武汉纺友技术有限公司

当前，工业仿真已经被世界上很多企业广泛地应用到工业的各个环节，对企业提高开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用。工业仿真技术的引入，将使工业设计的手段和思想发生质的飞跃，使展销会更体现企业的实力，使传统的平面的维修手册三维电子化，交互化。

CAE软件是实现中国制造2025的一个非常重要的软件，是我国制造业产业升级和转型的重要关键技术，已经逐步成为工业领域的标配。

 

到底有多重要？比如：一台汽车用CAD软件设计完成后，会采用CAE软件模拟汽车制造的过程，看设计是否合理。这里就要模拟几千个零部件的运动过程，计算每一个零部件在空间中的位移、以及相互之间的作用力，用它可以有效缩短汽车的开发时间，从36个月缩短到12个月，还可以减少产品的制造成本。尤其对航空航天军工工业，更具有深远的战略意义。

CAE巨头，步入的大整合

目前，工业仿真软件市场主要还是由国外企业占有，例如达索、ANSYS、西门子、Synopsys等企业。他们通过前期的技术积累，不断的进行技术迭代，集成了多种高性能的算法，将工业仿真软件提升到了一个全新的平台。在后面的时间里，这些软件巨头通过不断的收购公司，拓展着自己的疆土，做到了更广范围的覆盖，多种高性能算法的集成以及不同产品之间的联合仿真技术让它们在市场上占据了越来越多的份额。

在近几年，三维体验技术开发公司达索系统业务重点就是深耕仿真领域，充实达索系统旗下的仿真。在它近五年的并购中，有一半是在进行仿真软件的购买。

近二十年来，仅ANSYS、MSC、达索、ESI和西门子这五家厂商就并购了100多家软件企业。其中30多起并购事件发生在近三年内，可以说全球仿真近十年来的发展基本上就是并购。

除并购外，国际仿真软件厂商还通过研发、合作等方式推出新产品，以期继续产业甚至新一轮工业革命的发展。总体来看，大的全球工程仿真软件产业格局相对固定，以ANSYS、MSC、达索系统、Altair、西门子PLM等为代表的国际仿真软件巨头在技术、产品、市场等多方面均以较大优势领跑。

仿真软件的核心算法

工业仿真软件其实不单单属于计算机行业了，严格意义来说，工业仿真软件应该是来源于实际的工业需求，结合计算机技术的辅助应用，将实体工业物体进行虚拟化、数字化过后，通过一些列计算机程序仿真设计后融入到实体工业当中的一种计算机程序。这里主要指计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）软件，包括通常意义上的CAD，CAE，CFD，EDA，TCAD等。

不像快速变化的APP，互联网软件，当前大部分工业仿真软件技术的核心算法和底层技术在上个世纪已经成熟，比如有限元方法四五十年前都提出；FDTD在上世纪六七十年代提出；流体中的FVM也差不多在上世纪七八十年代，多年来在湍流和大涡模型改进；电磁领域仍然是围绕求解Maxwell方程展开；大多数三维实体建模软件的内核ACIS/Parasolid 核心概念和实现也是在上世纪七八十年代，虽然版本一直在更新，但在理论算法上很难有大的突破。

而对应的网格技术，线性方程组算法，并行计算，用户交互，性能问题，HPC基本也都是循序渐进的提升，少有颠覆式的创新。工业仿真软件的重点并不是解决某一类技术问题，工业仿真软件考虑的是稳定性，准确性，可靠性，可维护性，性价比，用户体验等，开源工具却很难达到要求。

建模与仿真

建模与仿真技术从严格意义上说，是两个技术的复合名词，即建模技术与仿真技术。建模是仿真的基础，建模是为了能够进行仿真。仿真是建模的延续，是进行研究和分析对象的技术手段。

 

具体到智能制造中，建模技术是指，针对制造中的载体（如数控加工机床、机器人等）、制造过程（如加工过程中的力、热、液等问题）和被加工对象（如被制造的汽车、飞机、零部件），甚至是智能车间、智能调度过程中一切需要研究的对象（实体对象或非实体化的生产过程等问题），应用机械、物理、力学、计算机和数学等学科知识，对研究对象的一种近似表达。
仿真技术是在建模完成后，结合计算机图形学等计算机科学手段，对模型进行图像化、数值化、程序化等的表达。借助仿真，可以看到被建模对象的虚拟形态。

从需求本身出发，建模与仿真技术表现出以下特点：
（1）虚拟化：虚拟化是建模与仿真技术的本质特点，利用建模与仿真技术可得到被研究对象的虚拟镜像。
（2）数值化：数值化是建模与仿真技术的必要特点，是仿真、计算、优化的前提。

 

（3）可视化：可视化是建模与仿真技术的直观特点，是建模与仿真技术人机交互与友好性的体现。在智能制造中，可视化几乎是一切建模与仿真技术所共有的特点和属性。可视化可以帮助科研人员直观分析被研究对象的动态行为，也可以帮助车间技术人员快速掌握加工过程或加工对象的实时状态。
（4）可控化：可控化是建模与仿真技术通往目标的必要手段。建模与仿真技术的目的是对被研究对象进行分析和优化。只有在建模与仿真技术中做到可控化，才可以进行科学化的对照试验、优化试验等。

虚拟仿真软件成为发展重点

工业仿真软件承担着对生产制造过程中的建模分析、虚拟现实交互、参数效果评估等重要作用，单纯的建模软件可视为CAD(计算机辅助设计)软件，而当前仿真和分析常常会结合在一起，通常提到仿真软件，主要是指CAE(计算机辅助工程)软件。

但随着3D、VR虚拟现实、大数据、云计算、人工智能等新技术逐渐进入工业仿真领域，工业软件对工业元素描述更、更细致，仿真模型得到持续动态优化，软件与工业实际应用结合更紧密，虚拟仿真软件成为工业软件未来发展重点。

 

国际上，工业仿真软件呈现明显的发展趋势。基于计算机群的并行计算、网格计算，基于云和互联网的集成化协同使仿真软件的计算能力不断提升，工程数据库系统得到不断丰富与完善，更多部件模型、行业材料、设计方案和标准规范信息纳入仿真软件数据库。

同时，计算机图形处理能力、三维图形算法和图形运算发展均有增强，虚拟现实等新技术应用促进实现了真三维和虚拟仿真，沉浸式交互系统使工业仿真更加立体，图形表现更加真实。

 

而得益于计算处理、数据支持、图形化等基础支撑技术的持续提升，面向多相多态介质、多物理场、多尺度等复杂耦合仿真的新型工业软件也日渐丰富。

中国仿真软件自主研发之路一直崎岖不平，但仿真软件必然是中国工业软件界不可放弃的阵地，除了长足的技术经验积累，无论是“弯道超车”或是“换道超车”都几乎是不可能。可喜的是，尽管才露尖尖角，但中国工业仿真软件的火种已经开始点燃了。

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