“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)+數(shù)字仿真”發(fā)展白皮書(shū)

1、前言一、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”發(fā)展背景當(dāng)前，全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入推進(jìn)，數(shù)字仿真軟件作為工業(yè)軟件皇冠上的明珠，加速與大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)融合，在數(shù)字空間對(duì)物理世界運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行全方位、高精度模擬，深刻變革傳統(tǒng)試驗(yàn)手段。ANSYS、西門子、達(dá)索等國(guó)際巨頭企業(yè)憑借技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，打造了一批數(shù)字仿真解決方案，廣泛滲透應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域，不斷鞏固和強(qiáng)化制造業(yè)領(lǐng)先地位。隨著新一代信息技術(shù)與制造業(yè)加速融合，連接工業(yè)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)成為制造業(yè)開(kāi)展數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要載體。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)封裝有大量的云化工業(yè)機(jī)理模型，與數(shù)字仿真軟件形成互促共進(jìn)的

2、發(fā)展態(tài)勢(shì)?！捌脚_(tái)+數(shù)字仿真”成為數(shù)字仿真的重要發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步強(qiáng)化技術(shù)供給、擴(kuò)展應(yīng)用范圍、完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)，功能體系得到全方位提升，更加高效賦能制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。在此需要說(shuō)明的是，數(shù)字仿真的起源是單機(jī)的數(shù)字仿真，近年來(lái)才逐漸衍生出“平臺(tái)+數(shù)字仿真”的發(fā)展趨勢(shì)。因此，第 一章節(jié)，國(guó)際仿真產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)寡頭壟斷態(tài)勢(shì)和國(guó)內(nèi)自主仿真在 探索中艱難前行兩部分主要聚焦數(shù)字仿真，“平臺(tái)+數(shù)字仿真” 創(chuàng)造換道超車機(jī)遇部分主要聚焦“平臺(tái)+數(shù)字仿真”。二、本書(shū)主要內(nèi)容白皮書(shū)分為“平臺(tái)+數(shù)字仿真”發(fā)展現(xiàn)狀、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”趨勢(shì)展望、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”內(nèi)涵特征以及“平臺(tái)+數(shù)字仿真”架構(gòu)體系共四個(gè)部分。本白皮書(shū)中，“平臺(tái)”是指基

3、于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)或工業(yè)云平臺(tái)的通用研發(fā)平臺(tái)，“數(shù)字仿真”是指廣義的基于信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)的仿真。（一）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”發(fā)展現(xiàn)狀該部分主要介紹了國(guó)際、國(guó)內(nèi)“平臺(tái)+數(shù)字仿真”方面的發(fā)展現(xiàn)狀以及該領(lǐng)域的創(chuàng)新探索。從整體、技術(shù)、企業(yè)、生態(tài)等維度對(duì)國(guó)際和國(guó)內(nèi)數(shù)字仿真行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理，通過(guò)對(duì)比呈現(xiàn)出國(guó)內(nèi)外數(shù)字仿真領(lǐng)域的巨大差距。（二）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”趨勢(shì)展望該部分主要給出了“平臺(tái)+數(shù)字仿真”的發(fā)展趨勢(shì)研判。從技術(shù)供給、應(yīng)用范圍、產(chǎn)業(yè)生態(tài)三個(gè)角度分析發(fā)展趨勢(shì)。從技術(shù)供給看，呈現(xiàn)部署方式云化、服務(wù)形態(tài)APP化、新興技術(shù)融合化趨勢(shì)。從應(yīng)用推廣看，使用用戶普惠化、覆蓋行業(yè)多元化、應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜化將成為發(fā)展趨勢(shì)。

4、從產(chǎn)業(yè)生態(tài)看，開(kāi)發(fā)范式自主化、開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)源化、開(kāi)發(fā)主體協(xié)同化將成為發(fā)展趨勢(shì)。（三）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”定義內(nèi)涵該部分主要剖析了“平臺(tái)+數(shù)字仿真”的定義內(nèi)涵。結(jié)合專家、學(xué)者以及企業(yè)代表對(duì)仿真的定義，指明“平臺(tái)+數(shù)字仿真”是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的資源、渠道和能力，構(gòu)建仿真模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展平臺(tái)化仿真服務(wù)的過(guò)程。模型解耦重構(gòu)是基礎(chǔ)，平臺(tái)開(kāi)放共享是核心，新型能力打造是關(guān)鍵。隨著 “平臺(tái)+數(shù)字仿真”的快速興起，將對(duì)制造業(yè)起到提效率、降成本、優(yōu)流程等作用。（四）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”架構(gòu)體系該部分主要介紹了“平臺(tái)+數(shù)字仿真”架構(gòu)體系，可概括為 “一二二三三”，即一個(gè)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的通用研發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)仿真、

5、實(shí)物仿真兩大體系，傳統(tǒng)機(jī)理模型、數(shù)據(jù)算法模型兩類模型，模擬驗(yàn)證、預(yù)測(cè)評(píng)估、迭代優(yōu)化三大功能，以及設(shè)備、產(chǎn)線、工廠三大作用領(lǐng)域。目錄 HYPERLINK l _bookmark0 一、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”發(fā)展現(xiàn)狀 1 HYPERLINK l _bookmark1 （一）國(guó)際仿真產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)寡頭壟斷態(tài)勢(shì) 1 HYPERLINK l _bookmark2 從整體看：美歐一騎絕塵，CAE 技術(shù)積累深厚 1 HYPERLINK l _bookmark3 從技術(shù)看：形成技術(shù)壁壘，多領(lǐng)域知識(shí)系統(tǒng)化富集 1 HYPERLINK l _bookmark4 從企業(yè)看：頭部廠商領(lǐng)跑，并購(gòu)成為主要擴(kuò)張路徑 2 HYPERL

6、INK l _bookmark5 從生態(tài)看：商業(yè)模式成熟，習(xí)慣培養(yǎng)匯聚廣大用戶 2 HYPERLINK l _bookmark6 （二）國(guó)內(nèi)自主仿真在探索中艱難前行 3 HYPERLINK l _bookmark7 從整體看：仿真意識(shí)薄弱，數(shù)字仿真應(yīng)用程度不高 3 HYPERLINK l _bookmark8 從技術(shù)看：遭遇雙向擠壓，尚缺乏高層次仿真產(chǎn)品 4 HYPERLINK l _bookmark9 從企業(yè)看：市場(chǎng)潛力巨大，國(guó)產(chǎn)仿真開(kāi)展多點(diǎn)嘗試 5 HYPERLINK l _bookmark10 從生態(tài)看：公共服務(wù)優(yōu)化，成果轉(zhuǎn)化機(jī)制逐步完善 6 HYPERLINK l _bookmark1

7、1 （三）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”創(chuàng)造換道超車機(jī)遇 7 HYPERLINK l _bookmark12 平臺(tái)聚焦云化架構(gòu)，助力仿真技術(shù)體系升級(jí) 7 HYPERLINK l _bookmark13 平臺(tái)貫穿制造過(guò)程，助力仿真應(yīng)用場(chǎng)景培育 8 HYPERLINK l _bookmark14 平臺(tái)匯聚資源要素，助力仿真生態(tài)體系構(gòu)建 8 HYPERLINK l _bookmark15 二、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”發(fā)展趨勢(shì)展望 9 HYPERLINK l _bookmark16 （一）技術(shù)供給趨勢(shì)：部署方式云化+服務(wù)形態(tài) APP 化+技術(shù)融合 HYPERLINK l _bookmark16 化 9 HYPERLIN

8、K l _bookmark17 部署方式云化，軟硬件集成式演進(jìn) 9 HYPERLINK l _bookmark18 服務(wù)形態(tài) APP 化，仿真軟件加速解構(gòu)重組 10 HYPERLINK l _bookmark19 新興技術(shù)融合化，仿真軟件性能持續(xù)提升 10 HYPERLINK l _bookmark20 （二）應(yīng)用推廣趨勢(shì)：用戶普惠化+行業(yè)多元化+場(chǎng)景復(fù)雜化.11 HYPERLINK l _bookmark21 使用用戶普惠化，仿真市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng) 11 HYPERLINK l _bookmark22 覆蓋行業(yè)多元化，仿真賦能廣度加速拓展 11 HYPERLINK l _bookmark23

9、應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜化，深度模擬工業(yè)場(chǎng)景運(yùn)行 11 HYPERLINK l _bookmark24 （三）產(chǎn)業(yè)生態(tài)趨勢(shì)：開(kāi)發(fā)范式自主化+開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)源化+開(kāi)發(fā)主 HYPERLINK l _bookmark24 體協(xié)同化 12 HYPERLINK l _bookmark25 開(kāi)發(fā)范式自主化，國(guó)產(chǎn)仿真再迎風(fēng)口期 12 HYPERLINK l _bookmark26 開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)源化，應(yīng)用開(kāi)發(fā)質(zhì)量有效提高 12 HYPERLINK l _bookmark27 開(kāi)發(fā)主體協(xié)同化，仿真產(chǎn)業(yè)鏈條日趨完善 13 HYPERLINK l _bookmark28 三、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”內(nèi)涵特征 14 HYPERLINK l

10、_bookmark29 （一）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”的定義 14 HYPERLINK l _bookmark30 （二）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”的內(nèi)涵 14 HYPERLINK l _bookmark31 模型解耦重構(gòu)是基礎(chǔ) 15 HYPERLINK l _bookmark32 平臺(tái)開(kāi)放共享是核心 15 HYPERLINK l _bookmark33 新型能力打造是關(guān)鍵 16 HYPERLINK l _bookmark34 （三）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”對(duì)制造業(yè)的重要作用 16 HYPERLINK l _bookmark35 基于數(shù)據(jù)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)研發(fā)設(shè)計(jì) 16 HYPERLINK l _bookmark36 基于

11、動(dòng)態(tài)交互進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn) 17 HYPERLINK l _bookmark37 基于要素連接開(kāi)展遠(yuǎn)程服務(wù) 17 HYPERLINK l _bookmark38 基于數(shù)字孿生發(fā)揮產(chǎn)品效益 17 HYPERLINK l _bookmark39 四、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”架構(gòu)體系 18 HYPERLINK l _bookmark40 （一）一個(gè)平臺(tái)：基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的通用研發(fā)平臺(tái) 18 HYPERLINK l _bookmark41 （二）兩大仿真：系統(tǒng)仿真+實(shí)物仿真 19 HYPERLINK l _bookmark42 系統(tǒng)仿真 19 HYPERLINK l _bookmark43 實(shí)物仿真 20 HY

12、PERLINK l _bookmark44 （三）兩類模型：工業(yè)機(jī)理模型+數(shù)據(jù)算法模型 20 HYPERLINK l _bookmark45 工業(yè)機(jī)理模型 21 HYPERLINK l _bookmark46 數(shù)據(jù)算法模型 21 HYPERLINK l _bookmark47 （四）三大功能：模擬驗(yàn)證、預(yù)測(cè)評(píng)估、迭代優(yōu)化 21 HYPERLINK l _bookmark48 模擬驗(yàn)證 21 HYPERLINK l _bookmark49 預(yù)測(cè)評(píng)估 22 HYPERLINK l _bookmark50 迭代優(yōu)化 22 HYPERLINK l _bookmark51 （五）三大作用域：設(shè)備、產(chǎn)線、

13、工廠 23 HYPERLINK l _bookmark52 設(shè)備仿真 23 HYPERLINK l _bookmark53 產(chǎn)線仿真 23 HYPERLINK l _bookmark54 工廠仿真 24一、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”發(fā)展現(xiàn)狀（一）國(guó)際仿真產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)寡頭壟斷態(tài)勢(shì)1.從整體看：美歐一騎絕塵，CAE 技術(shù)積累深厚在 CAE 領(lǐng)域，ANSYS、西門子、達(dá)索系統(tǒng)、ESI 集團(tuán)等廠商長(zhǎng)期以來(lái)處于壟斷地位，占據(jù)全球市場(chǎng)的 95%以上。從工業(yè)積累看，美歐企業(yè)工業(yè)底蘊(yùn)深厚。憑借多年的行業(yè)知識(shí)庫(kù)、模型庫(kù)和系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，在數(shù)字仿真產(chǎn)品功能的完備性、業(yè)務(wù)方案的靈活性、數(shù)據(jù)架構(gòu)與分析能力上形成了一定的支配優(yōu)

14、勢(shì)，主導(dǎo)了多項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從 IT 技術(shù)看，美歐產(chǎn)品引領(lǐng)技術(shù)潮流。美歐企業(yè)利用其積累的行業(yè)數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，積極發(fā)展工業(yè)智能、工業(yè) SaaS 等新型服務(wù)模式，謀求工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，通過(guò)收購(gòu)、兼并等方式快速擴(kuò)張、完善技術(shù)體系，加快形成一體化數(shù)字仿真解決方案。 2.從技術(shù)看：形成技術(shù)壁壘，多領(lǐng)域知識(shí)系統(tǒng)化富集 縱觀國(guó)外 CAE 軟件企業(yè)的發(fā)展歷程，國(guó)外仿真產(chǎn)業(yè)始終堅(jiān)持把工業(yè)知識(shí)的沉淀和技術(shù)創(chuàng)新放到首位，立足客戶需求，加速推動(dòng)數(shù)字仿真與工業(yè)化進(jìn)程協(xié)同發(fā)展。一是強(qiáng)化基礎(chǔ)技術(shù)，持續(xù)迭代優(yōu)化。借助數(shù)字仿真軟件，進(jìn)行指標(biāo)、功能、系統(tǒng)等分析，剖析工業(yè)流程中蘊(yùn)含的知識(shí)原理，支撐和指導(dǎo)工業(yè)設(shè)計(jì)。二是發(fā)展關(guān)鍵技

15、術(shù)，滿足特定需求。針對(duì)工程問(wèn)題的重大需求，加快幾何建模、網(wǎng)格剖分、求解器等細(xì)分技術(shù)研發(fā)和迭代，不斷提出新的解決方案并研發(fā)相應(yīng)的工業(yè)軟件。三是融合先進(jìn)技術(shù)，保持領(lǐng)先水平。面對(duì)新一代信息技術(shù)發(fā)展浪潮，國(guó)際仿真巨頭紛紛緊跟人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展步伐，探索基于云平臺(tái)提升仿真能力有效路徑，以此保持自身優(yōu)勢(shì)地位。從企業(yè)看：頭部廠商領(lǐng)跑，并購(gòu)成為主要擴(kuò)張路徑2000 年以來(lái)，國(guó)際各大CAE 廠商并購(gòu)與重組速度明顯加快，在技術(shù)上以通過(guò)并購(gòu)實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展為主。近二十年來(lái)僅 AN SYS、MSC、達(dá)索和西門子這四家廠商就并購(gòu)了 100 多家軟件企業(yè)，力求拓寬企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)“護(hù)城河”，打造體系化解決方案，滿足

16、用戶的多樣化、跨領(lǐng)域需求。例如，ANSYS 為擴(kuò)大自身商業(yè)版圖，收購(gòu)了 ICEM CFD Engineering、CFX、Century Dynamic、CADOE.S.A.、Harvard Thermal、Fluent、Ansoft、 Esterel、Phoenix Integration 等一批知名公司，不斷擴(kuò)充自身技術(shù)支撐體系，提升用戶服務(wù)能力。從生態(tài)看：商業(yè)模式成熟，習(xí)慣培養(yǎng)匯聚廣大用戶國(guó)外優(yōu)秀 CAE 軟件之所以壟斷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，除了其本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)外，商業(yè)化的運(yùn)作也是非常關(guān)鍵的因素。一是培育用戶習(xí)慣。國(guó)外仿真廠商通過(guò)免費(fèi)試用等方式培育了用戶習(xí)慣，使大量工程師在“學(xué)習(xí)-實(shí)習(xí)-入職”的過(guò)程

17、中，形成了對(duì)ANSYS、西門子等仿真軟件的使用慣性，匯聚了一批長(zhǎng)期軟件用戶，從下向上倒逼工業(yè)企業(yè)對(duì)相關(guān)仿真軟件形成依賴。二是深化產(chǎn)研合作。一方面，高校、研究所的技術(shù)研發(fā)借助孵化器或外部資本產(chǎn)業(yè)化，加快技術(shù)成果落地（如斯坦福大學(xué)產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化模式改變了傳統(tǒng)的專利轉(zhuǎn)讓制度，讓學(xué)校的專利可以快速向企業(yè)轉(zhuǎn)讓并獲利）。另一方面，技術(shù)服務(wù)商通過(guò)和用戶企業(yè)不斷交流，加快打造成熟的解決方案產(chǎn)品并向市場(chǎng)大規(guī)模推廣。三是推廣“普惠”仿真。自國(guó)際仿真協(xié)會(huì)提出“DEMOCRATIZING CAE”（大眾化仿真）以來(lái)，仿真行業(yè)加速?gòu)膫鹘y(tǒng)軟件模式向以仿真 APP 為代表的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)模式轉(zhuǎn)型。ANSYS、SIMULIA 等

18、國(guó)際企業(yè)紛紛加快新模式轉(zhuǎn)型步伐，推動(dòng)仿真軟件上云和仿真 APP STORE 建設(shè)。例如，基于 SIMSCALE 仿真平臺(tái)用戶可以得到低門檻、廣連接的仿真體驗(yàn)，不需要下載軟件即可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫模擬仿真，并在社區(qū)進(jìn)行交流。COMSOL 推出的仿真 App 開(kāi)發(fā)器可以提供定制化界面，使開(kāi)發(fā)者通過(guò)簡(jiǎn)單操作實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)仿真，降低應(yīng)用開(kāi)發(fā)門檻。（二）國(guó)內(nèi)自主仿真在探索中艱難前行從整體看：仿真意識(shí)薄弱，數(shù)字仿真應(yīng)用程度不高整體來(lái)看，中國(guó)的 CAE 市場(chǎng)在全球 CAE 市場(chǎng)中的占比較小，這與我國(guó)制造業(yè)增加值占全球制造業(yè)約 30%的制造大國(guó)地位極不相符。比如，2019 年美國(guó) ANSYS 公司的全球總銷售額為 15.

19、16 億美元，同比增長(zhǎng)為 17.16%；在中國(guó)總銷售額為 6473 萬(wàn)美元，占全球總銷售的比例僅為 4.27%，中國(guó)市場(chǎng)銷售收入排在美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)和法國(guó)之后，僅居第 6 位，在中國(guó)銷售額同比增長(zhǎng)為 12.44%。表 1-1 美國(guó) ANSYS 公司全球營(yíng)業(yè)收入分布國(guó)家2020 年 1-9 月2019 年 1-12 月2018 年 1-12 月金額（USD）占比金額（USD）占比金額（USD）占比美國(guó)4.659 億44.05%6.379 億42.08%5.063 億39.14%日本1.338 億12.65%1.622 億10.70%1.460 億11.28%德國(guó)8505 萬(wàn)8.04%1.5

20、88 億10.48%1.405 億10.86%韓國(guó)5411 萬(wàn)5.12%9008 萬(wàn)5.94%7272 萬(wàn)5.62%法國(guó)4422 萬(wàn)4.18%6855 萬(wàn)4.52%6766 萬(wàn)5.23%中國(guó)4202 萬(wàn)3.97%6473 萬(wàn)4.27%5757 萬(wàn)4.45%總計(jì)10.58 億100.00%15.16 億100.00%12.94 億100.00%數(shù)據(jù)來(lái)源：美國(guó) ANSYS 公司各年度財(cái)務(wù)報(bào)告（上市公司財(cái)報(bào)）仿真技術(shù)在我國(guó)普及率較低，根本在于制造企業(yè)對(duì)仿真技術(shù)應(yīng)用的重視程度不夠。由于受到技術(shù)、資金等局限，一些大型制造企業(yè)只將仿真技術(shù)作為產(chǎn)品測(cè)試驗(yàn)證的手段，而部分中小制造企業(yè)甚至很少主動(dòng)使用仿真技術(shù)。

21、不過(guò)，中國(guó)制造業(yè)正處在大規(guī)模轉(zhuǎn)型升級(jí)的進(jìn)程中，隨著大量技術(shù)從跟隨模仿轉(zhuǎn)向自主研發(fā)，必然帶來(lái)對(duì)仿真技術(shù)的大規(guī)模市場(chǎng)需求，這將為國(guó)產(chǎn)數(shù)字仿真發(fā)展帶來(lái)新機(jī)遇。從技術(shù)看：遭遇雙向擠壓，尚缺乏高層次仿真產(chǎn)品一般來(lái)說(shuō)，世界知名的工業(yè)軟件公司都是在計(jì)算機(jī)技術(shù)服務(wù)高端工業(yè)的正向研發(fā)、內(nèi)生發(fā)展過(guò)程中成長(zhǎng)起來(lái)的。例如，ANSYS 公司誕生于美國(guó)西屋電氣公司的太空核子實(shí)驗(yàn)室；達(dá)索系統(tǒng)誕生于法國(guó)達(dá)索航空，用于飛機(jī)、汽車的設(shè)計(jì)制造等。從內(nèi)部看，中國(guó)的工業(yè)仿真發(fā)展歷史與西方不同，開(kāi)展正向研發(fā)的內(nèi)生發(fā)展需求相對(duì)較少。從外部看，我國(guó)部分產(chǎn)業(yè)發(fā)展是基于外部國(guó)家核心技術(shù)基礎(chǔ)上之上的，數(shù)字仿真自主發(fā)展的需求意識(shí)相對(duì)滯后，自主數(shù)字仿

22、真企業(yè)起步較晚，工業(yè)沉淀和模型積累相對(duì)不足。因此，在高端仿真軟件產(chǎn)品方面我國(guó)與國(guó)外有較大差距，特別是缺乏成熟的“殺手級(jí)”軟件應(yīng)用產(chǎn)品。在仿真物理場(chǎng) 算法研發(fā)和部分關(guān)鍵技術(shù)方面，盡管高校、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè) 進(jìn)行了大量工作，仍與國(guó)際巨頭存在一定差距。從企業(yè)看：市場(chǎng)潛力巨大，國(guó)產(chǎn)仿真開(kāi)展多點(diǎn)嘗試027.423.443.236.731.62051.54061.874.46091.180112.5140120100中國(guó)CAE行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)近 5 年來(lái)，中國(guó) CAE 行業(yè)市場(chǎng)容量持續(xù)穩(wěn)定釋放，市場(chǎng)規(guī)模從 2014 年的 23.4 億元增長(zhǎng)至 2018 年的 43.2 億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為 16.6%。C

23、AE 市場(chǎng)容量有望持續(xù)擴(kuò)大，預(yù)計(jì)到 2023 年將達(dá)到 112.5 億元。圖 1-1 中國(guó) CAE 行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料整理我國(guó)的仿真技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模較大，預(yù)計(jì)未來(lái)有望形成千億規(guī)模的市場(chǎng)需求。從服務(wù)供給看，我國(guó)已有數(shù)百萬(wàn)仿真工程師，僅在仿真科技論壇() HYPERLINK /錛変笂娉唽鐨勪豢鐪熷伐紼嬪笀灝辮揪104 上注冊(cè)的 HYPERLINK /錛変笂娉唽鐨勪豢鐪熷伐紼嬪笀灝辮揪104 仿真工程師就達(dá) 100 多萬(wàn)人。從應(yīng)用場(chǎng)景看，我國(guó)擁有巨大的制造業(yè)體量和豐富的場(chǎng)景需求，是全世界唯一擁有聯(lián)合國(guó)產(chǎn)業(yè)分類中擁有全部 41 個(gè)工業(yè)大類、207 個(gè)工業(yè)中類、666個(gè)工業(yè)小類的國(guó)家，

24、具有世界上門類最齊全的工業(yè)體系。仿真技術(shù)在國(guó)外制造企業(yè)得到大量應(yīng)用的場(chǎng)景，在我國(guó)均有對(duì)應(yīng)的應(yīng)用需求。為搶抓國(guó)內(nèi)數(shù)字仿真產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇，加快賦能制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，國(guó)內(nèi)數(shù)字仿真企業(yè)開(kāi)展了諸多嘗試，從經(jīng)營(yíng)類型和發(fā)展路線上看可以分為銷售代理、二次開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)集成和國(guó)產(chǎn)替代等。從生態(tài)看：公共服務(wù)優(yōu)化，成果轉(zhuǎn)化機(jī)制逐步完善我國(guó)創(chuàng)新資源存在著既“分散”又“重復(fù)”的矛盾現(xiàn)象。各創(chuàng)新載體相對(duì)分散，在資金、設(shè)備等資源配置方面又存在一定的重復(fù)浪費(fèi)現(xiàn)象。應(yīng)用類成果較多，突破性、顛覆性科技成果相對(duì)較少，創(chuàng)新體系整體效能亟待提升。近年來(lái)，各級(jí)政府出臺(tái)一系列行業(yè)支持政策和標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)完善技術(shù)成果轉(zhuǎn)化機(jī)制，以標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、技術(shù)評(píng)價(jià)、成

25、果孵化等環(huán)節(jié)為抓手，加快打通技術(shù)成果轉(zhuǎn)化鏈條，引領(lǐng)數(shù)字仿真企業(yè)主動(dòng)嵌入產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈，有助于加快重點(diǎn)技術(shù)迭代升級(jí)，健全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，引導(dǎo)行業(yè)快速健康有序發(fā)展。例如，在 GB/T31054-2014機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助工程有限元數(shù)值計(jì)算術(shù)語(yǔ)中，規(guī)定了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中 CAE 有限元數(shù)值計(jì)算的常用術(shù)語(yǔ)以及術(shù)語(yǔ)定義，為相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化支撐；在軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃等文件中，明確提出要“重點(diǎn)關(guān)注工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)控制、生產(chǎn)管理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，推動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造（CAD/CAM）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）等工業(yè)軟件在航空、航天、機(jī)械、汽車、電子等工業(yè)領(lǐng)域的

26、廣泛應(yīng)用”，為行業(yè)發(fā)展指明了方向。（三）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”創(chuàng)造換道超車機(jī)遇平臺(tái)聚焦云化架構(gòu)，助力仿真技術(shù)體系升級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，通過(guò)對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)的全面互聯(lián)，構(gòu)建起全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈全面連接的新型數(shù)據(jù)采集體系和模型構(gòu)建體系。通過(guò)打造工業(yè)數(shù)據(jù)樞紐，構(gòu)建起“描述-診斷-預(yù)測(cè)-決策”的數(shù)據(jù)流通閉環(huán)，有利于企業(yè)加快實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面感知、動(dòng)態(tài)傳輸與實(shí)時(shí)分析，提升工業(yè)知識(shí)沉淀、復(fù)用和傳播效率，加強(qiáng)在制造工藝、質(zhì)量管理、設(shè)備維護(hù)和能耗管理等具體場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可將仿真模型、工具等微服務(wù)化、在線化、標(biāo)準(zhǔn)化，以“拖拉拽”等形式代替代碼

27、編程執(zhí)行仿真，極大簡(jiǎn)化了數(shù)字仿真的過(guò)程和流程，降低了仿真門檻。平臺(tái)貫穿制造過(guò)程，助力仿真應(yīng)用場(chǎng)景培育隨著相關(guān)技術(shù)的日益成熟，平臺(tái)基于數(shù)據(jù)、模型、軟件 等方面的優(yōu)勢(shì)，正不斷加快與數(shù)字仿真技術(shù)的融合發(fā)展。工 業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接研發(fā)、生產(chǎn)、制造等工業(yè)過(guò)程，通過(guò)對(duì)業(yè) 務(wù)流程的優(yōu)化和梳理，分析工業(yè)共性需求和垂直行業(yè)個(gè)性需 求，可深度挖掘潛在應(yīng)用場(chǎng)景，助推數(shù)字仿真向工業(yè)領(lǐng)域更 廣范圍、更深層次滲透。預(yù)計(jì)未來(lái)數(shù)字仿真的應(yīng)用場(chǎng)景和范 圍將得到進(jìn)一步擴(kuò)展，在數(shù)字化設(shè)計(jì)、安全生產(chǎn)、節(jié)能優(yōu)化、 等方面發(fā)揮巨大作用，全面支撐社會(huì)治理和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。平臺(tái)匯聚資源要素，助力仿真生態(tài)體系構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可匯聚各方主體和技

28、術(shù)資源，串聯(lián)梳理從研發(fā)設(shè)計(jì)到用戶應(yīng)用的全過(guò)程，有利于匯聚資源要素，構(gòu)建平臺(tái)化仿真創(chuàng)新體系。一是重塑共性知識(shí)復(fù)用體系。平臺(tái)將行業(yè)技術(shù)、工藝和經(jīng)驗(yàn)等共性知識(shí)通過(guò)模型化、算法化、代碼化進(jìn)行封裝，以數(shù)字化模型的形式進(jìn)行共享、復(fù)用和傳播，可大幅削減研發(fā)創(chuàng)新者的重復(fù)性勞動(dòng)，有效降低產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新成本和風(fēng)險(xiǎn)，提高研發(fā)效率和水平，加快重構(gòu)共性知識(shí)的價(jià)值體系。二是變革研發(fā)創(chuàng)新協(xié)作方式。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)促使產(chǎn)業(yè)體系在數(shù)字空間解耦和重構(gòu)，通過(guò)重塑產(chǎn)業(yè)組織方式促使創(chuàng)新主體從單企業(yè)向多企業(yè)演進(jìn)、創(chuàng)新流程從串行向并行演進(jìn)、創(chuàng)新體系從封閉向開(kāi)放演進(jìn)，可大幅提高協(xié)同研發(fā)效率和融合創(chuàng)新水平。三是構(gòu)建快速迭代創(chuàng)新機(jī)制。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)能夠

29、匯聚包括運(yùn)營(yíng)企業(yè)、解決方案企業(yè)、行業(yè)企業(yè)、社會(huì)創(chuàng)業(yè)者、用戶在內(nèi)的多方主體，形成多方參與、相互促進(jìn)、快速迭代的創(chuàng)新生態(tài)，可有效縮短新技術(shù)產(chǎn)品從研發(fā)、小試、中試到量產(chǎn)的周期，為新技術(shù)產(chǎn)品的快速迭代升級(jí)乃至成熟提供便利。二、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”趨勢(shì)展望工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為基于云的開(kāi)放式工業(yè)操作系統(tǒng)，向下連接海量工業(yè)設(shè)備，向上對(duì)接面向各類工業(yè)場(chǎng)景的工業(yè) APP，承載著工業(yè)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)模型，是數(shù)字仿真軟件向云生態(tài)演進(jìn)的重要載體?！肮I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)+數(shù)字仿真”正成為仿真領(lǐng)域未來(lái)演進(jìn)的重要趨勢(shì)，在技術(shù)供給、應(yīng)用推廣、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等方面的發(fā)展水平將持續(xù)提升，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。（

30、一）技術(shù)供給趨勢(shì)：部署方式云化+服務(wù)形態(tài) APP 化+技術(shù)融合化部署方式云化，軟硬件集成式演進(jìn)用戶對(duì)仿真軟件應(yīng)用的便捷性、安全性要求將越來(lái)越高，傳統(tǒng)的本地單機(jī)部署方式暴露出硬件成本高昂、功能集成困 難、用戶粘性不高等問(wèn)題。眾多企業(yè)加速將數(shù)字仿真軟件部 署到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，有利于加快數(shù)字仿真軟件上云步伐，驅(qū)動(dòng)仿真軟件使用方法和部署方式變革，使用戶企業(yè)可以在 云端低成本、高性能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行計(jì)算，優(yōu)化網(wǎng)格剖分、圖像處理、公式運(yùn)算等求解過(guò)程，實(shí)現(xiàn)軟件資源和硬件設(shè)施的彈性供給和動(dòng)態(tài)配置。服務(wù)形態(tài) APP 化，仿真軟件加速解構(gòu)重組數(shù)字仿真軟件的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)是技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、機(jī)理模型等工業(yè)知識(shí)，由于開(kāi)發(fā)定位單一

31、、軟件架構(gòu)固定等原因?qū)е峦ㄓ眯圆粡?qiáng)、可拓展性不高，一般只適用于特定工業(yè)場(chǎng)景。數(shù)字仿真解決方案提供商基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)加速數(shù)字仿真軟件的解構(gòu)重組過(guò)程，通過(guò)微服務(wù)接口進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)用，開(kāi)發(fā)具有靈巧化、獨(dú)立化、可復(fù)用、易擴(kuò)展等特點(diǎn)的工業(yè) APP，并按照一定的邏輯需求組合成為適用于復(fù)雜工業(yè)仿真場(chǎng)景的解決方案。同時(shí)，數(shù)字仿真 APP 形態(tài)有利于降低仿真使用門檻，加速商業(yè)模式由一次性許可向訂閱付費(fèi)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)工業(yè)知識(shí)的高效流動(dòng)。新興技術(shù)融合化，仿真軟件性能持續(xù)提升隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、AR/VR 等技術(shù)理論成果不斷突破，新一代信息技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用的結(jié)合日益緊密，不斷提升數(shù)字仿真軟件性能潛力。例如，

32、基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，可以深度挖掘和分析海量復(fù)雜工業(yè)機(jī)理模型，提升數(shù)字仿真精度；基于 5G 技術(shù)，可以在物理空間和數(shù)字空間之間建立低延時(shí)、高可靠的數(shù)據(jù)流通渠道，對(duì)物理世界進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，強(qiáng)化仿真結(jié)果的指導(dǎo)意義；基于 AR/VR技術(shù)，仿真結(jié)果可以更加直觀的展示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)仿真過(guò)程與實(shí)際場(chǎng)景的三維交互。（二）應(yīng)用推廣趨勢(shì)：用戶普惠化+行業(yè)多元化+場(chǎng)景復(fù)雜化使用用戶普惠化，仿真市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)數(shù)字仿真能有效支撐企業(yè)創(chuàng)新流程實(shí)現(xiàn)從試驗(yàn)驗(yàn)證向模擬擇優(yōu)轉(zhuǎn)變，在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。各類大中小企業(yè)對(duì)數(shù)字仿真軟件的應(yīng)用需求日益強(qiáng)烈。數(shù)字仿真軟件和仿真 APP 通過(guò)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的部署應(yīng)用，將大幅降

33、低仿真硬件部署成本和軟件應(yīng)用門檻，有利于滿足大中小企業(yè)對(duì)數(shù)字仿真的應(yīng)用需求，助力企業(yè)用戶降低產(chǎn)品研發(fā)成本并縮短產(chǎn)品上市周期，加速仿真知識(shí)的普惠推廣，擴(kuò)大數(shù)字仿真市場(chǎng)空間。覆蓋行業(yè)多元化，仿真賦能廣度加速拓展當(dāng)前，數(shù)字仿真在航空航天、軌道交通、核能、船舶等大國(guó)重器領(lǐng)域已得到大量應(yīng)用。數(shù)字仿真和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的深度融合，可將數(shù)字仿真的應(yīng)用場(chǎng)景拓展至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中匯聚的海量企業(yè)用戶，通過(guò)全面連接工業(yè)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈，進(jìn)一步拓展數(shù)字仿真賦能廣度，助力更多行業(yè)基于數(shù)字仿真開(kāi)展數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提高經(jīng)濟(jì)效益水平。應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜化，深度模擬工業(yè)場(chǎng)景運(yùn)行數(shù)字仿真軟件應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)維服務(wù)

34、等多種工業(yè)場(chǎng)景，不同工業(yè)場(chǎng)景的運(yùn)行機(jī)理各不相同，對(duì)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性要求各有差異。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)有利于加速各類工業(yè)機(jī)理模型與數(shù)字仿真軟件之間的協(xié)同調(diào)用，加快將數(shù)字仿真應(yīng)用下沉到更為復(fù)雜的工業(yè)場(chǎng)景，在結(jié)構(gòu)、熱力、流體、電磁等多物理場(chǎng)環(huán)境中，對(duì)工業(yè)場(chǎng)景運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行精準(zhǔn)模擬，輔助企業(yè)生產(chǎn)決策優(yōu)化。（三）產(chǎn)業(yè)生態(tài)趨勢(shì)：開(kāi)發(fā)范式自主化+開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)源化+開(kāi)發(fā)主體協(xié)同化開(kāi)發(fā)范式自主化，國(guó)產(chǎn)仿真再迎風(fēng)口期數(shù)字仿真軟件已廣泛應(yīng)用于研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)維服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期，對(duì)降低研發(fā)成本和縮短研發(fā)周期的作用愈發(fā)重要。當(dāng)前，以 ANSYS、西門子、達(dá)索等為代表的國(guó)際仿真軟件巨頭仍然占據(jù)著我國(guó)數(shù)字仿真市場(chǎng)的主體部分

35、。這些軟件的技術(shù)源頭大部分都是美國(guó)，具有一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，未來(lái)政府側(cè)、產(chǎn)業(yè)側(cè)、學(xué)術(shù)側(cè)對(duì)數(shù)字仿真的重視程度將進(jìn)一步提高，具有自主可控優(yōu)勢(shì)的國(guó)產(chǎn)數(shù)字仿真軟件將迎來(lái)重要風(fēng)口期。開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)源化，應(yīng)用開(kāi)發(fā)質(zhì)量有效提高工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與數(shù)字仿真軟件的融合發(fā)展，可以推動(dòng)數(shù)字仿真軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境從封閉獨(dú)立走向開(kāi)源共享，有效降低軟件開(kāi)發(fā)成本。我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、數(shù)字仿真軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的開(kāi)源社區(qū)建設(shè)步伐將不斷加快，仿真模型資源池不斷擴(kuò)大，通過(guò)“拖拉拽”等無(wú)代碼開(kāi)發(fā)形式，為更多開(kāi)發(fā)者節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高開(kāi)發(fā)效率，驅(qū)動(dòng)工業(yè)知識(shí)的高效流動(dòng)和復(fù)用，加速適用特定場(chǎng)景的仿真解決方案的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。開(kāi)發(fā)主體協(xié)同化，仿真產(chǎn)業(yè)鏈條日趨完善數(shù)字仿

36、真軟件涉及眾多的專業(yè)知識(shí)和行業(yè)機(jī)理，單靠一家企業(yè)的開(kāi)發(fā)力量難以短時(shí)間內(nèi)形成一家獨(dú)大的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局。參考國(guó)際仿真巨頭并購(gòu)發(fā)展史，我國(guó)數(shù)字仿真領(lǐng)域龍頭企業(yè)將加快并購(gòu)重組步伐，以仿真軟件平臺(tái)為基礎(chǔ)，快速吸納整合各專業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)解決方案和網(wǎng)絡(luò)、云、算力等優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)一步完善數(shù)字仿真軟件功能體系和硬件運(yùn)行環(huán)境，提升仿真軟件核心競(jìng)爭(zhēng)力，加快仿真產(chǎn)業(yè)鏈條系統(tǒng)性完善。三、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”內(nèi)涵特征（一）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”的定義仿真自上世紀(jì) 50 年代開(kāi)始興起，已經(jīng)走過(guò)了大半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，逐漸成為軍工、航空航天、船舶、汽車等行業(yè)舉足輕重的工具。如今，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的快速發(fā)展，工業(yè)軟件領(lǐng)域創(chuàng)新日趨活躍

37、，數(shù)字仿真與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的結(jié)合日益緊密，“平臺(tái)+數(shù)字仿真”已然成為一種新型業(yè)態(tài)。國(guó)內(nèi)目前對(duì)“平臺(tái)+數(shù)字仿真”定義尚未統(tǒng)一，部分關(guān)于仿真概念的定義如表 3-1 所示：）表 3-1 仿真定義統(tǒng)計(jì)表序號(hào)年份專家定義11961 年指在實(shí)際系統(tǒng)尚不存在的情況下，對(duì)于系統(tǒng)或活動(dòng)本質(zhì)的復(fù)現(xiàn)。G.W.Morgenthler21966 年雷諾（T.H.Naylor仿真是在數(shù)字計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)的數(shù)字化技術(shù)，它包括數(shù)字與邏輯模型的某些模 式，這些模型描述某一事件或經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)（或者他們的某些部分）在若干周期內(nèi)的特征。31978 年科恩（Korn）用能代表所研究的系統(tǒng)的模型做實(shí)驗(yàn)。41984 年Oren仿真是一種基于模

38、型的活動(dòng)。521 世紀(jì)李錦云、唐國(guó)元通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究一個(gè)存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。它是將所研究的對(duì)象用其他手段加以模仿的一種活動(dòng)。數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料整理基于以上業(yè)界理解，我們認(rèn)為：“平臺(tái)+數(shù)字仿真”是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的技術(shù)、資源和能力，構(gòu)建仿真模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展平臺(tái)化仿真服務(wù)的過(guò)程，對(duì)縮短研發(fā)周期、提升生產(chǎn)效率、加快企業(yè)轉(zhuǎn)型等具有重要意義。（二）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”的內(nèi)涵模型解耦重構(gòu)是基礎(chǔ)“平臺(tái)+數(shù)字仿真”基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)微服務(wù)架構(gòu)，支持以功能組件“拖拉拽”的方式搭建模型，以模型解耦重構(gòu)的方式重塑仿真模型開(kāi)發(fā)體系，持續(xù)提高模型構(gòu)建效率和質(zhì)量。一是工業(yè)模型解耦。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)微服

39、務(wù)架構(gòu)，支持傳統(tǒng)仿真模型解耦成為一個(gè)個(gè)功能組件，促進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)原理、行業(yè)知識(shí)、流程規(guī)則等沉淀、傳播和復(fù)用，減少重復(fù)建設(shè)的成本。二是工業(yè)模型重構(gòu)，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) PaaS 系統(tǒng)，支持單一模型的二次開(kāi)發(fā)和算法優(yōu)化，有利于多模型按照一定的業(yè)務(wù)邏輯組合進(jìn)行封裝，提高仿真模型構(gòu)建效率。三是工業(yè)模型管理，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建仿真模型統(tǒng)一管理系統(tǒng)，有利于促進(jìn)仿真模型的標(biāo)簽化、可追溯和跨平臺(tái)跨區(qū)域的調(diào)用，加強(qiáng)算法、算力的開(kāi)放共享，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的仿真計(jì)算。平臺(tái)開(kāi)放共享是核心“平臺(tái)+數(shù)字仿真”圍繞數(shù)據(jù)、工具、知識(shí)等領(lǐng)域，通過(guò)搭建基于平臺(tái)的開(kāi)放共享渠道，有效降低仿真軟件開(kāi)發(fā)門檻和使用門檻。一是數(shù)據(jù)開(kāi)

40、放共享。依托平臺(tái)打造工業(yè)數(shù)據(jù)流動(dòng)樞紐，有利于企業(yè)獲得全方位感知能力，提高數(shù)據(jù)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和完整性，提高復(fù)雜系統(tǒng)被仿真語(yǔ)言精準(zhǔn)描述和編碼能力。二是資源開(kāi)放共享?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)仿真軟件云端部署，促進(jìn)軟件開(kāi)發(fā)工具、模型組件等軟件資源和處理器、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器等硬件資源匯聚和共享，實(shí)現(xiàn)仿真資源的平臺(tái)化共享應(yīng)用，提高仿真效率，降低應(yīng)用成本。三是知識(shí)開(kāi)放共享。通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，匯聚廣大開(kāi)發(fā)者、行業(yè)高端人才以及軟件服務(wù)商，建立自由交流渠道，促進(jìn)仿真模型構(gòu)建、軟件開(kāi)發(fā)、服務(wù)應(yīng)用等知識(shí)的普及。新型能力打造是關(guān)鍵“平臺(tái)+數(shù)字仿真”通過(guò)數(shù)字仿真技術(shù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的融合應(yīng)用，有利于充分發(fā)揮技術(shù)滲透融合

41、的疊加效應(yīng)、聚合效應(yīng)和倍增效應(yīng)，助力企業(yè)衍生出面向仿真軟件開(kāi)發(fā)和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新型能力。一是打造面向仿真軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用的新型能力。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)搭建開(kāi)發(fā)者社區(qū)，構(gòu)建軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)環(huán)境、硬件基礎(chǔ)和人才條件，提高軟件開(kāi)發(fā)能力。通過(guò)建設(shè)仿真云生態(tài)，推動(dòng)仿真軟件服務(wù)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)字仿真向訂閱服務(wù)和彈性租賃的形式轉(zhuǎn)變，擴(kuò)大仿真服務(wù)深度和廣度，惠及大中小企業(yè)。二是打造面向制造業(yè)的新型能力。通過(guò)“平臺(tái)+數(shù)字仿真”的融合應(yīng)用，助力數(shù)字仿真向數(shù)字孿生演變，構(gòu)建虛擬模型和物理實(shí)體實(shí)時(shí)交互映射的響應(yīng)系統(tǒng)，推動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)、驗(yàn)證、制造、服務(wù)業(yè)務(wù)在賽博空間的快速迭代，支撐制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。（三）“平臺(tái)+數(shù)字仿真”對(duì)制造

42、業(yè)的重要作用基于數(shù)據(jù)閉環(huán)驅(qū)動(dòng)研發(fā)設(shè)計(jì)目前，部分傳統(tǒng)企業(yè)的仿真過(guò)程尚未建立起數(shù)據(jù)流通閉環(huán)，產(chǎn)品迭代升級(jí)能力相對(duì)不足?！捌脚_(tái)+數(shù)字仿真”有利于充分利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集能力，與產(chǎn)品建立起動(dòng)態(tài)交互關(guān)系，構(gòu)建起產(chǎn)品設(shè)計(jì)、打樣、實(shí)驗(yàn)、分析的過(guò)程數(shù)據(jù)流通閉環(huán)，經(jīng)過(guò)基于平臺(tái)的仿真模型反復(fù)迭代，不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，促進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)快速成熟，提升產(chǎn)品質(zhì)量和效益?；趧?dòng)態(tài)交互進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)的仿真以虛擬實(shí)驗(yàn)的方式替代物聯(lián)實(shí)驗(yàn)，大大提高了產(chǎn)品驗(yàn)證效率，但部分企業(yè)只關(guān)注產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程，對(duì)實(shí)際場(chǎng)景中的實(shí)時(shí)仿真和交互關(guān)注度不足。通過(guò)“平臺(tái)+數(shù)字仿真”協(xié)同發(fā)展，有利于在賽博空間構(gòu)建起現(xiàn)實(shí)物理環(huán)境、產(chǎn)品或系統(tǒng)模型的映射

43、，動(dòng)態(tài)反映真實(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提高仿真效率和準(zhǔn)確度，打造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。基于要素連接開(kāi)展遠(yuǎn)程服務(wù)傳統(tǒng)仿真軟件大部分在本地部署，無(wú)論是模型數(shù)量還是服務(wù)范圍都受到地域限制?；凇捌脚_(tái)+數(shù)字仿真”可以在線采集設(shè)備性能、狀態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)平臺(tái)端線上的建模、仿真、分析等過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的健康狀態(tài)和存在的問(wèn)題，在線配置云端資源，按需求進(jìn)行設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)，節(jié)省人力物力，保障設(shè)備正常運(yùn)行?；跀?shù)字孿生發(fā)揮產(chǎn)品效益產(chǎn)品的價(jià)值很大程度取決于其使用壽命，部分產(chǎn)品會(huì)因?yàn)榱悴考芾聿划?dāng)而導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品被棄用?；凇捌脚_(tái)+數(shù)字仿真”技術(shù)，有利于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品健康狀態(tài)，構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期數(shù)字孿生體，通過(guò)低成本的

44、數(shù)字體驗(yàn)和虛擬預(yù)測(cè)，評(píng)估產(chǎn)品健康水平，預(yù)測(cè)各個(gè)零部件損壞程度，有效進(jìn)行產(chǎn)品剩余價(jià)值評(píng)估，提供保養(yǎng)、零部件更換、維修等建議，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命，發(fā)揮產(chǎn)品潛在價(jià)值。四、“平臺(tái)+數(shù)字仿真”架構(gòu)體系“平臺(tái)+數(shù)字仿真”架構(gòu)體系，可概括為“一二二三三”，即一個(gè)通用研發(fā)平臺(tái)，實(shí)物仿真、系統(tǒng)仿真等兩大模擬，工業(yè)機(jī)理模型、數(shù)據(jù)算法模型等兩類模型，模擬驗(yàn)證、預(yù)測(cè)評(píng)估、迭代優(yōu)化三大功能，以及設(shè)備、產(chǎn)線、工廠三大作用領(lǐng)域。 “平臺(tái)+數(shù)字仿真”架構(gòu)體系如圖 4-1 所示。圖 4-1 “平臺(tái)+數(shù)字仿真”架構(gòu)圖（一）一個(gè)平臺(tái)：基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的通用研發(fā)平臺(tái)數(shù)字仿真涉及模型、數(shù)據(jù)、算力等大量數(shù)字化資源，導(dǎo)致傳統(tǒng)仿真軟件成本高

45、、使用門檻高，亟需基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將底層內(nèi)核和仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境等進(jìn)一步封裝成仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)仿真模型可視化開(kāi)發(fā)和云平臺(tái)部署，從而降低仿真模型 開(kāi)發(fā)難度和成本，統(tǒng)一調(diào)配云端計(jì)算資源，快速沉淀仿真知 識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)提高仿真分析效率。一是加快模型沉淀。通過(guò)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)+數(shù)字仿真”有利于深度融合先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)，將行業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等代碼化、算法化、模塊化，沉淀為可復(fù)用、可傳播的技術(shù)內(nèi)核，為工程仿真、人工智能、大數(shù)據(jù)等計(jì)算密集型應(yīng)用場(chǎng)景提供高品質(zhì)解決方案。二是降低共性成本。平臺(tái)可提供高性能計(jì)算與正版商業(yè)軟件資源，助力企業(yè)通過(guò)集中計(jì)算、應(yīng)用資源等實(shí)現(xiàn)混合架構(gòu)一體化系統(tǒng)監(jiān)控和管理，根據(jù)權(quán)限、需求等維度進(jìn)行虛擬仿

46、真資源的科學(xué)分配，提高企業(yè)軟硬件資源利用率和 IT 管理水平，大幅縮短研發(fā)周期。同時(shí)，可提供即開(kāi)即用的靈活服務(wù)以及專業(yè)的仿真專家支持。三是打破時(shí)空限制。平臺(tái)有利于通過(guò)各類仿真資源的在線匯聚、使用和優(yōu)化，助力企業(yè)打破傳統(tǒng)時(shí)間和空間的限制。工程師可以通過(guò)平臺(tái)開(kāi)展性能模擬和特性仿真，通過(guò)使用“平臺(tái)+數(shù)字仿真”的模式，快速實(shí)現(xiàn)研發(fā)能力的提升，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本，提高企業(yè)利潤(rùn)。（二）兩大仿真：系統(tǒng)仿真+實(shí)物仿真系統(tǒng)仿真一般來(lái)說(shuō)，我們將需求分析、功能分析和系統(tǒng)分析等環(huán)節(jié)統(tǒng)稱為系統(tǒng)仿真。在產(chǎn)品概念階段，企業(yè)可以利用系統(tǒng)仿真確認(rèn)產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)，對(duì)相互聯(lián)系、相互依存、相互制約的連續(xù)或離散系統(tǒng)

47、進(jìn)行整體分析。不同仿真的對(duì)比詳見(jiàn)表 4-1。表 4-1 不同系統(tǒng)仿真對(duì)比連續(xù)仿真離散仿真時(shí)間時(shí)間基是一個(gè)確定的值時(shí)間基通?？勺?，且隨著時(shí)間基的變化，仿真結(jié)果也各不相同。輸入輸出通常是一個(gè)確定性變量通常帶有隨機(jī)性狀態(tài)變量通常是一個(gè)連續(xù)變量可能是非連續(xù)變量狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)存在不存在實(shí)物仿真數(shù)據(jù)來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)整理一般來(lái)說(shuō)，我們將物理仿真、制造仿真等稱為實(shí)物仿真。在實(shí)物仿真的分類方法上，不同學(xué)者有不同的思路和實(shí)踐方法。例如，按照物理場(chǎng)的不同來(lái)分析，可以分為流場(chǎng)仿真、電磁場(chǎng)仿真等；按照分析對(duì)象不同，可以分為機(jī)械仿真、電子仿真等。（三）兩類模型：工業(yè)機(jī)理模型+數(shù)據(jù)算法模型 HYPERLINK /item/%E4%

48、BB%BF%E7%9C%9F%E6%A8%A1%E5%9E%8B 仿真模型是被仿真對(duì)象的抽象表述，通常具有一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多、一對(duì)零等形態(tài)。在建立模型時(shí)，要首先通過(guò)客觀規(guī)律的分析掌握形成基于對(duì)象的數(shù)學(xué)描述，然后基于平臺(tái)開(kāi)展模型沉淀構(gòu)建，最終形成可復(fù)制、可推廣的模塊。在“平臺(tái)+數(shù)字仿真”過(guò)程中，需要對(duì)系統(tǒng)仿真、實(shí)物仿真中的對(duì)象依次進(jìn)行界定分析、框架抽象、參數(shù)提取、編程測(cè)試等操作，最終形成工業(yè)機(jī)理模型和數(shù)據(jù)算法模型等兩大類主要模型。工業(yè)機(jī)理模型工業(yè)機(jī)理模型主要針對(duì)的是復(fù)雜工業(yè)過(guò)程或工藝問(wèn)題，是基于平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)仿真和實(shí)物仿真中的運(yùn)行規(guī)律、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等進(jìn)行顯性化、模型化、代碼化、模塊化的產(chǎn)物，覆蓋了研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營(yíng)管理等全過(guò)程，涉及溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)、電磁場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等多類物理場(chǎng)。目前，由于工業(yè)軟件積累不足、工業(yè)門類復(fù)雜龐大、專業(yè)復(fù)合型人才短缺等原因，我國(guó)制造企業(yè)將行業(yè)機(jī)理代碼化、模型化的能力仍有待進(jìn)一步提高。數(shù)據(jù)算法模型數(shù)據(jù)算法模