為什么說工業(yè)仿真軟件是工業(yè)之魂？

　　01.

　　什么是工業(yè)仿真軟件

　　CAE(Computer Aided Engineering 工程設(shè)計中的計算機輔助工程)工業(yè)仿真軟件，主要指利用計算機對工程和產(chǎn)品的性能與安全可靠性進行分析，對其未來的工作狀態(tài)和運行行為進行模擬，從而優(yōu)化設(shè)計，并確保未來工程和產(chǎn)品功能、性能的可用可靠性。

　　其以三維建模為基礎(chǔ)，結(jié)合流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)、電磁等多學(xué)科，精細模擬流動、結(jié)構(gòu)變形等物理現(xiàn)象，揭示動力學(xué)演化規(guī)律及其內(nèi)在的物理機制，為工業(yè)研發(fā)設(shè)計提供決策支持，助力企業(yè)降低研發(fā)成本、優(yōu)化研發(fā)方案、提升研發(fā)效率。

　　工業(yè)仿真軟件從本質(zhì)上來看，即是從底層的物理規(guī)則和數(shù)學(xué)公式出發(fā)，以現(xiàn)實世界的規(guī)則打造軟件內(nèi)核;而后經(jīng)過計算機語言編程和算法封裝，沉淀為軟件本身的求解器，再利用計算機圖形學(xué)實現(xiàn)可視化和用戶交互;最后，結(jié)合特定領(lǐng)域工程學(xué)的工作流程，提供相應(yīng)領(lǐng)域的計算求解，從而幫助用戶解決工程中的實際問題。

　　從核心工作流程來看，工業(yè)仿真過程包括前處理、求解、后處理、優(yōu)化、報告。前處理過程包括幾何圖形處理、網(wǎng)格劃分等;求解過程主要包括模態(tài)、剛度、強度等分析方式;后處理過程包括展示位移、應(yīng)力等動圖;優(yōu)化過程主要針對仿真結(jié)果設(shè)計進行修改，并再次回到前處理流程;最終獲得滿意的結(jié)果后，通過圖形化方式向用戶進行報告。

　　02.

　　“用”是工業(yè)仿真軟件之母

　　工業(yè)仿真軟件是工業(yè)之魂，是智能制造的核心驅(qū)動力，是支撐工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)運行的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，伴隨著產(chǎn)品從研發(fā)、生產(chǎn)，再到銷售及售后服務(wù)的全生命周期。相比于傳統(tǒng)的通過物理試驗來驗證產(chǎn)品的性能和可靠性，工業(yè)仿真軟件在精度、時效和成本上都具有壓倒性優(yōu)勢，將幫助極大的縮短由研發(fā)設(shè)計走向商業(yè)量產(chǎn)的最后一步距離。

　　據(jù)《中國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)白皮書(2020)》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在產(chǎn)品研發(fā)的早期階段采用工業(yè)仿真軟件即可對最終產(chǎn)品的成本和質(zhì)量有著15~35倍的杠桿效應(yīng)。

　　工業(yè)仿真軟件往往不是單個分散的技術(shù)，而是一個體系，是各學(xué)科知識的集合，需要在生產(chǎn)實踐中與各種知識融合，進行不斷的更新迭代。工業(yè)研發(fā)制造對軟件的精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求極高，而這都需要在應(yīng)用中進行優(yōu)化和完善。

　　國際主流的工業(yè)仿真軟件，均誕生于工業(yè)實際應(yīng)用場景的需求，通過不斷使用試錯來進行迭代升級，經(jīng)過數(shù)十年的沉淀后，達到了目前國際*的水平。因此，在一定程度上可以說，“用”才是工業(yè)仿真軟件之母。

　　因此，要發(fā)展工業(yè)仿真軟件，需要更多的企業(yè)開放應(yīng)用場景，鼓勵企業(yè)更多的使用，才能在市場檢驗中打造出具有世界*水平的工業(yè)仿真軟件。

　　當然，因為工業(yè)仿真軟件的開發(fā)涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、計算機等多學(xué)科的知識應(yīng)用，能否培養(yǎng)出工業(yè)軟件急缺的復(fù)合人才，也將決定這個行業(yè)的發(fā)展速度。

　　03.

　　技術(shù)趨勢和應(yīng)用

　　工業(yè)仿真軟件的核心在于仿真分析，應(yīng)用方式因行業(yè)而異。傳統(tǒng)研發(fā)過程主要通過生產(chǎn)樣件、仿真件來進行物理試驗，當結(jié)果達到設(shè)計的理想值后即可進行量產(chǎn)。而工業(yè)仿真軟件則通過構(gòu)建“虛擬樣機”，替代傳統(tǒng)驗證過程中“物理樣機驗證”過程，在縮短設(shè)計-驗證制造循環(huán)周期的同時，節(jié)省生產(chǎn)物料成本。

　　1、汽車制造

　　汽車由上萬個不可拆卸的零部件組成，幾乎是民用領(lǐng)域最復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品，集合了各行各業(yè)的智慧結(jié)晶，然而想要如此復(fù)雜的產(chǎn)品在各種復(fù)雜的路況和車速下都能穩(wěn)定、高效、安全、舒適地工作并非易事，汽車涉及到各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)力學(xué)、燃燒、傳熱、空氣動力學(xué)、碰撞安全、乘員艙舒適性、振動噪聲以及電磁學(xué)等性能，各物理場和各種性能之間也會相互耦合，相互影響，進一步增加分析的困難程度。

　　且在有限的開發(fā)資源條件下，主機廠必將面臨在研車型多、項目周期短的困境。再加上由于電氣化和智能化等性能需求的介入，會導(dǎo)致整車系統(tǒng)開發(fā)難度增大，因此也造成了單個車型開發(fā)周期內(nèi)的迭代次數(shù)顯著增加，這就迫使汽車行業(yè)必須在車輛開發(fā)過程中用更加高效準確的手段評估、優(yōu)化汽車的各種性能，確保最終的工程樣車可以順利通過各種性能的測試，并成功上市。

　　汽車的性能是一個系統(tǒng)工程，不同的性能可能會相互影響，相互制約，比如車身的輕量化和碰撞安全性能，發(fā)動機艙的熱管理性能和整車的空氣動力學(xué)性能，風噪性能和水管理性能等等，當然這些性能的評估和優(yōu)化還需要考慮到制造成本和乘員艙的舒適性等。因此，打通各種性能之間的通道，實現(xiàn)各種性能之間的多學(xué)科、系統(tǒng)性的分析和優(yōu)化對于提高車輛的綜合性能很有意義。

　　一般來說，結(jié)合當?shù)仄�車主機廠的使用習(xí)慣，為汽車行業(yè)定制專用的集成分析軟件，提高仿真流程的自動化和智能化程度，并打通各種性能之間的通道，實現(xiàn)各種性能之間的多學(xué)科系統(tǒng)性的分析和優(yōu)化，這項工作不僅有助于保障汽車研發(fā)的安全和效率，提升汽車的綜合性能，更能降低當?shù)乜蛻舻氖褂贸杀�，并提供更為人性化的服�?wù)。

　　2、電子科技

　　隨著全球電子工業(yè)的飛速發(fā)展，芯片的制造、電子產(chǎn)品的研發(fā)均越發(fā)精細復(fù)雜;靠傳統(tǒng)的研發(fā)手段已無法跟上市場的發(fā)展迭代速度。智能化時代，工業(yè)仿真軟件、EDA等軟件產(chǎn)品的應(yīng)用對電子行業(yè)的設(shè)計研發(fā)提供了更高效的手段，通過模擬計算分析電子產(chǎn)品的熱管理、跌落碰撞、音頻設(shè)備聲場特性、芯片封裝的熱分析等來加速產(chǎn)品的開發(fā)。

　　借助工業(yè)仿真軟件，可以極大的降低開發(fā)成本、提高開發(fā)效率。以由中科院院士、計算流體力學(xué)家陳十一院士創(chuàng)立的十灃科技為例，已開發(fā)出具有國際競爭力的流體、結(jié)構(gòu)、傳熱、聲學(xué)、電磁等通用多物理場仿真技術(shù)及行業(yè)應(yīng)用軟件，以及適用于多樣化場景的工業(yè)數(shù)字孿生解決方案和仿真云平臺。