为什么说工业仿真软件是工业之魂？| 高瓴 Insight

01.

什么是工业仿真软件

CAE(Computer Aided Engineering 工程设计中的计算机辅助工程)工业仿真软件，主要指利用计算机对工程和产品的性能与安全可靠性进行分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，从而优化设计，并确保未来工程和产品功能、性能的可用可靠性。

其以三维建模为基础，结合流体力学、结构、电磁等多学科，精细模拟流动、结构变形等物理现象，揭示动力学演化规律及其内在的物理机制，为工业研发设计提供决策支持，助力企业降低研发成本、优化研发方案、提升研发效率。

工业仿真软件从本质上来看，即是从底层的物理规则和数学公式出发，以现实世界的规则打造软件内核；而后经过计算机语言编程和算法封装，沉淀为软件本身的求解器，再利用计算机图形学实现可视化和用户交互；最后，结合特定领域工程学的工作流程，提供相应领域的计算求解，从而帮助用户解决工程中的实际问题。

从核心工作流程来看，工业仿真过程包括前处理、求解、后处理、优化、报告。前处理过程包括几何图形处理、网格划分等；求解过程主要包括模态、刚度、强度等分析方式；后处理过程包括展示位移、应力等动图；优化过程主要针对仿真结果设计进行修改，并再次回到前处理流程；最终获得满意的结果后，通过图形化方式向用户进行报告。

02.

“用”是工业仿真软件之母

工业仿真软件是工业之魂，是智能制造的核心驱动力，是支撑工业企业生产运行的基础，广泛应用于工业生产的各个环节，伴随着产品从研发、生产，再到销售及售后服务的全生命周期。相比于传统的通过物理试验来验证产品的性能和可靠性，工业仿真软件在精度、时效和成本上都具有压倒性优势，将帮助极大的缩短由研发设计走向商业量产的最后一步距离。

据《中国工业软件产业白皮书（2020）》统计数据显示，在产品研发的早期阶段采用工业仿真软件即可对最终产品的成本和质量有着15~35倍的杠杆效应。

工业仿真软件往往不是单个分散的技术，而是一个体系，是各学科知识的集合，需要在生产实践中与各种知识融合，进行不断的更新迭代。工业研发制造对软件的精度、稳定性、可靠性等要求极高，而这都需要在应用中进行优化和完善。

国际主流的工业仿真软件，均诞生于工业实际应用场景的需求，通过不断使用试错来进行迭代升级，经过数十年的沉淀后，达到了目前国际领先的水平。因此，在一定程度上可以说，“用”才是工业仿真软件之母。

因此，要发展工业仿真软件，需要更多的企业开放应用场景，鼓励企业更多的使用，才能在市场检验中打造出具有世界领先水平的工业仿真软件。

当然，因为工业仿真软件的开发涉及数学、力学、计算机等多学科的知识应用，能否培养出工业软件急缺的复合人才，也将决定这个行业的发展速度。

03.

技术趋势和应用

工业仿真软件的核心在于仿真分析，应用方式因行业而异。传统研发过程主要通过生产样件、仿真件来进行物理试验，当结果达到设计的理想值后即可进行量产。而工业仿真软件则通过构建“虚拟样机”，替代传统验证过程中“物理样机验证”过程，在缩短设计-验证制造循环周期的同时，节省生产物料成本。

1、汽车制造

汽车由上万个不可拆卸的零部件组成，几乎是民用领域最复杂的工业产品，集合了各行各业的智慧结晶，然而想要如此复杂的产品在各种复杂的路况和车速下都能稳定、高效、安全、舒适地工作并非易事，汽车涉及到各种复杂的结构力学、燃烧、传热、空气动力学、碰撞安全、乘员舱舒适性、振动噪声以及电磁学等性能，各物理场和各种性能之间也会相互耦合，相互影响，进一步增加分析的困难程度。

且在有限的开发资源条件下，主机厂必将面临在研车型多、项目周期短的困境。再加上由于电气化和智能化等性能需求的介入，会导致整车系统开发难度增大，因此也造成了单个车型开发周期内的迭代次数显著增加，这就迫使汽车行业必须在车辆开发过程中用更加高效准确的手段评估、优化汽车的各种性能，确保最终的工程样车可以顺利通过各种性能的测试，并成功上市。

汽车的性能是一个系统工程，不同的性能可能会相互影响，相互制约，比如车身的轻量化和碰撞安全性能，发动机舱的热管理性能和整车的空气动力学性能，风噪性能和水管理性能等等，当然这些性能的评估和优化还需要考虑到制造成本和乘员舱的舒适性等。因此，打通各种性能之间的通道，实现各种性能之间的多学科、系统性的分析和优化对于提高车辆的综合性能很有意义。

一般来说，结合当地汽车主机厂的使用习惯，为汽车行业定制专用的集成分析软件，提高仿真流程的自动化和智能化程度，并打通各种性能之间的通道，实现各种性能之间的多学科系统性的分析和优化，这项工作不仅有助于保障汽车研发的安全和效率，提升汽车的综合性能，更能降低当地客户的使用成本，并提供更为人性化的服务。

2、电子科技

随着全球电子工业的飞速发展，芯片的制造、电子产品的研发均越发精细复杂；靠传统的研发手段已无法跟上市场的发展迭代速度。智能化时代，工业仿真软件、EDA等软件产品的应用对电子行业的设计研发提供了更高效的手段，通过模拟计算分析电子产品的热管理、跌落碰撞、音频设备声场特性、芯片封装的热分析等来加速产品的开发。

借助工业仿真软件，可以极大的降低开发成本、提高开发效率。以由中科院院士、计算流体力学家陈十一院士创立的十沣科技为例，已开发出具有国际竞争力的流体、结构、传热、声学、电磁等通用多物理场仿真技术及行业应用软件，以及适用于多样化场景的工业数字孪生解决方案和仿真云平台。

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