CAE为什么被称为工业体系的“支点”？国内市场面临的十大挑战

CAE技术是将工程的各个环节有机地组织起来，应用计算机技术、现代管理技术、信息科学技术等科学技术的成功结合，实现全过程的科学化、信息化管理，以取得良好的经济效益和优良的工程质量。

CAE的功能结构应包含计算机辅助工程计划管理、计算机辅助工程设计、计算机辅助工程施工管理及工程文档管理等项。

CAE技术可广泛地应用于国民经济的许多领域，像各种工业建设项目，例如工厂的建设，公路、铁路、桥梁和隧道的建设;像大型工程项目，例如电站、水坝、水库、船台的建造，船舶及港口的建造和民用建筑等。它还可应用于企业生产过程之中，及其它的企业经营、管理控制过程中，例如工厂的生产过程、公司的商业活动等。

CAE赋能制造业“数字化”升级

过去设计一台汽车，需要经过反复的碰撞试验，研发周期漫长。如今，有了CAE（即Computer Aided Engineering，指工程设计中的计算机辅助工程）模拟仿真技术，在数巧云端CAE仿真软件中输入相关数据，各种碰撞结果就能迅速计算出来，减少了费用高昂的真车碰撞实验的次数，极大地节约了开发费用，缩短了研发周期。

“仿真软件”这一触及到了大多数人知识盲区的词语，却在工业体系中起着“支点”作用，足以撬动我国现代工业的发展。

上海数巧信息科技有限公司创始人赵康从专业的角度通俗易懂地解释：“仿真软件是通过计算机模拟真实环境，比如结构的变形，如手机的跌落或者汽车的碰撞，可以极大缩短研发周期，降低实验成本。”

如今，作为工业体系中正向设计的重要“工具”，数巧科技自主研发的云端CAE仿真软件和协同仿真平台，正帮助越来越多的，如汽车、航空航天、重型机械、轨道交通等领域企业，更自信地与国际巨头同台PK。

“在细分领域，我们是领跑者。”相对于传统桌面软件，云端CAE软件操作简便，用户在浏览器中就能完成操作，极大地节省了计算机内存的占用空间。

“因为传统软件的一个安装包可能要超过10G的大小，如果企业内部有很多员工同时要用，安装起来非常耗时耗力。对于软件升级云端CAE软件而言，只要在服务器上完成升级，那么所有人的软件也就实现了同步升级。”赵康说，曾有客户反馈，同样一个上百GB的结果文件，云端CAE软件要比传统单机版软件速度快10倍以上。

从传统桌面到云端，实现的是质的飞跃。数巧科技一方面对云相关新技术始终保持高度的敏感度；另一方面，始终围绕用户需求和技术创新去打磨产品。

国内CAE企业“雨后春笋，茁壮成长”

起步阶段：中国本土涌现了一批具有 自主知识产权的有限元分析软件，为国家CAE行业 的起步奠定了重要基础， 这些国产CAE软件具有较 强的理论水平和技术能力， 但是软件的通用性和适用 范围相对局限，缺乏整体 竞争力。

缓慢发展阶段：国外CAE软件厂商相继 进入中国市场、迅速提 升市场份额，中国本土 CAE软件厂商产生了较 大冲击。受限于资金投 入不足等因素，本土 CAE软件从基础研究到 工程应用、再到软件商 业化的进程受阻，本土 CAE软件厂商的发展缓 慢。

快速发展阶段：中国本土CAE软件开发 商行业竞争力逐渐加强， 而应对于中、小、微型企业产品研发设计的市场需 求的增长，CAE咨询细 分领域也呈现出快速发展的态势。行业下游汽车、 工程机械、航空航天等应用领域的市场需求持续增 大，刺激了CAE市场容量的释放。

全球百亿市场规模，国内市场方兴未艾

2020年，全球CAE市场规模为81亿美元；预计到2025年，CAE市场规模将达到128亿美元，年均复合增长率9.6%。CAE消除了对多个原型和产品召回问题的需求，从而降低与原型设计和产品召回策略相关的成本，市场有望在预测期内实现前所 未有的增长。运用CFD分析电池模块温度的情况增多，延长了电池寿命和性能，将有效推动CAE市场发展。越来越多的工程制造任务被外包给中国、印度、俄罗斯等新兴经济体。

根据赛迪2016-2021年中国工业软件市场规模数据，乘以其中研发设计类软件比例，再乘以CAE所占比例得出中国CAE市 场规模从2016年的10亿元增长至2018年的14亿元，年复合增长率为10.4%；2019年后，预计国产替代加速，国内厂商将逐渐占据更大份额；预计2021年达到21亿元，年均复合增长率为16.2%，超过全球平均增速。计算机图形技术、三维实体造型技术、数据交换技术、工程数据管理技术等关键技术革新是推动CAE软件水平提升的重要驱动力。“智能制造”带动制造业转型升级，下游行业用户对CAE认知度和重视度持续提升，CAE辅助产品研发生产的重要性日益凸显。

海外市场已有龙头企业出现，预计国内集中度也将逐步提升。

2020年，全球CAE市场被前三大供应商所主导，分别是西门子、ANSYS和达索，市占率共计47%，前五大CAE供应商中另两名分别是Altair和Hexagon。国内研发设计软件市场中广联达市占率最高，达14%，随后达索13%，西门子12%， 神州软件10%，Synopsys7%，可见我国研发设计软件市场仍然被国外厂商占据； 研 发设计软件中CAE占比9.57%，近10%，其中主要厂商为ANSYS、达索、西门子、 安世亚太、中望和安怀信等，国内三家公司市占比均不足5%，总占比仅6%。

有限元技术从上世纪60年代初诞生至今，CAE技术的发展已经历了半个世纪，在工业界需求的牵引和软件、硬件技术发展的推动下，CAE已经渗入到产品研发的各个环节，由辅助的验证工具转变为驱动产品创新的引擎。

根据虚拟仿真的对象、计算方法、物理场、应用行业等不同维度，CAE技术可以细分出很多单元技术。在过去几十年的发展过程当中，诞生了很多解决特定行业、特定问题的CAE产品和专业CAE厂商。

CAE行业将要面对的挑战

虽然CAE单元技术已经逐渐成熟，但对于CAE技术的用户企业和CAE软件提供商、CAE工程咨询公司而言，仍然面临着诸多实际问题和挑战。

01 CAE软件的易用性

虚拟仿真涉及到大量的数学和力学问题。因此，传统的CAE软件被称为“只有博士才能用好的软件”，作为“阳春白雪”的技术，长期得不到普及应用。如何能够让拥有丰富设计经验和制造业专业背景的工程师将CAE软件应用到产品研发设计过程当中，实现普及应用，是一个十分重要的问题。

02 CAE知识的积累与传承

同样的产品模型，应用同样的CAE软件，但不同的分析工程师，由于知识和经验的差异，分析出来的结果差异会很大。因此，企业如何建立自己的虚拟仿真规范和知识库，实现对虚拟仿真知识的捕捉和重用，如何将经验丰富的分析专家的仿真知识和仿真流程传承给新入门的分析工程师，是企业真正应用好CAE技术的关键。

03 仿真流程的规范化与自动化

对产品进行虚拟仿真涉及到十分复杂的流程，而应用单元的CAE产品，需要手工管理仿真流程，导致虚拟仿真的效率不高。如何实现虚拟仿真流程的自动化，创建完整的仿真流程模板，并且能够根据各个学科仿真的需求动态调整网格模型，对于提升虚拟仿真的效率和质量非常关键。

04 对虚拟仿真结果的评价

如何将虚拟仿真与实际的物理试验结合起来，提高虚拟仿真结果的置信度，从而真正减少物理样机和物理试验的数量，在提高产品性能的同时，降低产品研发成本，提高产品研发的成功率和研发效率。

05 多学科仿真与优化

各个领域的虚拟仿真结果得出了局部的性能仿真和改进建议，但单元的CAE产品无法实现产品整体性能提升，只能解决局部优化问题，无法解决全局优化问题。

06 仿真数据的管理

在虚拟仿真的过程中，生成了海量的、不同类型的仿真文档和数据，对应不同的分析结果。如何有效管理仿真文档，如何建立分析文档与产品模型的对应关系，是CAE技术深化应用必须解决的问题

07 多场耦合分析

在解决一些复杂的仿真问题过程中，设计到多物理场耦合分析的问题，如流固耦合问题，这对于单纯提供某个领域仿真技术的CAE厂商而言，是一个巨大挑战。

08 研发组织架构支持仿真驱动设计

在制造企业传统的产品研发流程当中，虚拟仿真技术还不在主流程之中，虚拟仿真技术人员往往属于一个专门的部门。如何在企业中将虚拟仿真技术真正融入产品研发流程当中，调整企业研发部门的组织架构和研发组织体系，使仿真分析工程师与设计、工艺和制造工程师协同工作，实现从事多个学科虚拟仿真的工程师之间的协作，真正实现仿真驱动设计，是一个巨大的挑战。另外，如何在上下游企业之间进行虚拟仿真的协同，则更是一个难题。

09 虚拟仿真软件与优化软件的结合

虚拟仿真软件只能完成仿真计算，却不能解决优化问题，应用虚拟仿真软件是一个试错过程。因此，虚拟仿真技术如何与优化技术有效结合，是一个重要挑战。

10 仿真技术与计算机硬件技术发展

目前，多核CPU、GPU、刀片工作站等硬件技术发展迅速，充分利用多核CPU、HPC、并行计算等新兴技术，来提高虚拟仿真的效率，是一个重要的问题。

文章来源：元计算，中研网，人民网上海