工程师会设计和优化车辆的每一个部件，模拟碰撞测试，模拟汽车的CFD性能，并在他们或客户开始生产或建造之前推动FIA认证测试一个原型。为了处理所有这些任务，Beta Epsilon 需要灵活且经济高效地访问多种 CAE 工具，其中一些工具的使用频率高于其他工具。然而，由于需要最大限度地降低开发成本，以有竞争力的价格为客户提供服务，因此投资每个所需工具的每个完整许可证是不可行的。

Sundog Eyewear 是一家致力于提供高品质创新眼镜的公司，面临着从传统 2D 草图流程过渡到现代 3D 建模方法的挑战。该公司需要捕捉生产设计的所有细节，这对于他们现有的 2D 草图流程来说很困难。面临的挑战是找到一种工具，可以帮助他们通过逼真的渲染可视化新产品、探索造型替代方案并导出数字模型。该工具还需要用户友好并与公司熟悉的苹果机器兼容。 Sundog Eyewear 的创意总监 Michal Hrk 拥有多年的广告和平面设计经验，但没有正式的 3D 建模经验，他的任务是寻找解决方案。

Monash Motorsport 是莫纳什大学的一个学生运营组织，自 2000 年首次举办澳大利亚 SAE 学生赛车比赛以来，一直在不断提高赛车的性能。该团队在 2013 年底面临着新的重量和性能挑战。旨在开发更快、更轻、更具创新性的赛车，同时控制开发时间和成本。 3D 打印的发展带来了一项新技术，可以帮助他们制造更轻的汽车。然而，这也带来了新的开发挑战，因为 3D 打印组件的好坏取决于其设计。该团队必须进行优化，以找到组件中理想的材料分布，同时考虑增材制造技术的额外制造限制。

马勒是一家领先的汽车系统供应商，在确保仿真结果报告一致、全面且更易于执行方面面临着挑战。该公司对活塞、连杆和销进行模拟，其中活塞代表了该小组的大部分工作。活塞的复杂性必须承受高温和巨大的惯性载荷，这在设计过程中引入了许多变量。六名不同的工程师创建的报告略有不同，导致向客户讲述模拟故事的方式有所不同。模拟要回答的主要问题是活塞是否能够通过发动机测试。这些测试非常昂贵，预生产活塞在放入发动机之前需要进行测试，以节省物理测试成本并实现更多设计迭代。轻质活塞、高效发动机、高负载四缸发动机、更多的可变性和不同的材料等因素进一步增加了评估的复杂性。

AAM 是一家全球汽车传动系统供应商，面临着重新设计汽车运输车的挑战，其重量和材料用量均低于原来的汽车运输车。该公司总部位于密歇根州底特律，在 13 个不同国家设有办事处，专门从事车轴、底盘模块、传动轴、变速箱零件和金属成型产品的设计和制造。我们面临的挑战是创造一种轻量化设计，不仅可以提高性能，还可以提高效率和燃油经济性，这在汽车市场中尤为重要。

Lockheed Martin 是一家全球安全和航空航天公司，面临着在多级安全环境中管理高性能计算 (HPC) 资源的挑战。该公司使用红帽企业 Linux 6 跨域系统 (CDS) 配置为政府配置系统，以实现多级安全 (MLS)。这种配置允许不同安全级别的用户和数据共享相同的资源，这对于美国军事和情报界特别有用。然而，由于不同安全级别的用户共享系统，Lockheed Martin 需要部署一个能够在 MLS Red Hat Enterprise Linux 环境中运行的资源调度程序。这将在设置队列和作业优先级、提供自动记帐信息以及提供许多其他功能来帮助每个用户在适当的时间和以适当的优先级完成其运行方面提供最大的灵活性。

西北大学集成设计自动化实验室（IDEAL）的任务是实施一系列工程设计课程。面临的挑战是整合建模、仿真和优化等计算设计方法，这些方法在工程设计决策中变得越来越重要。创建和评估设计备选方案的过程通常涉及从许多备选方案中选择首选设计，如果没有计算方法的帮助，这项任务可能会很困难甚至不可能。因此，对于工程设计学生来说，接触计算工具至关重要，这将使他们在完成设计项目时做出合理的设计判断。这些课程还需要将设计决策方法应用于工业问题，为工程专业的学生提供在其职业生涯后期处理现实世界设计问题所需的经验。

该案例研究强调了公司在管理计算机辅助工程 (CAE) 数据时面临的三个主要挑战。第一个挑战是需要一个中心位置，所有 CAE 用户都可以在该位置管理企业内的数据，以便轻松检索和从 CAD 到 CAE、所有版本的 CAE 到最终报告的完整可追溯性。第二个挑战是不同工程师使用的方法缺乏标准化、员工离职时知识的损失以及流程的手动性质。第三个挑战是跟踪 CAD 和 CAE 模型的版本以及在全球范围内分发项目数据的难度，特别是对于在不同地理位置拥有多个开发组织的公司而言。