工业软件研究—CAE
责任编辑:X.     时间:2023-11-19     来源:转载于:https://zhuanlan.zhihu.com/p/629550424
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CAE狭义上主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析,对其未来的工作状态和运行行为进行模拟,及早发现设计缺陷,并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。CAE涵盖领域包括有限元分析(FEA)、计算流体动力学(CFD)、多体动力学(MBD)、耐久性和优化等。

从CAE软件基本结构来看,主要组成部分包括:用户界面、数据管理系统、数据库、专家系统和知识库五大模块。其中数据管理系统是使用CAE软件进行性能分析或模拟时用到的核心部件,一方面通过接口实现CAD、CAM等格式文件的输入,另一方面提供前处理、求解分析、后处理三个流程实现仿真模拟。求解分析模块根据处理问题的不同,又可以细分为静力线性子系统、动力分析子系统等众多分支。

从核心工作流程来看,CAE软件仿真过程即求解分析流程包括前处理、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构设计进行修改,并再次回到前处理流程;最终获得合意结果后,通过图形化方式向用户进行报告。

CAE流程模块内容功能实现过程
前处理对工程或产品进行模拟、完成分析数据的输入、网格划分、节点载荷、约束条件的确定,建立合理的模型主要功能包括给实体建模与参数化建模、构件的布尔运算、单元自动剖分、节点自动编号与节点参数自动生成、载荷与材料参数直接输入有公式参数化导入、节点载荷自动生成、有限元模型信息自动生成等。
求解有限元方法为例:单元特性分析、有限元单元组装、有限元系统求解和有限元结果生成。按照对象的物理、力学和数学特征,求解过程可分解成若干个子问题,由不同的有限元分析子系统完成。
后处理数据平滑、可视化展示、对各种物理量进行加工和显示、数据检验、工程规范核验、设计优化、模型修改等。包括对求解分析结果进行数据平滑、对各种物理量进行加工和显示、对工程或产品设计要求的数据检验和工程规范进行校核、设计优化与模型修改等。
仿真优化几何参数优化、物理参数优化(网格参数、边界条件、物性等参数)、拓扑优化等。
  • 案例:索辰CFD流体仿真流程

以CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)为例分析以上流程。下图具体介绍了CAE的模块构成。

  1. 前处理
    在前处理过程中,首先需具备网格/粒子离散模型,离散模型可以通过软件自带的几何建模和网格/粒子离散模块实现,也可以导入外部的几何模型或网格/粒子模型。之后设定计算区域,选择物理模型、材料、数值求解各式,以及设置初始条件、边界条件、载荷、约束等。上述各项物理和数值求解参数设置完成之后进行求解过程。由于通用CAE软件支持多种多层次的物理模型、边界条件、材料、数值求解格式,所以前处理过程需要诸多步骤,且各项设定都会影响计算结果,CAE获得准确可靠结果的前提是前处理阶段的各项输入和设定合理正确。


(索辰流体仿真软件前处理模块构建的航空发动机粒子离散结构(无网格)

  1. 求解器
    求解器将CAE软件底层的物理、数学算法用计算机语展示并计算求解,是CAE的核心,具有较高的知识产权价值,在产业链种占据价值的制高点,求解器的性能直接决定了CAE软件的技术水平。求解器旨在求解数学物理模型对应的方程,构建求解器算法的关键步骤是使用合适的计算数学方法,不同的数值格式决定了代数方程组的最佳求解方式、求解效率和稳定性以及它逼近原始微分方程的精确程度。
    以CFD为例,基于不同的计算策略,会形成不同数值计算的数学模型,进而采用不同的数学求解方法。
序号方法论原理数值求解方法
1宏观流体被假设为连续的介质,流体运动满足质量、动量以及能量守恒定律,可以由N-S方程为复杂的非线性偏微分方程组,可以通过数值方法求解。数值计算,有限差分法(FD)、有限体积法(FVM)等。
2介观流体不再被假设为连续介质,流体被离散成一系列的流体粒子。考虑到单个分子的运动细节并不影响流体的宏观特性,因而可以通过购枣符合一定物理规律的演化机制,让这些流体粒子进行演化计算,从而获得与物理规律相符的数值结果。格子Boltzmann(LBM)、光滑粒子流体动力学(SPH)、气体动力学算法(GKS)、直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)等
3微观流体不再被假设为连续介质,而是流体由大量的离散分子组成的,分子的运动特性由分子间相互作用力以及外加作用力影响,通过模拟每一个分子的运动,来描述流场。分子动力学(MD)等

从宏观到介观再到微观模型,整体上看,算法的计算精度提升,但是模型包含的参数增加,对计算资源的要求显著提升。相比于求解N-S方程等传统数值方法,LBM、GKS、DSMC、SPH算法的实现都要依靠较高的计算资源。求解器算法的提升一方面要靠数学物理模型的不断优化,一方面要依赖计算机技术的发展对算力的提升,同时,这种算力的提升能够有效应用于数值计算的性能优化。

  1. 后处理

后处理模块用于处理和显示CAE求解器生成的结果数据。CAE求解计算会产生大量的数据,为了获得数值模拟的研究结果,必须对计算产生的数据进行分析、理解,以便发现计算过程中出现的情况和问题,从而正确地认识和理解被研究对象。后处理模块为客户提供了可视化的界面,通过多种方式展现工程问题的模拟结果,包括图标、图形、动画等。

(索辰流体仿真软件后处理模块展示的直升机旋翼流场仿真结果)


第二章:CAE软件底层学术支撑

CAE软件从本质上来看,可以拆解为三层:数学+物理学(底层)、计算机科学(中层)、工程学(外层)。CAE软件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;而后这些法则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,并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,CAE软件提供相应领域的求解流程,帮助用户解决工程中的实际问题。

外层工程学从物理规则和数学公式出发,以现实世界规则打造软件内核
中层计算机科学计算机语言编程和算法封装,沉淀为软件本身的求解器
底层数学+物理学结合特定领域工程学的工作流程,提供求解流程
  • CAE软件核心在于物理学和数学
    数学角度来看,CAE的本质是利用结构离散化的思维解决复杂的工程问题,而离散过程涉及到多种数学求解方法。所谓结构离散化,即将实际结构离散为有限数目的规则单位组合体,把求解连续体的场变量(应力、位移、压力等)问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值,得到代数方程组作为原先微分方程组的近似数值解。离散过程用到的求解方法包括有限元法(FEM)、有限差分法(FDM)、离散元法(DEM)、边界元法(BEM)、有限体积法(FEV)、无网格法(Mesh free)等等。此外,遗传算法、神经网络算法、梯度下降法等新方法也开始被应用于CAE求解过程。在这些数学算法中,以有限元法(FEM)应用范围最广也最为常见。
    以有限元分析为例,有限元问题的根基是数值求解偏微分方程。
    从前处理到求解、后处理的过程无非是设置形函数,离散,形成求解矩阵、数值解矩阵,最后进行结果分析的过程。有限元方法的基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元,在每个单元内,选择一些合适的节点作为求解函数的插值点,将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式,借助于变分原理或加权余量法,将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式,便构成不同的有限元方法。
    从物理学角度来看,CAE的本质是用物理法则对现实世界进行描述。真实世界存在各种各样的物理场,物理场指某种空间区域,其中具有一定性质的物体能对与之不相接触的类似物体施加一种力。常见的物理场包括传热、孔隙水流动、浓度场、压力应变场、动力学场、化学场、静电场和静磁场等。此外,每个专业领域又会涉及到特定物理规则,以结构为例,为解决结构设计的问题,有可能会涉及到理论力学、分析力学、材料力学、结构力学、弹性力学、塑形力学、振动力学、疲劳力学、断裂力学等一系列特定规则。
    真实世界的物理场往往以多物理场并存的形式存在,因此CAE仿真过程还需要将多物理场耦合问题考虑在内。多物理场的应用涉及一个或者多个以上的物理过程或者物理场,是多个学科的交叉。典型的多物理场应用包括土体固结理论、流体力学模拟、电动力学应用、计算电磁厂、传感器(如压电材料)的设计、流体-结构相互作用、多孔材料中的能源和气候变化研究等。因此CAE多物理场仿真需要耦合多个物理现象,针对多个相互作用的物理性质进行研究。

  • CAE中层为计算机科学支撑

计算机科学是连接底层算法和外层工程学应用的纽带。CAE同其他工业软件一样,在早期发展受到计算机科学发展的深刻影响。拆解CAE软件架构来看,CAE可以按照功能分为9大模块:输入输出、几何建模、有限元模型、后处理器、求解器、图形、公共模块、高性能计算、参数优化设计。而计算机科学在其中扮演的角色可以归纳为三点:

  1. 对物理法则和数学方程进行代码封装:在此基础上搭建物理模型和数学模型,以算法形式建立仿真约束条件;
  2. 提供仿真过程所需的算力:模拟仿真过程涉及到的大量计算过程,需要计算机提供算力支持、加速计算过程(高性能计算)、优化参数设计等,以加快设计过程;
  3. 提供交互界面与模块:帮助用户在输入流程实现关键参数和规则的输入、实现仿真过程以及在后处理中提供计算机图形处理和展示。

CAE软件应用开发流程

  • CAE外层以工程学支撑
    对工程知识的理解是CAE在具体应用层面的表达。在数学、物理学构建起的软件内核之上,CAE开发者用计算机科学搭建了基本功能模块,但CAE软件要想真正为用户所用、服务于工业流程,还需要经过工程学的应用。
    从工程学通用流程角度来看,工程问题涉及到概念规划、系统/详细设计、测试、生产等多个环节。如何从软件层面衔接不同流程,实现上下游协作,需要CAE开发者在设计之初就对工程工作流有深刻的思考。
    从垂直工业领域的工程问题来看,不同工业领域对CAE软件需求有较大差异。一方面,不同行业有自身的设计规范和标准,对产品的测试流程不一、维度不同,制造现场涉及大量的工艺过程需要行业know-how作为支持。另一方面,下游用户的使用习惯和绑定程度也决定了CAE软件在工程学领域的应用形式。




第三章:CAE核心能力及应用
仿真也称模拟,就是对现有或未来系统进行建模并实验研究的过程,按模拟对象可以分为离散事件模拟与连续模拟。CAE仿真主要用于模拟零件、部件、装置(整机)乃至生产线、工厂的运动和运行状态。运用CAE软件进行仿真的典型目标包括系统性能分析、容量/约束分析、方案比较等


仿真过程的关键在于将现实转化为仿真模型,在仿真的前期过程中,关键步骤在于理论与现实问题的转化。这一过程中,仿真工程师起到重要作用,其对模拟对象的理解是将现实转化为仿真模型的关键。设置变量太多尽管可以保证准确性,但也会导致运算过程过于冗余,拉长产品上市时间;若未能对模型做出合理的简化,则会导致结果出现严重偏差,甚至使得产品失效。
由此,CAE软件提供两种解决方式:
供给端:优秀的商用CAE软件往往可以凝练大量的共性问题,将软件“黑盒化”,通过限制操作者来减少人为错误的出现。
需求端:企业可以借助CAE软件制定一条完善的仿真流程规范,将可能的问题形成通用的解决方案,从而减少对仿真工程师个人能力的依赖。

  • 不同角度(研发设计、试验测试、工程建设以及软件应用)分析CAE仿真在设计试验过程中的作用

研发设计:仿真通过指导设计推动了技改,从而提升生产效率。CAE仿真借助计算机分析,帮助设计者寻找最佳产品设计方案,确保了设计的合理性,缩短产品设计周期,降低材料和设计人工成本。在整个过程中,CAE没有直接对设计端进行任何调整,但是却间接指导了设计,其中价值主线实质上来自于仿真的数据结果。

试验测试:准确的虚拟仿真可以有效减低试验成本。传统设计过程主要通过生产试验件来进行试验,当结果基本符合设计的理想值和最低可接受值后可进行量产。CAE仿真通过构建“虚拟样机”,替代传统验证过程中“物理样机验证”过程,缩短设计-验证-制造循环周期的同时,节省生产物料成本。

设计试验
成本技术风险附加
避免建立实体试验,减少验证成本电脑精确计算,提高方案的可行性;直观立体的三维仿真动画设计减少验证影响生产的风险,减少设计错误的风险增强对设计的信心

工程建设:工业产品从概念规划到生产落地需要经历的工程阶段包括:规划阶段、概念开发、系统级设计、详细设计、测试与提炼、生产启动等。分阶段来看,设计阶段需要分析并确认客户需求,进行市场研究和可行性判断等工作,在此基础上确定成本目标和设计方案,进而进行尺寸、材料、工艺等详细设计;测试阶段则需要通过仿真、试验等方式对工业产品的性能、可靠性、使用寿命等关键指标进行测试,并根据测试结果对详细设计进行再次确认,最终启动生产制造工作。

软件应用:CAE在产品不同生命周期中提供仿真分析能力支持。

  1. 概念设计阶段的CAE仿真分析:概念设计阶段工作流程从客户需求评估出发,企业对用户的基础设计进行验证,同时评估产品技术可行性,做出商务决策。在确定需求之后,设计人员可以使用CAE软件对概念产品进行构建,甚至建造并验证试验性原型机。此外,CAE能够帮助企业进行制造可行性评估,以判断是否在预定的时间、预定的成本以及现有的设备能力等约束条件下完成用户需求的开发设计和制造任务。
  2. 系统/详细设计阶段的CAE仿真:系统设计和详细设计阶段对于CAE软件的需求相似,均是对概念设计的进一步展开。在这个阶段,需要进行的设计步骤包括系统设计、装配方案设计、子系统和接口定义、零件设计、公差分配等等,需要细化到图纸、材料、制造工艺等。CAE仿真分析在这个阶段的作用,就是验证各种零部件是否满足预期的性能、制造商是否可行,已有的加工设备是否满足结构设计要求(比如板厚及半径等),工艺步骤或者工装是否最简化等等,而且从系统到单个零件都可以进行仿真。这些工作主要由结构分析工程师和设计工程师以及制造工艺师一起参与完成。
  3. 试验阶段的CAE仿真:在试验阶段,传统的生产过程下,企业需要经历“样机制造-试验-修改设计-样机制造”的过程,即需要制造物理样机并投入试验,【根据试验结果反复调整设计、重新制造以最终达到目标要求。这一过程往往需要耗费大量时间来进行实体制造以及设计方案协作调整,造价也较为昂贵。而CAE在这一过程中,通过虚拟样机提供仿真分析,相较传统过程可以节省大量制造和试验时间,节约费用开支。工程师们利用CAE软件甚至可以在实际试验之前就掌握最可能的载荷/激励位置和最佳测试方法,显著减少试验时间。
  4. 制造阶段的CAE仿真测试:在产品制造阶段,企业需要根据既定方案进行产品生产,需要结合制造工艺对设计方案进行进一步的确认,根据CAE仿真结果调整生产过程。通过CAE仿真计算可以进一步确认工艺步骤,可以优化制造的工艺流程、减少废料;可以针对加工错误进行演算,通过修改图纸尺寸来保证交货期,避免废品和返修。
  • CAE仿真在不同行业的应用

在具体的行业应用中,各自领域内存在诸多特异性问题,CAE的应用落地需要经历不同的考验。行业应用实践的难点可以概括为:

  1. 真实世界应用场景复杂,往往需要进行多场景耦合,且不同行业涉及的物理场有天壤之别;
  2. 建模过程中参数的设置依赖于工程师的经验,需要使用者对本行业的制造工艺、工况有深刻的理解;
  3. 有限元分析仅能提供近似解,误差不可避免,如何取舍精度需要人为把握。

行业应用一:航空行业(结构力学仿真、流体力学仿真、电磁学仿真)

  1. 结构力学:飞机总体结构以及机身、机翼、起落架、发动机等部件的线性和非线性静、动力强度分析;疲劳寿命计算;复合材料设计和强度计算;鸟撞、迫降等事故状态下的冲击力学计算;制造工艺设计(冲压、焊接、锻造等)与分析;结构强度试验项目的计算机模拟和乘员安全性分析等。
  2. 流体力学:飞机气动特性(升力、阻力)计算及气动布局的最优化设计;飞机-发动机匹配特性计算(进气道设计);非稳定状态下(扰动气流、低空阵风、机动飞行等)的气动响应计算;导弹发射、副油箱抛撒等对飞机的影响;气动结构载荷和气动温度载荷计算;发动机效率(气动效率和燃烧效率)和舱内空气循环计算分析。
  3. 电磁学:机载天线、雷达、电子器件间的电磁兼容和电磁干扰分析;天线布局设计;军用飞机雷达散射截面(RCS)计算;电器设备效率和安全性分析等。

行业应用二:船舶行业(结构力学仿真)

随着船舶不断向大型化、复杂化方向发展,利用CAE技术提高设计水平,缩短设计周期愈发重要。

船舶从用途上分类,可分为军用船舶和民用船舶两大类。在军船的研发过程中常涉及到强度、刚度、振动与噪声、抗爆性、疲劳、总体性能、快速性、操纵性与耐波性、稳定性等多方面的技术问题。民船的设计往往更偏向于提高结构强度、载重量和快速性等方面,主要技术问题集中于结构强度与水动力性能方面。

行业应用三:桥梁建筑行业(结构力学仿真)

CAE软件通过仿真模拟能够实现对桥梁进行较为准确的受力分析,模拟其在各种工况下的动态反映,对桥梁的安全控制有着重要现实意义。具体来说,CAE有限元分析可以用于模拟各类桥梁的受力、施工工况、动荷载的耦合等。静力分析中,可以较精确的反映出结构的变形、应力分布、内力情况等;动力分析中,也可以精确的表达结构的自振频率、阵型、荷载耦合、时程相应等特性。


第四章:CAE发展历程

  • 全球CAE行业发展历程
    主要分为技术萌芽(1960-1970s)、快速发展(1970-1990s)、壮大成熟(1990s-至今)
    CAE技术萌芽:1960-1970s
    这一阶段,有限元理论开始发展,分析对象主要是航空航天设备结构的强度、刚度及模态试验分析,技术条件表现为计算机的硬件内存少、磁盘空间小,计算幅度慢。
    CAE商业化起源于NASTRAN,脱胎于航空工业。1966年NASA为满足当时航空航天工业对结构分析的迫切需求,提出了发展世界上第一套泛用性的有限元分析软件NASTRAN的计划。该计划由计算机科学公司CSC牵头,MSC公司参与。MSC公司成立于1963年,始终从事计算机辅助工程领域CAE产品的开发和研究,参与整个NASTRAN的开发过程,该计划的实施标志着CAE脱离学术研究,通用有限元软件第一次真正意义上投入到工程实践中。1969年NASA推出了第一个NASTRAN版本,成为COSMIC NASTRAN,即后来的NASTRAN level 12。
    CAE软件快速发展:1970-1990s
    1970-1990年代是CAE技术蓬勃发展的时期,SDRC、MSC、ANSYS等公司在技术和应用继续创新的同时,新的CAE软件迅速出现。有限元分析技术在结构分析和场分析领域获得了很大的成功,从力学模型开始拓展到各类物理场(如温度场、磁场、声波场)的分析;从线性分析向非线性分析(如材料为非线性、几何大变形导致的非线性、接触行为引起的边界条件非线性等)发展;从单一场的分析向几个场的耦合分析发展。出现许多著名的分析软件如MARC、I-DEAS、ANSYS、ADAMS、ABAQUS、PHOENICS与FloTHERM等,使用者多数为专家且集中在航空、航天、军事等几个领域。
软件名称主要功能
MARC重点处理非线性结构和热力学问题
NASTRAN大型结构有限元分析软件
I-DEAS提供非线性求解器,功能强大的设计软件
ANSYS功能强大的有限元分析与优化设计系统
ADAMS应用于机械系统运动学,动力学仿真分析
ABAQUS重点应用于结构非线性分析
PHOENICS最早的计算流体与计算传热学(CFD/NHT)商用软件
FloTHERM用于电子系统内部空气流及热传递的分析程序


1990年至今:CAE软件壮大成熟
自1990年以来,CAE软件积极扩展CAE本身的功能,领域出现吞并的市场局面,大的软件公司为了提升自己的分析技术、拓展应用范围,不断寻找机会收购小的专业软件商,CAE软件本身的功能得到极大提升。同时,CAD技术的不断升级为CAE技术的推广应用打下了坚实的基础,各大分析软件向CAD靠拢,发展与各CAD软件的专用接口并增强软件的前后置处理能力。CAE应用领域拓宽,使用者从分析专家转向设计者和设计工程师。
1999年,MSC收购了UAI和CSAR,成为市场上唯一一家提供Nastran商业代码的供应商。由于其垄断定价的地位阻碍了市场竞争,NASA向美国联邦贸易委员会提出申诉,最终美国FTC判定MSC Nastran垄断市场,其源代码必须公开。而后,UGS根据MSC提供的源代码、测试案例、开发工具和其他技术资源开发出了NX Nastran,使得源于NASA的Nastran一分为二,二者保持数据兼容。2003年9月,NX Nastran产品正式发布,UGS承诺将全力开发支持NX Nastran和NX Nastran的前后处理器(NX MaterFEM,Femap、NX Scenario),并在两年中每年推出两个NX Nastran新版本。2007年UGS被西门子收购,2008年推出的NX6产品已将其技术集成到NX系列中。

  • 国产CAE行业发展历程
    由于计算机条件限制,尽管上世纪60年代我国有限元理论已经成熟,单有限元软件主要基于分析功能研发。70年代初期,国内出现具有自主知识产权的有限元分析软件,尽管该类软件具有较强的理论水平和技术能力,能够解决特定领域的专业问题,但是软件的通用性和适用范围相对局限、缺乏整体竞争力,而且软件的市场推广、后续服务能力不足,限制了此类本土CAE软件的市场化及产业化进程。


上世纪70-90年代,国外商业CAE软件进入稳定商业化运作期,其软件已不具备明显的行业特性,并且因为具有较快的求解速度和较高的稳定性、专业性,同时对于工程课题研究或者产品设计具有较强的便利性,在制造业装备和产品研发中的应用广泛度逐渐提升,占据领先的市场地位。国内CAE软件的发展受限于资金投入不足等因素,从基础研究到工程应用、再到软件商业化的进程受阻,发展缓慢。

  • 近十年国家政策引导
    21世纪以来政府陆续出台了一系列扶持政策以推动CAE行业发展。政府出台的行业支持政策有助于推动CAE技术发展、健全行业标准体系、促进CAE软件行业应用、加快建立产业生态体系,对于助力下游工业企业智能化、信息化进程具有重要意义。行业下游汽车、工程机械、航空航天等行业的市场需求持续增大,刺激CAE市场容量释放。
年份政策相关内容
2012《软件和信息技术服务业“十二五”发展规划》提出推动计算机辅助设计和辅助制造(CAD/CAM)、计算机辅助工程(CAE)、制造执行管理系统(MES)等工业软件在航空、航天、机械、汽车、电子等工业领域的广泛应用。
2013《国务院关于促进信息消费扩大内需的若干意见》提出加快推进工业软件产业化,以工业控制系统软件的应用促进企业信息化进程,提升企业集成应用和业务协同创新水平
2015《中国制造2025》提出加快提升智能设计仿真、制造物联与服务等高端工业软件技术,开发高端工业平台软件和应用软件以及推进工业软件体系化发展和产业化应用
2017《软件和信息技术服务业发展规划2016-2020》提出要大力发展高端工业软件的研发和应用,提高工业软件产品的供给能力,强化软件在支撑制造业中的基础性作用
2019发改委修订发布《产业结构调整指导目录(2019年本)》发行人从事的业务属于“鼓励类”中的“信息产业”中的“计算机辅助设计(CAD)、辅助工程(CAE)等工业软件。
2019《工业和信息化部关于加快培育共享制造新模式新业态,促进制造业高质量发展的指导意见》提升企业数字化水平。培育一批数字化解决方案提供商,结合行业特点和发展阶段,鼓励开发和推广成本低、周期短、适用面广的数字化解决方案。加快推进中小企业上云,推动计算机辅助设计、制造执行系统、产品全生命周期管理等工业软件普及应用,引导广大中小企业加快实现生产过程的数字化。
2019《工业和信息化部关于加快培育共享制造新模式新业态促进制造业高质量发展的指导意见》提升我国企业的数字化水平,培育发展一批数字化解决方案提供商,结合行业特点和发展阶段,加快推动计算机辅助设计、制造执行系统、产品全生命周期管理等工业软件普及应用,引导广大中小企业加快实现生产过程的数字化。
2020《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》在财税政策、投融资政策、研究开发政策、进出口政策、人才政策、知识产权政策、市场应用政策、国际合作政策等方面,对集成电路企业和软件企业进行支持。大力发展符合条件的集成电路企业和软件企业在境内外上市融资,加快境内上市审核流程。
2021《“十四五”智能制造发展规划》开发面向产品全生命周期和制造全过程各环节的核心软件,包括CAD/CAE/CAPP/CAM/PLM/PDM等研发设计类软件,MES/APS/EMS等生产制造类软件,ERP/SCM等经营管理类软件
2021《“十四五”软件和信息化技术服务业发展规划》重点突破工业软件,研发推广计算机辅助设计、仿真、计算等工具软件,大力发展关键工业控制软件。突破三维几何建模引擎、约束求解引擎等关键技术,探索开放式工业软件架构、系统级设计与仿真等技术路径。重点支持三维计算机辅助设计、结构/流体等多物理场计算机辅助计算、基于模型的系统工程等产品研发。


2006年以来,国内CAE下游各行业应用领域市场需求庞大,尽管国外CAE软件厂商在市场中具有较强的领先优势,但不能完全满足中国工程、制造业等领域内研发、生产、制造、建设等环节中的仿真设计需求,市场中存在较多围绕特定行业应用而催生的CAE软件二次开发业务,为中国本土CAE软件的市场化发展提供契机。

驱动因素市场和国家政策双驱动,制造企业更注重自主产品研发,推动了对PLM产品与解决方案需求的增长市场表现2010年全球PLM收入163亿美元,其中增长最快的是仿真和分析方向,同比增长12.3%,达到24亿美元
中国CAE市场的增幅有所加快。CAE软件的应用面逐渐由大型企业扩展到中型企业2006年第四季度MSC的中国营业额达到历史最高水平,安世亚太增长十分抢眼,ATE、奥汰尔、上海飞昂也有显著增长
中国本土CAE软件开发商数量增多,行业竞争力逐渐加强,发展迅速除了航空航天、船舶等军工行业是CAE的传统市场,汽车行业和消费电子行业的CAE市场也呈现蓬勃发展的势头


21世纪初国内CAE行业进入快速发展时期以来,大量专注于CAE的公司成立,其中代表如上海索辰、安世亚太、前沿动力、云道智造、英特仿真、索为系统、南京天洑、十沣科技等。




第五章:CAE市场规模
2020年全球CAE市场规模约80.2亿美元,根据kbvsearch,2016年到2020年市场规模复合增速为12.5%。根据华经情报网,2020年中国CAE市场规模约61.8亿元,2016-2020年市场规模复合增速为18.6%。中国CAE市场规模占全球比从2016年的9.3%上升到2020年的约11.5%。
市场结构较为稳定,有限元分析是最为主要的组成部分。从全球CAE市场结构看,有限元分析是其中最为主要的组成部分,其次是流体力学分析、多体动力学分析和仿真优化,有限元分析市场规模占比在2014、2015、2019年分别为56%、53%、56%,流体力学分析占比分别为23%、25%、26%。从趋势看,整体结构较为稳定。

  • CAE市场发展要点
  1. 市场驱动力:产品可用性是关键因素
    是否运用仿真解放实验,本质是收益和风险的权衡:收益在于降低成本,风险在于仿真结果与实验结果可能存在一定误差。从CAE的角度看,软硬件进步改善了用户体验,拓宽了产品能力边界,理论和工程实践层面的进步提升仿真可靠性是市场发展主要的驱动力。
仿真实验
支出成本相对较低,主要是计算机设备的购买、维护以及仿真的相关费用成本较高,涉及物理设施的购买与安装,如风洞实验室等
时间快速仿真计算实验从设计到建造到测试需要较长时间,物理结构变动也需要花费时间
安全虚拟仿真较为安全环境本身存在一定危险性
系统误差模型及设备存在系统误差不存在系统误差
后续工作需要经过验证确认取一系列统计量即可
  1. 计算机软硬件能力提升拓宽CAE能力边界
    计算机计算、存储能力的提升拓展了CAE产品的能力边界,使得理论的进步得以在现实中实现,通过提供更加强大的算力及更先进的图形技术,支持了更贴近现实的物理模型及更高精度的数学求解方法的实现,并且在对结果的分析方面,通过智能分析等技术进一步提升仿真的实践指导意义。
    随着计算、存储能力的不断提升,CAE产品的能力边界不断被拓宽,表现为更丰富的数学求解方法(如有限元方法拓展、与其他数值方法联合求解)、更丰富的产品功能(如从求解器向前后置处理软件拓展)。


以汽车仿真功能变化为例,随着计算机计算、存储能力的提升,汽车仿真在不同的细分领域应用深度不断拓深,从简单的、低频的、低精度的领域向复杂的、高频的、高精度的领域拓展,应用深度进一步提升。

以汽车为例,仿真功能逐渐进步
领域传统80年代后
振动分析低频范围、固定值、固有模式的震动水平等特性传统构件、相对评价更大规模、更高精度、中高频率范围整车振动研究、结构最优化设计开发系统音响和构造的耦合分析技术
碰撞分析以车架、质量、吸能元件对车体变形进行工程分析研究车体和保险杆分析对发动机、悬架等所有的车体进行分析精度进一步提升
流体分析发动机气缸内气体流动和燃烧分析车身流体力学、发动机进气道、气缸内气流、水道水流及液压部件
优化设计十几个变量结构尺寸参数优化上万个变量结构形状优化增加敏感性分析功能
  1. 智能化技术提升CAE效率,人工智能技术可与仿真的多个环节结合。
    人工智能技术能够与CAE的多个环节相结合,提升CAE的易用性和使用效率。一方面表现为通过AI技术总结经验的功能,部分替代需要人工参与的环节或为人工提供辅助,增强易用性,如AI提供边界条件,AI提出修改建议等。另一方面,通过AI算法训练代理模型,有助于提升计算速度,降低成本。

  1. 云仿真技术推进CAE应用拓展
    云端CAE建设包含两种模式:求解环节云化和全环节云化。
    求解环节云化,用户在本地建立模型,将模型、载荷文件上传,在云端调动求解器进行求解,随后将求解结果下载到本地进行后处理。此种模式优势在于调用的往往是通用求解器,具有较强的通用性,且实践较为简单。
    全环节云化:该模式不仅包含云求解器,还包括通过网页快速参数化建模、载荷求解设置以及后处理。用户能够在网页端实现从建模到求解,再到可视化分析及后处理的完整流程。
    云CAE提供多端访问、资源分配的灵活性,以ANSYS云平台为例,通过ANSYS Cloud Gateway,可以实现多终端访问,支持电脑、平板或者手机等终端,通过Web形式即可访问数据。通过云模式,用户能够选择所需要的计算资源,在计算资源运用上具有一定的灵活性,有助于提升计算的速度。
  2. CAE与CAD协同不断推进
    从历史演进看,CAE与CAD的合作不断在推进。90年代,CAD公司与CAE公司开始出现合作趋势,两款软件逐渐通过数据接口或者商品化框架集成。2000年之后,CAD厂商开始对CAE软件进行并购,最终形成了比较完整的软件体系,而且从底层数据结构的层面上实现了二者的融合。
19941996199819992001
PTC并购Rasana(设计优化与模拟PTC收购Reflex(专案建模与管理软件技术)EDS收购Solid Edge(建模)EDS收购Applicon(建模)Dassault收购SRAC(CAE厂商)
20012005200720072008
ANSYS收购CADOSE S.A(CAD/CAE)Dassault收购Abaqus(CAE厂商)Siemens收购UGS(原EDS)PTC收购CoCreate(绘图、建模)Autodesk收购Mold flow(注塑成型仿真
20082011201420162016
Autodesk收购ALGOR(CAE厂商)Autodesk收购Cfdesign(CAE厂商)ANSYS收购Space claim(3D建模工具)Dassault收购CST(电磁仿真)Siemens收购CD Adapco(CAE软件)


在工程实践中,CAD与CAE的系统主要依赖三种途径。一是采用同一公司开发的集成化软件:二是利用大型商用软件之间的数据接口程序,但该方法对于对接双方彼此的软件版本有严格要求;三是利用应用程序与标准数据之间的数据交换界面,以标准格式为媒介实现二者的数据传递。
集成化软件的开发与数据接口需要公司、产品之间的配合,而统一数据标准的建立则有助于推动CAD与CAE协同进一步的推进。
数据交换标准的建立使得不同的子系统之间、不同模块间的数据交换能够顺利进行。上世纪80年代,行业诞生了IGES、PDDI、PDES等多个数据交换规范标准。
STEP数据标准由ISO制定,在3D的CAD模型文件中应用广泛,国际标准化组织ISO所属工业数据分技术委员会为解决各种CAD系统之间的不兼容问题,从1983年开始着手组织制定一个统一的数据交换标准STEP,为产品规定其生命周期内唯一的描述和计算机可处理的信息表大形式。至1994年已完成其中12个分号标准,随后该标准被美国波音公司等11家航空巨头、美国海军及大量工业客户采用。
CAD与CAE协同意义:CAD技术的出现,使得设计人员可以用计算机而非图板进行产品二维图形的设计。而随着计算机技术的不断突破,CAD技术逐渐从计算机辅助绘图发展演变为计算机辅助设计技术,即直接采用三维模型进行产品设计。在三维模型发展过程中,CAD技术经历了从线框技术到曲面技术,再到实体造型技术的发展。其中,由于实体造型技术能够比较精确地表达零件的全部属性,因此在理论上为统一CAD与CAE的模型表达奠定了基础。

特点优势劣势
线框模型用直线或曲线表示三维物体可以利用物体三维数据产生任意视图;数据量小,结构简单可以利用物体三维不便于处理曲面立体,无法识别面和体
曲面模型完整定义三维实体的表面对于设计、制造复杂自由曲面为主的壳体或表面有明显优势无法表达产品的高级信息,难以构造复杂零件的几何形状
实体模型记录全部点、线、面、体的拓扑信息完整且无二义性地表达实体;在物体可视化表达上更加出色只考虑了图形显示要求,而没有考虑其他生产环节集成的需要


CAE软件在与CAD的融合过程中不断强化其前处理能力。上世纪90年代,在发展Windows界面应用的过程中,CAD与CAE开始进行融合。其中,CAE软件通过积极发展对各CAD软件的专用接口,便于高质量模型的导入,减少了几何清理的难度,大大增强了软件的前处理能力。前处理能力的增强有助于提升CAE的求解效率。CAE前处理是将CAD数据转换为在某种工程问题下可计算的数值模型的过程,主要流程包括几何处理、网格划分、材料设定、约束加载和输出定义。

前处理能力的增强有助于提升CAE的求解效率
几何处理修复CAD绘图中松散链接的三维表面,同时移除细长表面、合并多余的小边,保证分析时表面能够形成符合要求的单元分布
网格划分模型分割为很多较小的域,并在这些单元上求解方程,通过不断细化网格,最终实现对真实解的不断逼近
材料设定考虑材料的物理属性,为几何每个部分指派不同属性材料,确保参考点之间形成有效间隔
约束加载定义模型的几何域、边界、边和点,减少模型不必要的运算
  1. 虚拟现实技术的发展改善了CAE使用体验。
    虚拟现实技术运用计算机图形构成的三维空间产生一种人为虚拟的环境,使得用户在视觉上产生沉浸于“现实”环境的感觉。随着专用于图形和多媒体信息处理的高性能DSP芯片发展,计算机的图形处理能力迅速提高,加之三维图形算法、参数化建模算法的发展,快速真三维的虚拟现实技术将会不断地发展成熟。由此带来的,是CAE软件在复杂的三维实体建模及相关的静态和动态图形处理技术方面的新发展。
  2. CAE产品逐步降低人为因素的影响
    人在仿真中的作用仍然重要:CAE产品在工程中仍然是处于辅助的地位,人的经验在其中仍然起着重要的作用,这使得CAE仿真过程的产品化受到一定的限制,智能化技术的运用在一定程度上能够改善这一问题,此外,专业的咨询团队外包也一定程度上改善了这一问题。
    在利用CAE进行仿真分析的过程中,CAE软件的角色只是作为辅助工具,核心参数的界定,模型的简化,结果的分析都需要与人的工程、理论知识相结合。在产品化过程中,人为因素的降低成为推动CAE推广的重要动力。


对于重要仿真模型的参数,来源包括外部及内部两大途径,均与工程积累密切相关。其中,外部来源如通过供应商提供或行业规范、参考文献等,而外部标准来源本质上是来自于现有的工程实践的积累;内部来源包括实验、拟合、内部规范等途径,内部规范往往在比较成熟的仿真流程中,随着经验的积累逐步形成。对于较新的仿真流程,往往内部需要通过实验获得参数。

  1. CAE仿真规范的逐步建立推进CAE行业发展
    CAE发展的早期时代,存储空间有限,所能容纳的数据收到限制。随着PC硬盘容量的不断提升,更多的计算模型、标准规范、设计方案等知识性信息被纳入CAE软件的数据库中,使CAE数据库及数据管理软件迅速发展,高性能的面向对象工程数据库及管理系统出现在新一代的CAE软件中。
    企业建立CAE仿真分析规范,有助于提升CAE仿真的规范化、标准化程度,规范的建立需要企业通过试验和仿真相互校核建立标准,并通过积累、更新机制不断完善规范,本质是企业工程分析经验与知识的凝练。
    分析工程师由于专业知识背景、软件掌握能力、产品理解程度不同,可能导致模型简化、网格划分、边界处理上的不同,影响分析结果可靠性。通过建立仿真规范,对各个环节规范指导,有助于加强结果可靠性,利于CAE的推广。
明确产品的性能要求确定性能指标的评价标准制定有限元建模标准确定计算结果的处理方法
一个产品具有不同种类的性能要求,首先确定哪些性能指标需要进行仿真分析验证需要在对同类产品进行大量试验测试,计算分析、质量事故统计,参考相关标准的基础上形成网格质量标准、边界条件与载荷标准、材料数据、连接模拟标准(螺栓、电焊、缝焊等),需要在大量试验测试结果与计算结果相互校对基础上形成最终的计算结果可能需要在已有的计算输出中进行进一步的数据处理,才能与试验测试结果和评价指标进行比对

CAE仿真规范建立是CAE软件应用的重要推动力。航空航天、汽车领域仿真标准率先建立,CAE相关的应用也得到了较好的推广。随着更多行业内仿真标准的建立,CAE有望在更多行业内获得使用。

  1. CAE咨询帮助企业解决复杂场景问题
    CAE咨询是给客户提供实际工程问题的CAE仿真解决方案,同时也配套方案后面所能提供的一系列技术服务,具体可以包括网格设计和划分、结构线性与非线性分析、CFD分析、动力学分析、流固耦合分析、优化分析等,通过CAE咨询,为客户提供量身定制的解决方案,并通过CAE技术解决客户的实际工程问题。
    几乎所有的咨询类公司也都是基于目前市场上较为通用的CAE软件提供工程实际问题的解决方案,不过随着软件二次开发技术的越来越透明,所需解决的问题越来越复杂,针对工程问题的二次开发定制也逐渐应用的多起来。
  2. 仿真效果的逐步优化
    仿真本质是用物理模型模拟现实,用数学求解物理模型,再用数学结果指导现实,过程中可能产生三重误差,物理理论、数学理论的发展、工程实践的积累等途径有助于从不同侧面减少仿真的误差,改善仿真效果,增强仿真的实践指导意义,成为CAE产品应用的重要推动力。


CAE利用的算法往往是通过数学方法获得数值解,方法本身具有局限性,存在不可避免的误差,可能影响最终的效果,而通过合适的算法改进,可以针对特定的应用尽可能减少误差,成为推动CAE在细分领域推广的重要动力。


CAE算法本质是数学理论的应用,数学理论的进步推动算法的提升,从而能够对更加复杂的物理模型进行计算求解,CAE解决问题的能力也由此进一步提升,随着数学理论的进步,CAE所能解决的问题从线性、单体建模、单一场分析、尺寸参数优化进步到非线性、多体系统、多物理场耦合、形状优化。
算法的演进有助于其向更多的应用范围拓展,以有限元算法为例,从最初的求解结构的平面问题不断拓展,由二维扩展到三维、板壳问题,由静力学拓展到动力学、稳定性问题,由机构力学扩展到流体力学、电磁学、传热学等,由线性扩展到非线性问题,由弹性材料扩展到弹塑性、塑形、粘弹性、粘塑性和复合材料。

  1. 不同的计算特点适用不同计算场景

从计算耗费资源及精确度看,有限元法和边界元法在低频场景较为适用、统计能量分析法、声线声锥法较适用于中高频场景。

算法计算特点适用场景
有限元每个单元的声学特征参数可以不同,基于波动方程,中高频段开销较大,且精准性难以保证低频段内部空间的声学问题,非均匀或多层媒质中的声传播问题。如室内噪声问题
边界元输入数据少,计算时间短,中高频开销较大,且精准性难以保证开口、闭口或相交的表面
统计能量分析结果准确性很大程度上取决于参数估计,中高频段场景计算成本相对较低预测耦合结构元件和声学容积的噪声和振级、声场与结构间的耦合问题
声线声锥法中高频段场景计算成本相对较低反射面尺寸远大于声波的波长且反射面的粗糙度远小于波长

多物理场耦合在产品开发方面面临数据传递等问题,多物理场耦合理论基础为求解PDE:求解多物理场耦合的理论基础是偏微分方程(PDE),但与但物理场求解不同的是要同时求解多个偏微分方程,即偏微分方程组。由于求解较为困难,实际应用中往往采取变通解法简化计算。多物理场耦合求解涉及数据传递等问题:在多物理场耦合求解中往往根据物理模型对耦合类型进行划分,涉及不同格式数据交互,不同场间数据传递,网格匹配等问题。其中信息传递的精度是影响求解准确性的关键因素。

多物理场耦合求解计算量较大,随着计算机性能的提升,多物理场耦合自90年代至今逐步从理论走向实践,但由于计算量较大,当前的多物理场耦合往往还是采取各种形式的简化方法,仍然涉及多种软件、算法以及数据互换的问题。


第六章:海外CAE龙头分析

  • ANASYS
    ANSYS成立于1970年,致力于工程仿真软件和技术的研发,在全球众多行业中,被工程师和设计师广泛采用,公司重点开发开放、灵活的,对设计直接进行仿真的解决方案,提供从概念设计到最终测试产品研发全过程的统一平台,同时追求快速、高效和成本意识的产品开发。ANSYS公司和其全球网络的渠道合作伙伴为客户提供销售、培训和技术支持一体化服务。据公司官网,ANSYS公司总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡,全球拥有60多个代理,1700多名员工,在40多个国家和地区销售产品。
    ANSYS2006年到2020年营收收入稳定增长,CAGR达14.14%,2020年公司实现营业收入16.8亿美元,同比增长10.9%。此外,公司净利润保持稳定增长,从2007年的0.8亿美元增长至2020年的4.3亿美元,净利润翻了5倍,CAGR达到13.68%。2020年公司净利润约4.3亿美元,同比下降3.8%。
    ANSYS提供多种仿真产品满足不同行业需求,集成化的设计环境,实现了结构、振动、热、流体、电磁场、电路、系统、芯片等多域多物理场及其耦合仿真,满足各个行业的仿真需求,帮助使用者提高设计效率和产品性能,降低成本。

  • Dassault
    Dassault成立于1981年,是一家法国工业软件公司。达索系统公司脱胎于著名的航空制造商达索集团,它在达索集团成立后的很长一段时间力,专注于飞机的研发和制造。达索系统公司主要从事3D设计软件、3D数字化实体模型和产品生命周期管理解决方案,为各行业,提供工业软件系统服务,以及技术支持。
    达索CAE产品主要为SIMULIA。SIMULIA(前身为ABAQUS公司)是世界知名的计算机仿真软件,创立于1978年,其主要业务为著名的非线性有限元分析软件Abaqus进行开发、维护和售后服务,SIMULIA提供了先进的模拟产品组合,可用于多物理、流程集成和优化:Abaqus FEA、fe-safe、Isight、Tosca、Simpack、Simpoe和SIMULIASLM。此外,SIMULIA V5和V6解决方案还允许目前在CATIA V5或V6环境中工作的设计人员和设计工程师执行现实模拟。
  • Siemens

西门子是全球最大的工业软件公司之一。西门子于1847年成立,总部位于德国慕尼黑和柏林,其电子与电机产品是全球业界先驱,并活跃于能源、医疗、工业、基础建设及城市业务等领域。目前在全球拥有385000名员工,公司业务遍布190个国家。西门子CAE方面的布局主要是Simcenter,Simcenter是西门子数字化工业软件开发的一个灵活的、开放的且可扩展的仿真预测分析以及测试应用的工具组合,包含系统仿真、多学科CAE仿真、自动驾驶仿真、测试及测试分析软件。

  • Altair

Altair是一家全球技术公司,在仿真、高性能计算和人工智能等领域提供软件和云解决方案。公司总部位于美国密歇根州,服务于11000多家全球企业,应用行业包括汽车、消费电子、航空航天、能源、机车车辆、造船、国防军工、金融、零售等。公司的仿真驱动创新方法是由公司的继承软件套件提供的,其通过多个学科优化设计性能,包括结构、运动、流体、热管理、电磁学、系统建模和嵌入式系统,同时还提供数据分析和真实的可视化渲染。Altair在CAE领域的主要产品为HyperWorks,HyperWorks是一个企业级CAE仿真平台解决方案,整合了一系列一流的工具,包括建模、分析、优化等。

  • Hexagon

Hexagon AB是一家上市的全球信息技术公司,专注于硬件和软件数字现实解决方案。公司成立于1992年,总部位于瑞典斯德哥尔摩,在英国,意大利,法国,日本、美国、巴西、荷兰和中国均设立有直属机构,通过各地的子公司和经销商网络,产品已遍布超过45个国家,全球装机量实现135000以上。2017年2月2日,Haxagon集团宣布并购MSC软件公司,MSC的CAE产品包括集成解决方案、求解器解决方案、建模解决方案等。

  • Autodesk

Autodesk是全球知名的二维和三维设计、工程与娱乐软件公司之一。公司为制造业、工程建设行业、基础设施行业以及传媒娱乐业提供卓越的数字化设计、工程与娱乐软件服务和解决方案。自1982年AutoCAD正式推向市场。Autodesk软件已被用于许多领域,为建筑、工程、施工、制造、媒体、教育和娱乐行业提供软件产品和服务,包括从美国世贸中心到特斯拉电动汽车的项目中。Autodesk主要CAE产品包括Inventor Nastran、Moldflow、Fusion360、Autodesk CFD等。

  • ESI

法国ESI集团是世界领先的世界领先的虚拟工程软件及服务供应商,其在虚拟样机方面建树颇高,同时在工业CAE领域也是专家级别的存在。ESI集团成功的关键是使用真实的材料物理特性,提供“真实”的虚拟解决方案,以便替代繁琐的物理样机试错过程。ESI集团的业务逐年持续稳定增长,总部设在巴黎,在全球有近850名专家通过分公司、办事处和代理机构为三十多个国家提供软件销售和技术支持服务。

  • ADINA

ADINA主打CAE产品为ADINA。公司创立于1986年,总部位于美国马萨诸塞州。该公司专门致力于开发能够对结构、热、流体及流构耦合、热构耦合问题进行综合性有限元分析的程序—ADINA,从而为用户提供一揽子解决方案。ADINA的客户群遍布全球,包括航空航天、汽车、生物医学、建筑、国防、成型、高科技、机械、核能和石油和天然气行业的大公司,以及许多大学和研究机构。

国内CAE厂商


公司名称成立时间主要产品主要技术方向投融资信息云计算、AI、数字孪生结合应用
中国科学院电工研究所1963EMP bridge研发数值模拟仿真与可视化分析的科学与工程计算软件
海基科技1996Hi-Key DeSims,MSIMS等工业软件研发与仿真服务
安世亚太2003PERA SIM、PERA SIM Cloud、PERA Hysim等工业仿真软件研发及仿真技术服务2022年低,获得中网投、京国投基金、中车资本、龙门基金等多家机构联合投资,金额未披露云计算:长期重视云计算,开发了仿真云平台PERA SIM Cloud,以SaaS云服务的方式为用户提供各种仿真工具、仿真应用、计算服务、存储服务等数字孪生:2019年设立数字孪生体实验室,专注于数字孪生技术的研发与发展,打造数字孪生平台产品和解决方案,实现多项深入应用案例
世冠科技2003GCAir、GCKontrol工业软件系统仿真技术开发与应用2022年7月获得千万元人民币战略融资、上汽集团旗下尚欣资本、中国汽车芯片联盟联合投资数字孪生:打造了支持数字孪生技术的MBSE国产工业软件-建模、仿真、测试一体化仿真平台GCAir并得到成功应用
析模科技2005--CAE/CFD软件与工程技术工程咨询
索辰科技2006Aries、Virgo、Polaris、Taurus、Somap、Lab works、EMT、Galaxy等CAE软件研发、销售和服务已过会提交注册,上市前估值37亿元云计算:工业仿真云平台Galaxy结合了索辰各类工程仿真和高性能仿真计算技术及软件,以云服务方式提供仿真分析所需的各类资源
索为2006SYSWARE平台产品、SYSWARE工程产品CAE技术软件化
超算科技2006超算有限元分析系统、超算GPU并行有限元分析系统工业与工程设计计算软件开发与应用
瑞丰协同2007DENOVA、TACS、WILSIMU、Transvaior、VTAS等工业软件系统及发动机控制新三板挂牌
霍莱沃2007RDSim三维电磁仿真软件、RDSim相控阵设计优化软件、RDSim复杂电磁环境仿真软件电磁仿真及校准测量技术的研发及应用
中仿智能2007FLIHTLAB、AAA、iFSim、iFDM、PSW、DesignFOIL、ADS、JMatPro、ADINA Multi physics、GeoStudio、Rocscience等仿真技术研究和产品开发
前沿动力2007工程力学仿真平台ADISimworks,流体(HCFDlab、ChCFDLab、OverCFDlab、SCFDlab),结构(FEMlab、Blade sign、MPMlab),噪声(CAAlab、FastCAALab),多物理场耦合产品(HFSLAB、SFSILAB、OVERFSILAB)、CAE仿真云平台ADI.SIMCloudCAE软件研发、销售和技术服务;装备数字孪生系统、数字样机研发;SaaS云平台研发和技术服务数字孪生:参与制定了由全国信标委组织的《信息技术数字孪生》、《装备数字孪生白皮书》等行业标准和白皮书制定工作,并计划在下一代产品中打造面向复杂产品全生命周期设计、制造和管理的数字孪生研发平台
致卓信息2007Wave Bench提供电磁产品开发流程、设计仿真工具、试验测试系统和工程技术服务
同元软控2008MWORKS平台、MWORKS.Syslab、MWORKS.Sysplorer、MWORKS Syslink、MWORKS.Toolbox、MWORKS.Library系统级设计与仿真工业软件产品研发与服务AI:基于异思MindSpore的MWORKS AI工具箱将原有的仿真建模和AI模型有机融合,可以大幅度减少产品的研发成本数字孪生:依托MWORKS平台,为企业提供数字孪生体机理-数据高精度模型开发、管理、运行和应用服务
积鼎科技2008Virtual Flow、CFDPro多相流分析软件研发及技术服务2023.01.19完成数字千万战略融资,鲁信创投领投,广发乾和共同参与
荣泰创想2008MCLink、XFIELD、MIRROR、RiFlow、Rsight计算流体力学领域软件产品及项目研发
英特仿真2009INTESIM -DesignPlatform(建模与仿真可视化平台)、INTESIM-MultiSim(多物理场仿真及优化平台)、INTESIM-eManager(综合仿真管理平台)自主可控的国产CAE软件研发数字孪生:推出数字孪生实时仿真产品INTESIM-dTwins,结合英特仿真自身建模、仿真及可视化等技术,依托INTESIM多场求解器,做到实时仿真、提前预测,同时根据优化目标对产品的重要指标做出优化反馈,目前已广泛应用在自动化生产先,发电设备设计和智能运维、以及数字孪生人等多个领域
元计算2009FELAC.IDE、http://FELAC.EDU数值仿真计算程序研发和自主CAE应用软件开发
四海广达2009FEMtools、Laminate Tools有限元模型的验证和修正、复合材料设计-分析-制造一体化、仿真分析流程平台开发
奥蓝托2010NaViiX-CFD、simWorks-CAE、iDesigner-APP、iMDO、iMathSim、iCloud等仿真软件研发及集成服务、实验测控、系统研发平台及管理信息化云计算:iCloud综合应用云服务系统可基于公/私有云建立支持分布的计算资源调度,并提供基于云计算的轻量化应用服务AI:iDesigner、iCloud产品具备基于机器学习、深度学习的数据分析能力,可以对海量仿真结果数据进行专业分析,还拥有融合AI与大数据分析方法的数据知识化引擎,可提供图形化、拖拉拽式数据分析流程定义数字孪生:Lab DAC产品可实现以数字孪生为核心的采存管用全生命周期管理,同时,仿真业务方向上半物理仿真、战场仿真等可结合试验数据进行虚实融合的专业仿真,实现数字孪生在装备仿真领域的应用
极道成然2010GDEM-DAS、GDEM-BlockDyna、GDEM-Pdyna、GDEM-Seepage、GDEM-Env等高效并行数值模拟软件研发与销售,提供高性能计算全面解决方案
天洑软件2011AICFD、AIFEM、AIPOD、DTEmpower、AIPiPE等将人工智能技术与仿真技术相融合,开发覆盖工业产品研发流程的全链条软件产品2022.07.19完成C轮亿元融资,由纪源资本和君联资本联合领投,云启资本持续加注AI:将AI技术融入到其CAE产品并形成特色功能,例如在流体计算中,利用AI实现计算加速和快速预测
华如科技2011XSimStudio、Link Studio、LORIS、XSimCloud、SysPrime、XSimModels等围绕建模仿真、人工智能、虚拟现实和大数据四大技术板块已上市AI:以CAE+AI技术赋能军事业务,推出全栈式军事智能决策解决方案及AIStudio军事智能模型训练平台
东峻科技2011East Wave研发商业化全波电磁/光电仿真软件
安怀信2012信威仿真模型验证与确认系列软件、思湃系统工程数字化管控平台、迪狐设计工艺性检查工具正向研发软件及服务
波克2012Aerobook、MatBook、强度快速迭代设计平台等提供符合材料产品的“材料-设计-仿真-工艺-验证”一体化正向研发流程、技术体系和软件平台,被云道智造并购云计算:材料云平台在共享商业模式、数据获取、数据库架构三方面探索出新模式,为行业共享材料数据库提供了创新的解决方案
智仿神州2013ISIDAS、FEPG等CAE软件研发、销售和工程咨询
迪捷软件2013SkyEye、ModelCoder和DigThread提供嵌入式Devops、MBSE和数字装备产品及解决方案于2022年初完成Pre-A轮千万级融资,由深圳正选投资领投,启迪之星创投联合投资
灵思创奇2013实时仿真机、实时仿真软件包、链路控制产品、sPIDER高速映射内存网络提供仿真测试验证工具
云道智造2014Simdroid、Simcapsule等CAE根技术研发2022年2月战略融资,估值40亿左右
希格玛仿真2014NSAS等CAD、CAE等工业设计软件与设计平台开发
蓝威数值2014CRAFE、LW-WIND、LW-FSI、LW-HPC、LW-SIM、LW-CRV等基于确信可靠性理论,打造主要行业的基础大数据平台和从CAE到可靠性的产品矩阵云计算:在云计算驱动下,致力打造整合工具、平台加上服务的一体化解决方案
华望系统科技2015M-Arch、M-Design、M-Simwork等系统建模与仿真工具研发
数巧科技2016Simright Platform、Simright 3DLite、Simright Simulator、Simright Converter、Simright Toptimizer、Simright WebMeshe等聚焦云原生的CAE软件研发云计算:长期聚焦云端CAE研发,通过数值仿真技术,优化算法和基于云的系统系统,为企业的产品设计研发赋能。
太泽透平2016TurboTides、Flow System等聚焦透平机械行业CAE工业设计软件研发AI:将AI融入仿真形成了基于AI的自动优化解决方案,提供AI/ML的第四代智能优化算法,对于需要调整大量变量的气动设计优化问题尤其具有优势
适创科技2016SupreCAST、SupreADR、SupreDesign等智能工业设计和计算机辅助工程的研究和应用2022年6月近亿元A轮及A+轮融资,融资由IDG资本、红衫中国领投、亚杰基金、水木清华、方信资本跟投云计算:专注于云原生,旗下产品智铸超云以SaaS形式为用户提供低成本、智能高效的压铸CAE模拟仿真服务
云翼超算2016ESCAAS极限力学仿真软件、ESCAAS工艺仿真软件CAE软件研发、销售、工程咨询、技术服务
速石科技2017FCC、FCC-E、FCP提供仿真研发云平台云计算:致力于构建为应用定义的云,为汽车/智能制造、人工智能等企业及高校科研机构的用户提供云端仿真解决方案
麦粒软件2017Maili、Mdot、Mroad、Mpave、Mslope等无网格法云计算CAE软件产品的研发
云际数字2017快速边界元声场分析软件提供CAE软件产品技术支持和完善的解决方案
励颐拓2018LiToDesk、LoToMesh、LiTosim、LiToView、LiToGeo、LiToDyna等工业CAE软件的开发2022年12月完成战略轮融资,投资方为比亚迪,金额未披露
梅卡尔科技2018PiFlow力学仿真算法与软件工程化开发
合工仿真2018--提供工业仿真与研发创新服务
十沣科技2020TF-QFLUX、TF-Particle、TF-Struct、TF-SimFARM、TF-Pandroid等研发设计类工业软件、数字孪生系统与仿真云服务平台2022年3月10日完成A轮和A+轮数亿元融资,参与方为国家级科创投资平台、地方政府引导基金、基石资本、高瓴创投等数字孪生:计划在融合航空航天、船舶海工、汽车交通等行业知识与应用场景的基础上,打造相应的数字孪生系统及解决方案
迈曦软件2020Mx.Implicit、Mx.Explicit、MxDesign、Node Flow等CAE软件开发与技术服务2022年1月,中车时代高新投资、三一集团、麓谷高新创投、津杉资本、中航联创、湖南麓山科创;2022年9月,深创投战略投资
至博力震2022RFPA、光纤微震监测系统、高性能计算集群系统等岩土工程灾害监测、分析和预警整体方面的力学软件开发

来源:转载于:https://zhuanlan.zhihu.com/p/629550424

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