CAE是什么？

CAE指工程設計中的計算機輔助工程，指用計算機輔助求解分析復雜工程和產品的結構力學性能，以及優化結構性能等，把工程（生產）的各個環節有機地組織起來，其關鍵就是將有關的信息集成，使其產生并存在于工程（產品）的整個生命周期。而CAE軟件可作靜態結構分析，動態分析；研究線性、非線性問題；分析結構（固體）、流體、電磁等。

如果工業軟件是皇冠，CAE則是皇冠上最亮的明珠。CAE長期與三維CAD、EDA一并被稱為工業軟件中最難跨越的“三座大山”，涉及物理學、數學、計算機等眾多學科知識。同時，CAE軟件對優化產品設計、縮短產品開發周期具有積極作用。在當前數字化轉型大勢下，CAE技術更是在數字孿生、物聯網中承擔著重要角色，是助力企業實現數字化升級的關鍵核心之一。

我國CAE市場份額

CAE 技術難度高、依賴工程經驗積累，海外 CAE 廠商起步較早、積累較深，所推出的 CAE 產品具有較高的通用性、穩定性和可靠性，在下游工業制造業企業中擁有較高的知名度以及廣泛的客戶。目前我國 CAE 市場主要被海外廠商主導，根據 IDC 數據，2021 年 Ansys、西門子、達索的市場份額分別為 19%、17%、10%，幾乎占據了整體市場的半壁江山，而國產廠商整體市場份額僅為 15%，國產替代空間廣闊。

國產CAE軟件盤點

1、HAJIF

航空結構強度分析與優化設計軟件系統HAJIF是中航工業強度所研制推出的國內航空屆最為全面的大型CAE軟件系統，以強度試驗數據庫為支撐，提供飛行器結構靜強度、動強度、熱強度、氣動彈性、結構優化設計等基本求解功能，以及飛機結構細節強度校核、耐久性等特色分析功能。系統還提供可滿足用戶特殊需求的開放式定制環境，并設計有與多種主流CAE軟件的接口，具備獨立的圖形前后置處理功能。

2、SiPESC

SiPESC工程與科學計算集成化軟件平臺是由大連理工大學運載工程與力學學部/工業裝備結構分析國家重點實驗室研發的面向工程與科學計算的集成軟件系統，目的是構建適用于計算力學的科學研究和工程應用的公共服務軟件平臺，其特色是開放式、集成性和面向大規模計算。

3、PHengLEI

風雷軟件PHengLEI是中國空氣動力研究與發展中心（CARDC）研發的面向流體工程的混合CFD平臺。PHengLEI同時具備結構、非結構解算器，采用二階精度有限體積法數值求解雷諾平均（RANS）方程。集成了Roe、Van-Leer、AUSM、Steger-Warming等計算格式，提供了SA和SST湍流模型。采用大規模并行計算技術和顯/隱式時間格式，高效求解模型方程。軟件提供常用前、后置軟件接口，如Gridgen、ICEM-CFD、Tecplot、FieldView等。

4、INTESIM-Structure

結構分析軟件INTESIM- Structure能夠模擬復雜的固體力學問題，特別是結構高度非線性問題，包括幾何大變形、材料非線性、接觸非線性問題。目前主要支持結構穩態線性/非線性分析、瞬態分析、模態分析、熱力學分析。

結構分析模塊的適用范圍非常廣泛，包括航空航天結構(如飛機機身)、兵器、機械零部件(如葉輪、傳動軸)、汽車結構(如車身骨架，悲置裝置)、海洋結構(如船舶結構)、土木工程結構(如橋梁、建筑物)以及應用于微尺度的微機電結構(如微泵、微電子芯片)等。

5、INTESIM-CFD

通用流體分析軟件INTESIM-CFD具備一體化前后處理及復雜流場仿真能力，支持從不可壓到亞、跨、超聲速的全速流體力學計算，為重點行業的各應用領域提供解決方案。

軟件集幾何建模、網格剖分、物理場設置及結果可視化于統一界面，支持仿真分析全流程腳本化。軟件具備豐富的物理模型，可解決多類工程實際問題，包括多相流、動網格、旋轉機械、共軛熱傳導、高超氣動熱等；具備高效的并行計算能力，且并行核數不受限制，支持眾核異構多核并行及GPU加速。

6、INTESIM-Acoustic

INTESIM-Acoustic聲學分析模塊主要采用有限元方法模擬聲場在媒介中的傳播、吸收和反射現象，廣泛應用于汽車、航空航天、船舶、電子電器等領域，通過聲學仿真分析可以幫助解決工業設備運行時的噪聲污染等問題，INTESIM-Acoustic支持模態、瞬態和諧態三種分析類型，具備常用的聲場邊界和聲源，并支持結構-聲學強耦合分析等，具備較完整的聲學仿真所需的功能。

7、PERA SIM Fluid

PERA SIM Fluid是安世亞太自主開發的通用流體仿真系統。PERA SIM Fluid采用計算流體動力學（CFD）數值模擬技術，包含能夠精確模擬日常遇到的各種工程流動問題的求解器，提供可壓計算、不可壓計算、傳熱計算及多相流計算等功能。

8、PERA SIM Mechanical

PERA SIM Mechanical是安世亞太自主開發的結構力學分析系統，不僅能提供全面的線性、非線性、靜力、動力、熱、熱結構耦合等分析功能，還能夠實現與PERA SIM Fluid流體仿真、PERA SIM LEmag電磁仿真的單向耦合求解。

9、RDSim

RDSim三維電磁仿真軟件由上?；羧R沃自主開發，運用改進的矩量法、快速算法及高頻算法實現高精度高效率的電磁仿真，可實現任意三維電磁物體的電磁場仿真分析。覆蓋天線、大尺寸RCS、微波器件及天線布局等應用方向，為復雜電磁問題分析提供全方位的解決方案。

10、中望高頻電磁仿真

中望高頻電磁仿真是一款自主三維高頻電磁場仿真軟件。基于革新性EIT技術與FEM有限元算法，中望高頻電磁仿真擁有精確的求解器、完善的前處理和強大的后處理能力，可幫助用戶高效完成天線、微波器件等高頻組件及相關產品的仿真和分析。

11、中望結構仿真軟件

中望結構仿真是集建模與仿真于一體的有限元結構仿真分析平臺，用于模擬產品結構在各種工況下的力學行為，評估產品結構設計的合理性，幫助企業縮短研發周期，降低研發成本。

12、Simright Simulator

Simright Simulator是一款通過Web瀏覽器在線使用的結構仿真分析軟件，通過計算機仿評估產品的結構性能，降低物理測試成本，幫助用戶迅速地做出更明智的設計決策。Simulator簡單易用，即使沒有CAE軟件使用經驗的用戶，也可以快速掌握。用戶上傳CAD模型后，經過簡單的設置就可以提交仿真分析，并快速得到計算結果。

13、AICFD

AICFD是由天洑軟件自主研發的一款通用的智能熱流體仿真軟件，可針對復雜流動和傳熱現象進行快速智能仿真，在航空航天、車輛交通、能源動力、電子電器、生物工程、船舶水利、環境工程、體育工程等領域有廣泛應用。作為一款通用的熱流體仿真軟件，AICFD擁有豐富的湍流模型，包含傳熱、化學反應、多相流、噪聲等多種物理模型，及人工智能、旋轉機械、電子散熱等特色模塊，可以幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，提高產品的開發效率。

14、QFLUX

QFLUX是十灃科技針對國內流體力學仿真需求傾力打造的一款全中文通用計算流體力學軟件。軟件具有先進的網格處理技術、豐富的物理模型、高效的圖形交互界面、快速的求解速度、高精度算法等核心優勢，可以模擬不可壓縮湍流與分離流、多剛體6DOF運動、流固耦合換熱、固體導熱與熱輻射、多孔介質滲流、化學反應流、稀薄氣體流、多相流、空化、離散相流動、標量輸運、氣動/水動聲學等復雜物理過程，還能夠實現與TF-Struct（CFD-CSD）、TF-Particle（CFD-DEM）、TF-Acoustic（CFD-CAA）等多學科的耦合仿真。

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目前國外軟件已步入市場推廣階段，而中國CAE軟件仍處于研發階段。面對時代賦予的機遇和挑戰，國家超級計算無錫中心“神工坊”團隊，秉持“算力賦能、協同創新”的理念，提供高性能仿真應用定制開發服務，基于客戶需求和客戶實際工作場景，開發定制化高性能仿真應用，賦予其高保真仿真能力的同時，具備友好的用戶使用體驗。

神工坊仿真應用定制案例

1、ConRodSim

此應用是通過與汽車零部件企業合作，針對汽零常用部件開發定制化仿真APP，根據初始幾何外形、約束和目標參數，自動化實現零件的形狀優化，實現企業降本增效目標。

2、TankSim

此應用是與江蘇物流裝備企業合作，針對其罐箱運輸過程中，箱內液體晃動情況及液體沖擊對箱壁結構損傷等實際場景，開發定制化仿真APP，實現兩相流及流固耦合的聯合仿真。

3、WTSim

此應用是與風電整機企業合作，針對風場風力機在非定常入流情況下，整機流場及受力分布情況，開發定制化仿真APP，實現從網格劃分到后處理的全流程仿真作業。

近年來，國家陸續出臺了多項支持工業軟件發展的重大政策，為中國自主工業軟件發展營造了良好的政策環境，同時大量新型裝備的研制以及工業數字化轉型為工業軟件發展提供了龐大的需求市場，這些都為自主CAE軟件發展帶來了前所未有的機遇。