密歇根巴哈赛车队（MBR）是一支参加北美巴哈 SAE 校际比赛的大学车队，在设计一款有竞争力的越野赛车时面临着重大挑战。该团队必须制造出一种足够轻且灵活的车辆，能够满足加速、机动性和爬坡活动的需要，同时也足够耐用，能够承受悬架和牵引力 (S&T) 以及耐力赛。设计过程需要创新的解决方案来减轻质量，同时保持强度，确保车辆能够尽可能快地行驶尽可能长时间。更复杂的是，该团队从规则手册到制造车辆的时间紧迫，只有六个月，几乎没有留下原型和测试的空间，也没有出现严重设计错误的空间。

Rimac Automobili 是一家为全球汽车公司提供电气化系统的领先开发商和制造商，在 Rimac C-Two（汽车行业最大的单一碳纤维部件）的单体壳结构设计方面面临着重大挑战。主要的挑战是材料，一种用环氧树脂增强的轻质碳纤维。由于这种碳纤维是一种正交各向异性脆性材料，因此在有限元 (FE) 材料卡中表示它非常困难。设计电动汽车时最重要的参数之一是重量。车辆越轻，车辆续航里程就越多，这可以导致电动汽车的接受度更高。 Rimac 工程师在其概念超级跑车 C_Two 的开发过程中采用轻量化方法，其任务是将单体壳设计为具有前所未有尺寸的单一碳纤维部件。

雷诺日产三菱联盟是雷诺、日产和三菱汽车之间的战略合作伙伴关系，在减轻车辆重量以保持汽车行业竞争力方面面临着重大挑战。该公司的目标是通过将新的、更轻的铝材料与拓扑优化相结合来减少底盘部件的质量。然而，有限元分析等传统模拟方法虽然有助于开发更轻、价格实惠的汽车，但非常耗时。该公司需要一种新的、易于使用的仿真工具，使非专家、兼职分析师和设计师能够在雷诺汽车底盘项目和生产线工装项目的早期设计阶段获得见解和准确的结果。输送机。我们面临的挑战是找到一种解决方案，可以缩短产品开发的交付时间，并与公司计划“FAST”（面向未来的大规模转型）保持一致。

以色列初创公司 MDGo 面临的挑战是开发一种系统，可以自动向急救人员和医院发出有关事故的警报，并提供有关潜在伤害的详细报告。目标是减少车祸后几小时和几天内发生的死亡人数，研究显示，这可能占所有车祸死亡人数的 44%。该系统需要提供有关受害者受伤情况的实时详细信息，以帮助急救人员做出明智的决定。然而，为这样一个系统获取必要的数据是一个挑战。物理碰撞测试虽然有用，但不够多样化并且由法规定义。此外，进行大量的物理碰撞测试成本高昂。

Talaria 是一家由代尔夫特理工大学学生创立的初创公司，正在开发用于个人空中移动 (PAM) 的新型机载解决方案。该团队正在开发一种电动 PAM，可以在城市环境中垂直起飞和降落。该团队面临的主要挑战是减轻重量和加快生产过程。所有部件的重量对飞行性能和航程都有重大影响。因此，Talaria 旨在优化四个转子叶片的轮毂，以减轻设备的整体重量。面临的挑战是减少独特组件的重量和数量，同时确保更快的生产过程的可行性和安全性。选择的制造方法是 3D 打印，这提出了独特的挑战，因为这在航空业的关键部件中并不常见。

南非航空制造解决方案提供商 Aerosud 和南非科学与工业研究委员会 (CSIR) 于 2011 年启动了一项具有挑战性的 3D 打印项目 Aeroswift。该项目旨在释放不断增长的增材制造 (AM) 行业的潜力，提高市场竞争力，为南非金属增材制造提供独特的竞争优势。面临的挑战是在 Aeroswift 打印机上构建大型金属无人机 (UAV) 框架，同时提高买飞比并减少开发时间和浪费。 Aeroswift 系统能够打印比以往更大的零件，并且速度比任何其他商用激光熔化机快十倍。然而，为了充分利用其能力，Aeroswift 需要一种设计大型增材制造产品的方法。

圣贝纳迪诺县学校系统为 40 个学区提供服务并支持 K-12 学校、社区学院和职业项目，该系统一直在努力有效整合数据并提供报告，以遵守《平价医疗法案》和其他新法规。学校系统还需要不断响应临时信息请求。新的工资报告要求使情况进一步复杂化，因为系统难以整合必要的数据。成本高昂的薪资系统升级和耗时的手动工作不在预算之内。技术部门需要不断快速响应临时信息请求，例如增加健康福利的预算影响，或特定月份雇用的代课教师数量。

西悉尼太阳能团队的任务是设计最高效、最符合空气动力学的单座太阳能汽车，同时确保驾驶员安全并遵守级别规则。该团队对太阳能汽车车身形状进行了预定设计，并进行了优化，主要重点是减少空气动力阻力。然而，他们在现有设计中优化汽车的硬壳式底盘、舱壁结构和电机外壳方面面临着挑战。他们还必须遵守级别规则中规定的严格设计负载情况以及最小重力强度要求，以确保驾驶员安全。此外，他们还必须设计和优化防滚架，以安全地容纳驾驶员。该团队获得了汽车的几何模型，其中列出了底盘和结构，但没有防滚架的设计。

密歇根工程服务有限责任公司 (MES) 是一家专门从事商业软件和工程模拟先进技术的研发公司，面临着来自汽车公司的挑战。这些公司需要控制由于电机、发动机、变速箱和轮胎等外部来源而在车辆内部产生的空气噪声。目标是以最小的成本和重量损失实现最少的噪音。面临的挑战是，用于模拟高达 8KHz 至 10KHz（空气噪声的典型上限频率）的传统有限元分析 (FEA) 方法要么计算成本昂贵，要么由于建模所需的有限元尺寸较小而不可行车辆在如此高的频率下。

Shiva Tool Tech 是一家位于印度浦那的汽车制造公司，专门设计和制造重力压铸 (GDC)、低压压铸 (LPDC) 和高压压铸 (HPDC) 模具。该公司为客户提供从制造工艺设计到生产阶段的支持。然而，该公司在获得无缺陷模具设计方面面临挑战。铸造模具设计是根据多年从客户处获得的组件经验（以计算机辅助设计 (CAD) 和工程草案的形式）开发的。一旦设计好铸件模具，就会在他们的工厂制造和组装。然后将模具发送给客户进行物理铸造试验。用新模具制造的铸件被送回 Shiva Tool Tech，并附上检查报告和发现的缺陷。然后修改模具设计以消除缺陷。整个过程大约需要 3-4 次物理迭代才能获得无缺陷的模具设计。该公司意识到仿真软件在优化设计和制造流程以节省时间和金钱方面的价值。然而，外包模拟既昂贵又耗时。

该案例研究提出了公司在复合材料设计和制造领域面临的几个挑战。第一个挑战是准确地表示复合材料的行为并从多种可能性中选择最佳选择。第二个挑战是生成伤口部件的真实有限元模型。第三个挑战是执行全局模拟，其中包括较小规模的精细区域。第四个挑战是模拟复杂复合材料零件的叠层制造过程，以预测其纤维的取向和纤维体积分数。最后的挑战是模拟航空天线罩的叠层制造过程，预测其纤维的方向，并在预测电磁性能时考虑这些方向。

BHGE 二次流与传热团队的任务是在燃气轮机设计过程中进行广泛的分析。该团队的工作范围包括估计整个涡轮机的二次空气需求、为发动机主要部件的热机械分析提供边界条件、支持热力循环性能的估计等任务。热设计过程的重点是组件的使用寿命和可靠性，这与控制局部温度和热梯度直接相关。此外，团队必须考虑所需的冷却质量流量和回流裕度 (BFM)，后者量化通过冷却组件壁吸入热气体的压力裕度。 BFM 的评估不是确定性的，而是应该以统计方式进行，考虑几何和热流体动力学边界条件的所有不确定性。因此，可以对组件故障进行概率评估，确定故障概率。

Dynamic Systems Analysis Ltd. (DSA) 十多年来一直为海洋工程行业提供定制软件解决方案。他们的 ProteusDS 和 ShipMo3D 仿真软件测试在海洋条件下运行的船舶和设备的虚拟原型。 Seaflex AB 是 Seaflex 系泊系统的制造商，需要了解洋流、风和波浪对其系泊系统的动态影响。这种理解对于降低海洋环境中船舶运动和设备负载的风险和不确定性至关重要，从而实现更安全的设计并降低风险和项目成本。 Seaflex 系泊系统是一种工程系泊系统，根据预期的力和条件为每个特定位置定制。面临的挑战是估计海流、风和波浪对系泊系统的影响，并对 Seaflex 系泊系统对各种条件的响应进行数值模拟。

欧洲第二大汽车制造商 PSA 标致雪铁龙在满足日益严格的汽车法规（要求降低二氧化碳排放水平）方面面临着重大挑战。这要求汽车制造商通过使用强度重量比更高的材料来减少设计结构质量。然而，在设计过程中引入新材料是很复杂的；设计规则和数值工具必须不断发展，以了解这些材料的特性并评估潜在的故障。存在等待仿真的可靠设计方向而延迟生产的风险，或者必须在设计周期后期重新设计零件的风险。此外，由于模拟碰撞或破裂事件涉及较大的非线性变形，适当的材料失效标准对于结果的准确性至关重要。为了提高评估预测破裂模型的知识，并确定大规模测试破裂的可行解决方案，PSA 与 Altair、Ecole Polytechnique Laboratoire de Mécanique des Solides (LMS) 和 PRACE 合作。

联邦交通管理局 (FTA) 要求现代公交系统在全美范围内提供更高效的服务。目前，美国公共巴士交通当局接受大量补贴以满足运营预算，州和地方补贴每年超过 190 亿美元，联邦补贴每年超过 70 亿美元。面临的挑战是设计和制造一种比现有公交车具有更高燃油经济性、更低排放和更低生命周期成本的新型公交车。 BUSolutions 项目的目标是满足这些要求，并为未来的公共交通提供可持续的解决方案。

Cleveland Golf 是一家领先的高尔夫球杆制造商，面临着满足不断变化的高尔夫球杆设计法规的挑战，同时不断推出针对形状、感觉、平衡、声音和性能进行精确设计的新产品。美国高尔夫协会 (USGA) 对高尔夫球杆头施加了限制，包括挖起杆和铁杆中凹槽的尺寸、杆头尺寸以及球杆允许的恢复系数 (COR)（或弹性） 。随着俱乐部的进步，他们已经达到了这些极限，并且有能力超越它们。这构成了重大挑战，因为克利夫兰高尔夫需要弄清楚如何在不超过这些限制的情况下继续改进球杆。此外，美国高尔夫球协会最近更改了指定凹槽尺寸的规则，影响了未来球杆的设计方式。从经济角度来看，消费者不再像过去那样购买那么多球杆，因此克利夫兰高尔夫需要创造更多新的创新产品，而不仅仅是现有球杆的变体。

NACCO Materials Handling Group (NMHG) 是一家领先的叉车生产商，在产品开发过程中面临着重大挑战。该公司使用有限元分析 (FEA) 已经有 25 年了，但这需要构建多次迭代的物理原型来测试他们的设计。这一过程不仅成本高昂，而且耗时，导致产品推向市场的延迟。该公司迫切需要一种解决方案，可以在不影响产品质量的情况下缩短上市时间。最终目标是在制作任何物理原型之前对每个产品进行虚拟设计、测试和评估，从而节省成本并获得竞争优势。

特斯拉汽车公司是一家备受瞩目的电动汽车制造商，正在寻求优化其开发周期的方法，以加快高质量汽车的生产。一个重大挑战是准备有限元分析 (FEA) 模型的过程非常耗时，尤其是 CAE 模型的连接器部分。例如，Model S 轿车有 300 多个不同的固定件和 6,000 多个焊接点，包括焊缝、螺栓、铆钉、粘合剂和 MIG 焊缝。最费力的任务是在 CAD 模型中重新创建这些连接器，这可能需要几天的时间。该过程不仅效率低下，而且容易出错，因为 CAD 文件中缺乏有关所用连接器类型、机械性能及其所用面板的详细信息，因此存在忽视 MIG 焊接或粘合剂的风险。连接。

2008年，PWO德国公司承担了开发和生产用于新车仪表板的新型钢制汽车横梁（CCB）的任务。面临的挑战是根据 CAD 模型、设计空间定义和客户提供的其他预定义标准来开发该组件。该组件必须满足与模态分析和动态载荷相关的各种规格，这些规格由组件的预期用途决定。例如，当连接到方向盘时，横梁的特征频率不能超过某个预设值，以避免在特定速度下车辆内出现不期望的振动。其他规格与碰撞和车辆安全有关。面临的挑战是满足这些经常相互冲突的规范，同时及时且经济高效地开发组件。

Assa Ashuach Studio 是一家总部位于伦敦的工业研究和产品设计咨询公司，面临着设计一款既轻便又经济的凳子的挑战。凳子需要定制以支撑 120 公斤的重量。面临的挑战是确定可以从设计空间中去除多少材料，同时仍然支撑这个重量并实现独特的设计。设计和制造过程必须高效，减少材料浪费和成本，同时又不影响产品质量。该工作室还有兴趣探索新的设计和生产方法，以实现独特的形式和美学品质。

位于密西西比州杰克逊的伊顿航空航天集团液压系统部门负责为世界上许多军用和商用飞机设计液压部件和系统。该部门对其许多设计进行虚拟测试，包括应力分析、计算流体动力学以及液压泵、执行器、电机和相关组件的动态仿真。然而，该部门在提高网格划分效率方面面临着重大挑战。 2002 年之前，分析小组使用求解器中内置的流程来处理有限元模型。该过程不是为有限元分析而设计的，并且通常无法提供处理复杂液压部件时所需的质量网格。对复杂的液压元件几何形状进行网格划分需要大量的精力和时间，使得该过程效率低下且繁琐。

杜伦大学电动赛车运动 (DUEM) 团队由一群本科生和研究生组成，他们面临着减轻学生方程式赛车重量并提高其性能的挑战。该团队参加由机械工程学院 (IMechE) 每年在英国银石一级方程式赛道举办的竞争激烈的学生方程式比赛。比赛要求参赛队伍展示其技术、工程、设计和制造技能，反映行业的变化和需求，同时考虑商业赛车的新发展。 DUEM 团队旨在应用最新的减重技术，通过针对多种负载情况优化直立设计，打造更快、更高效的汽车。直立设计的优化是一项复杂的挑战，需要针对多种负载情况进行设计，包括碰撞、转弯、制动和加速负载。对于许多载荷工况，通过在每次迭代中去除低应力区域来进行设计迭代的传统方法非常耗时，而且最终的解决方案不一定是结构上最有效的。

世界级汽车制造商标致雪铁龙在发动机部件（特别是排气歧管）的开发方面面临着重大挑战。排气歧管的设计对于内燃机的最佳性能至关重要，并且必须能够承受恶劣的运行条件。 PSA 进行复杂的热机械计算以确定排气歧管的使用寿命。根据这些计算，可以得出设计变更并向组件供应商提出建议。然而，供应商经常发现很难正确解释 PSA CAE 工程师建议的设计改进。此外，此类设计变更的完整评估周期大约需要三周时间，不能保证它代表了该时间后的最终设计状态。这导致在给定的开发时间内只能进行少量的设计更改和评估，从而使歧管的设计成为发动机开发中的关键任务。 PSA 需要改变整体开发工作流程，使其更快，并能够同时评估更多设计变体。

航空母舰联盟 (ACA) 在海军舰艇项目的概念和初步设计阶段面临重大挑战。设计人员经常需要使用有关船舶主要结构设计驱动因素的有限数据。这通常会导致很大程度上主观的设计方法，这可能会导致效率低下，甚至从一开始就锁定结构问题。为了纠正任何问题，最终产品可能会增加材料使用、重量和不必要的复杂性，以及高昂的设计和制造成本。 ACA 试图在海军舰艇设计的独特要求下评估仿真驱动设计的潜力。

奥地利联邦铁路货运部门 ÖBB 铁路货运集团 (ÖBB RCG) 面临着在复杂的物流行业保持竞争力的挑战。货车需求旺盛，满足客户需求是首要任务。该公司需要投资一支现代化的货车和机车车队。更轻、更灵活货车的趋势促使 ÖBB RCG 致力于开发一种新的、更轻、更灵活的货车系统。他们想要遵循的设计原则是重量优化、生产和维护的标准化和模块化以及高强度建筑钢材的使用。为了实现这个项目，ÖBB RCG 与两个主要合作伙伴合作——全球领先的技术和资本货物集团奥钢联和铁路系统解决方案提供商 PJM。

CIKONI 是一家总部位于德国斯图加特的专注于创新的工程公司，面临着为 IV 型复合压力容器 (CPV) 创建集成数字设计工作流程的挑战。该公司的目标是为 CPV 开发全面的数字设计流程和工作流程，特别是车辆中使用的最先进的 IV 型聚合物衬里、碳纤维包裹容器，并减少广泛、昂贵的物理测试的需要。复合材料压力容器的设计面临三重挑战：复杂的材料行为、多种成分以及快速获得结果的需要。为了进行精确的模拟，需要充分考虑灯丝缠绕路径、材料各向异性和非线性损伤进展。此外，还需要对每种材料和工艺修改进行昂贵的测试。最后，需要简单的建模和高效的计算来降低仿真成本。

研究设计和标准组织 (RDSO) 的任务是将印度铁路打造成南亚和非洲市场柴油机车的真正供应商。我们面临的挑战是开发一款满足性能、可靠性、燃油经济性、耐撞性和操作员舒适度要求的内燃机车。机车需要在恶劣条件下经济、安全地运行数十年，并尽量减少停机时间。经受重复疲劳循环的部件的耐用性是一个主要问题，大多数装置在运行的前六年中行驶了超过 100 万英里，使用寿命接近 30 年。预计一些主要部件在二手设备市场上的使用寿命将超过 50 年。由于在如此大型、复杂的机器上运行物理测试需要大量的时间和成本因素，因此在缩短开发周期的同时实现这些目标尤其具有挑战性。 RDSO从1990年开始就使用仿真工具，但由于计算机和软件的限制，预处理时间太长。

Bental Motion Systems 是 Gevasol 集团的成员，自 1983 年以来一直为国防、航空航天和半导体等要求严苛的行业设计和制造先进的动力和运动系统。该公司生产各种最终应用，包括电机、交流发电机和电气设备。刹车。为了满足日益增长的需求，Bental 不断提高其在开发、分析和设计、测试以及质量保证方面的内部能力。然而，该公司面临着加速电机设计同时快速响应客户特定要求的挑战。研发团队需要扩展 Altair 软件套件的使用范围，以涵盖更多物理场，并根据项目阶段获得方法的灵活性。

Crimson Racing 是阿拉巴马大学的 Formula SAE 车队，近二十年来一直参加美国各地的 Formula SAE 赛事。尽管有着悠久的历史，但该车队最成功的几年是过去五年，这要归功于对赛车每个部件的理解和论证。该团队取得了重大进步，车辆重量减轻了近 200 磅，并从常年排名第 90 的队伍跃升至 2017 年前 20 的队伍。然而，他们设定了一个雄心勃勃的目标，要在 FSAE 密歇根州进入前 10 名，这需要击败了世界上许多最好的球队。为了实现这一目标，他们决定在车辆上添加前翼和后翼。这一变化虽然对空气动力学意义重大，但也影响了车辆的结构，增加了负载，提高了重心，并增加了动力总成系统必须克服的阻力。悬架团队必须重新验证每个承载悬架部件，以确保满足足够的强度和刚度要求，这在分析三维运动的零件时是一项复杂的任务。

三星印度研发中心 - 班加罗尔 (SRI-B) 是三星电子在韩国以外最大的研发中心，在移动设备行业面临着重大挑战。该行业竞争激烈，各公司不断被迫创新其硬件设计。设计周期越来越短，成本利润越来越窄，导致人们更加重视使用计算机模拟的虚拟测试。传统上，分析师会使用有限元分析 (FEA) 迭代设计，直到得出可行的解决方案。然而，由于手动探索完整设计空间的局限性，所获得的解决方案并不总是最优的。确定移动设备可靠性的关键测试之一是跌落测试，该测试通常会暴露外壳设计的弱点。