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                  成都安世亞太科技有限公司
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                  工業仿真軟件技術與產業發展趨勢分析

                      工業仿真技術作為工業生產制造中必不可少的首要環節,已經被世界上眾多企業廣泛地應用到工業各個領域中。隨著智能制造、工業4.0和工業互聯網等新一輪工業革命的興起,新技術與傳統制造的結合催生了大量新型應用,工業仿真軟件也開始結合大數據、虛擬現實、大規模數值模擬等先進技術,在研發設計、生產制造、服務管理和維護反饋等工業各環節中凸顯出更重要的作用。我國工業軟件廠商需把握新技術新市場帶來的機遇,彌補軟件技術短板,找準定位,實現產業的升級與壯大。


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                  一、新技術引領,工業仿真軟件走向智能化

                  工業仿真是對實體工業的一種虛擬,將實體工業中的各個模塊轉化成數據整合到一個虛擬的體系中,在這個體系中模擬實現工業作業中的每一項工作和流程,并與之實現各種交互。工業仿真軟件承擔著對生產制造過程中的建模分析、虛擬現實交互、參數效果評估等重要作用,單純的建模軟件可視為CAD(計算機輔助設計)軟件,而當前仿真和分析常常會結合在一起,通常提到仿真軟件,主要是指CAE(計算機輔助工程)軟件。隨著3D、虛擬現實、大數據、云計算、人工智能等新技術逐漸進入工業仿真領域,工業軟件對工業元素描述更精確、更細致,仿真模型得到持續動態優化,軟件與工業實際應用結合更緊密,虛擬仿真軟件成為了工業軟件未來發展重點。工業仿真軟件呈現以下發展趨勢:

                  工業仿真軟件技術與性能不斷演進提升?;谟嬎銠C群的并行計算、網格計算,基于云和互聯網的集成化協同使仿真軟件的計算能力不斷提升,如美國ANSYS公司推出Workbench仿真平臺包含高性能計算(HPC)功能和并行可擴展性,提升復雜仿真求解能力。另一方面,工程數據庫系統得到不斷豐富與完善,更多部件模型、行業材料、設計方案和標準規范信息納入仿真軟件數據庫,ANSYS 在其EKM產品平臺中提供多物理場仿真數據管理,開放的數據交換功能可集成試驗、第三方和其他物理場的工程數據。同時,計算機圖形處理能力、三維圖形算法和圖形運算發展均有增強,虛擬現實等新技術應用促進實現了真三維和虛擬仿真,沉浸式交互系統使工業仿真更加立體,圖形表現更加真實。

                  多體多態多物理場復雜耦合仿真迅速發展。得益于計算處理、數據支持、圖形化等基礎支撐技術的持續提升,面向多相多態介質、多物理場、多尺度等復雜耦合仿真的新型工業軟件日漸豐富,其實現形式主要有兩種:一是通過開放的數據接口標準進行多仿真系統耦合的聯合仿真,如法國達索系統公司推出Dymola平臺軟件,可基于FMI/FMU接口聯合AMESim、PROOSIS、Simulink等十幾種不同建模工具和機電分系統進行仿真,實現多領域模型聯合求解仿真;二是通過增加仿真模塊,融合先進仿真技術,單系統實現多領域仿真。如瑞典多物理場仿真軟件公司COMSOL不斷整合結構、熱、流體、電磁等多領域世界領先公司和高校最先進求解器技術,推出多物理場復雜耦合仿真軟件,具備超過30 個專業領域附加模塊,在Desktop?集成環境中提供專用物理接口和工具,并擁有世界先進的復合材料求解算法和工程庫。

                  二、產業發展迅速,工業仿真軟件領先廠商動作頻頻

                  全球工業仿真軟件產業格局相對固定,以ANSYS、MSC Software、達索系統、Altair、西門子PLM等為代表的國際CAE/CAD軟件巨頭在技術、產品、市場等多方面均以較大優勢領跑。隨著工業仿真應用日趨廣泛和復雜,并向多學科多物理場景的智能仿真發展,國際工業仿真軟件廠商也開始通過收并購、研發合作等方式,推出新的產品,以期繼續引領產業甚至新一輪工業革命的發展。

                  并購整合,從單一領域向綜合領域進軍。ANSYS近幾年收并購動作頻頻,通過納入多種類型仿真軟件公司的領域和能力,擴展了自身工業仿真軟件的使用范圍和客戶群體。例如其并購ANSOFT和Apache公司,補充強化了電子電磁仿真領域直流、交流電路設計、無線藍牙設計、電磁爐和微波爐的電磁場計算;通過收購軟件開發商Fluent,其加強了流體仿真分析軟件(CFD)功能,提高了模擬流體流動、傳熱、化學反應等問題的準確度;收購Gear Design SoluTIons公司,借助其半導體和電子系統的專用大數據平臺,增強設計驗證的預測精確度。

                  廣結盟友,實現仿真軟件工業功能擴展。部分廠商通過開發平臺,聚集并對接了大量產業鏈伙伴,利用行業資源針對特定工業需求進行仿真軟件的二次開發,實現了工業仿真功能的擴展。例如歐特克(Autodesk)公司推出工業制造仿真平臺fusion 360,支持3D打印實用工具,并集成了來自多個合作伙伴的服務和應用,包括BriteHub的服務、CADENAS的parts4cad應用等,通過不斷擴充優化工業模型與行業資源庫,使其仿真軟件應用范圍從單一產品仿真擴展到工藝與生產線裝配仿真等領域。

                  三、國內工業仿真軟件產業穩步發展,兩大難題有待破解

                  據IDC統計,2015年CAE軟件在制造業各領域的應用日益廣泛,全球保持8%左右的增速,制造企業在產品生命周期各階段對仿真軟件的應用逐漸增多。國內市場上,2015年仿真分析類軟件繼續保持較高增速,實現了近15%的增長,明顯高于其它工具類軟件的增幅。從細分領域來看,航空航天及軍工行業是CAE應用的主要行業,約占42%的市場份額;其次為汽車及交通運輸行業,占據20%的市場份額;電子高科技和工業裝備行業分別占14%和13%市場份額。從應用趨勢來看,工業仿真技術主要應用于大中型離散制造業,尤其是航空航天和國防、汽車、裝備制造及電子高科技等行業企業,同時,能源、鋼鐵、石化等行業的大型企業均開始涉足CAE等仿真軟件產品應用。

                  雖然我國工業仿真軟件市場發展良好,但仍面臨產品技術和產業應用兩大方面的困難和不足。一是產品技術方面,國內工業仿真與設計軟件核心算法產業化能力不強,國外廠商掌握CAE有限元算法和CAD核心幾何內核算法并對其進行產業化推廣,應用******的是Parasolid和ACIS內核,國內企業只能通過授權經營方式使用國外幾何內核,基本不具有自主知識產權的CAE企業,多數廠商基于國外產品二次開發和定制化的基礎上推出產品。二是仿真技術產品的應用兩極分化明顯,廣大中小型企業在仿真技術應用水平上與大型企業有很大差距,工業仿真軟件應用與工業產品設計研發部門脫節,只能將仿真技術作為驗證手段,缺乏仿真流程規范、材料數據庫,仿真技術應用的專業人才缺口較大。

                  四、緊抓機遇,推動我國工業仿真軟件跨越發展

                  我國工業仿真軟件市場潛力巨大,中國制造2025等一系列行動計劃將促使對國內對工程軟件產品的需求進一步擴大,雖然國內當前面臨技術、市場、應用等多方面問題,新一輪工業革命仍然是我國工業仿真軟件產業發展不可多得的機遇,需夯實基礎,補齊短板,盡快實現新一代設計仿真技術在工業中的廣泛應用。

                  一是需要加強頂層設計和系統研究,完善工業仿真軟件產業與政策環境。重點針對沉浸式仿真、三維圖景可視化、衍生式設計等關鍵技術能力和產業薄弱環節,出臺相應扶持政策與保障措施,加快推動國內工業仿真軟件體系化發展和產業化應用。

                  二是突破虛擬現實、大數據分析等高端核心技術,把握新興增長點,加強新型工業仿真軟件的研發和推廣。支持開發通用的三維產品設計平臺、數字化工廠仿真平臺等新型工業仿真平臺,促進行業需求與軟件技術結合,全面推動產業鏈升級,加緊搶占市場優勢。

                  三是加強行業需求結合,通過試點示范推動傳統工業仿真軟件重點應用升級。促進軟件仿真技術與工業技術深度融合,通過聯盟、論壇、會議等形式打造工業領域與仿真軟件領域的技術交流與需求對接平臺,選擇信息化基礎較好的工業企業開展工業軟件的試點示范與創新實踐,持續提升工業仿真軟件應用水平。



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