工业仿真，顾名思义是依托于工业仿真设计软件，致力于为客户提供最优的全方位数字化仿真解决方案。工业仿真覆盖的业务范围包括产线布局规划设计、工厂物流方案评估与优化、自动化方案设计、物理世界仿真等，随着工业仿真应用的不断深化和拓展，数字孪生作为工业仿真的新标签不断受到工业界关注的目光。

       一、初识工业仿真

       1.布局规划

       当涉及工厂和产线新建、改造时，首先要考虑如何设计最合理的产线布局，最大化利用空间、提高产能，避免产线实施落地后才暴露诸多设计问题，徒增资源和时间成本。传统的布局设计借助“2D图纸”和“现场搭纸箱”方式，不但效率低下方案还得不到充分验证。而通过仿真软件自带的参数化3D模型，布局方案设计和更改效率可得到极大提升，并通过不断优化迭代产线布局方案形成最优设计。

       2.产线物流

       产线物流仿真作为工业仿真的传统优势应用模块，涉及工厂采购与生产计划、人员设备利用、库存、物料运送等方方面面。在引入物流仿真之前，产线物流方案缺乏系统有效的现状评估和优化手段，通过在仿真环境中对物流方案不断迭代优化，可以达到节省产线用地、消除物流断点、减少物流配送人员、提高设备利用率和降低库存等作用，最大化利用企业资源，提高生产效率、节约成本。

       3.自动化

       自动化虽然可以极大地提高生产效率，但现阶段自动化方案普遍存在设计周期长，投入成本高、依赖外部供应商等弊端，工厂端缺乏对自动化整体方案进行有效的设计、评估和优化的能力。

       机器人仿真借助机器人离线编程，在仿真环境把设计好的机器人姿态和运动轨迹直接导入机器人设备，完成机器人作业动作设计，可节省大量的机器人姿态调试时间。利用软件仿真虚拟调试功能，可在仿真环境中对设备间的信号逻辑和PLC控制程序进行预先设计和验证，再导入现场设备，从而实现对机器人和设备之间的信号控制逻辑设计。

       4.数字孪生

       随着工业数字化、智能制造、5G应用的不断深入，使得数字化的高阶应用——数字孪生成为可能，数字孪生旨在构建与现实世界实时共生的数字仿真世界。在搭建好与现实1:1的数字运动模型后，依赖现实采集的数据实时驱动仿真环境，达到与现实世界信息实时同步的效果。

       数字孪生平台通过与SCADA、MES、大数据、ERP等外部系统进行数据互交，将数据集成在3D数字孪生环境中，可以更高效、直观地对业务现场进行监测、预警、管理和执行，还能远程进行方案设计协作与优化，决胜千里之外。

       二、工业仿真技术

       工业仿真技术是一种集智仿真，简单到位的工业软件，集成数字化输出能力在新建工厂布局时能够提前验证工厂产线布局节约投资、缩短工期、提升产能，它到底是如何实现呢?

       1.场景一：快速搭建布局

       快速搭建制造业场景，自带电子组件库，支持2600多种应用组件，58种数据格式导入。

       2.场景二：还原生产状态

       快速搭建产线布局，从产品、工艺到工厂，全面还原生产状态。

       3.场景三：方案规划及验证

       验证新厂规划/现有产线改造，从进场到出场全面拉通、物流路径智能规划。

       4.场景四：高清交付体验

       输出高清图片与动画视频，海报级高阶渲染3D；生成 2D-CAD 图纸，内嵌图纸编辑功能；可交互式VR虚拟产线互动；支持通过手机移动设备上漫游产线。

       中国工业仿真软件初长成

       中兴、华为被美国制裁的一系列事件，造成缺“芯”之痛远不止于此，中国的工业软件更是命门所在。

       如果说硬件制裁是明着当头一棒，那软件制裁则是致命的背后一刀：在国内CAE/EDA设计仿真软件的研发要远远落后于硬件，但是对于新产品研发，仿真软件是绝对必不可少的一步。

       退一步讲，脱离仿真会怎样？不仅极大的影响研发效率，而且还可能因为实验无法通过而导致产品研发失败。仿真是验证产品早期设计唯一可行的方法，利用仿真，可以替代绝大部分实验，从而节约成本和减少研发周期。

       01 工业软件的重要性：让芯片动起来的灵魂

       如果把人工智能、制造业升级转型这些概念一层层剥开，最后剩下的就是工业软件。

       以飞机制造为例，人们只知波音具有全球顶级的飞机设计制造技术，却不知道波音787整个研制过程用了8000多种工业软件。其中只有1000种是商业软件，其他的7000余种是波音经过多年积累自己开发的专用软件，并不对外销售。

       我国要想达到波音的飞机研制水平，首先要具备那8000种工业软件的水平。

       再举一例，芯片制造需要软件操作系统。EDA（电子设计自动化）是集成电路最上游的产业，被称为芯片之母。如果说芯片是躯壳，那EDA就是让它动起来的灵魂。要制裁华为，更粗暴的办法是取消 EDA 软件授权，这也正是当前美国政府的制裁手段之一。

       2018 年 10 月，美国商务部对国产新兴存储器企业福建晋华公司实施禁售令，不仅硬件供应商停止了供货，美国的工业软件企业也应声停止供应，这让投资 370 亿元的福建晋华立刻陷入瘫痪。

       这就是工业软件的威力。

       02 融合的新趋势：设计即仿真

       如果说工业软件是中国制造业的皇冠，那么，工业仿真软件则是皇冠上的一颗宝石。

       工业仿真就是对实体工业的一种虚拟，将实体工业中的各个模块转化成数据整合到一个虚拟的体系中去，在这个体系中模拟实现工业作业中的每一项工作和流程，并与之实现各种交互。

       伴随着计算速度的迅速提升、计算成本的快速下降、移动互联网的普及、工业物联网的广泛应用以及新材料（例如复合材料）、新工艺（例如增材制造）的发展，表现出工业仿真技术日渐融合的趋势。

       例如，设计即仿真，开始成为工业领域的标配。

       业界比较热闹的CPS、数字孪生、数物融合等概念背后，都映射着设计已经跟仿真紧密地结合在一起了。CAD（计算机辅助设计）和计算机辅助工程(CAE)曾经是泾渭分明，而现在是不分彼此。在最近几年，三维体验技术开发公司达索系统业务重点就是深耕仿真领域，充实达索系统旗下的仿真品牌。在它最近五年的并购中，有一半是在进行仿真软件的购买。

       而西门子同样在接连不断地收购仿真公司。2016年，西门子以近10亿美元的价格，收购了全球工程多学科仿真软件供应商CD-adapco。类似的举动还包括并购LMS、自动驾驶仿真软件公司TASS等，都是一次一次地向仿真行业拓展。

       这一系列收购表明，这种融合的力度，正在得到空前的加强。传统的CAD和CAE分而治之的局面，正在由CAD厂商率先打破。

       03 扩展路径：并购与研发共存

       并购似乎是实现技术扩展的必要手段。

       2000年起，全球仿真市场进入了大举并购阶段，各大仿真厂商忙于并购与重组，重新整合市场。

       根据统计，近二十年来，仅ANSYS、MSC、达索、ESI和西门子这五家厂商就并购了100多家软件企业。其中30多起并购事件发生在最近三年内，可以说全球仿真近十年来的发展基本上就是并购。

       除并购外，国际仿真软件厂商还通过研发、合作等方式推出新产品，以期继续引领产业甚至新一轮工业革命的发展。

       总体来看，大的全球工程仿真软件产业格局相对固定，以ANSYS、MSC、达索系统、Altair、西门子PLM等为代表的国际仿真软件巨头在技术、产品、市场等多方面均以较大优势领跑。

       04 新变局：国产仿真软件等待燃烧

       在国际巨头的夹缝中求生存，我国成长起来一批致力于自主研发CAE的软件公司。

       很多公司构建了自己的仿真平台，比如：安世亚太是ANSYS在中国最大的合作伙伴，提供工程咨询，构建了仿真云平台；中仿科技将虚拟现实技术融入飞行模拟中，同时提供研发工具和系统仿真平台；瑞风协同拥有试验数据管理、工程知识平台、协同仿真平台。

       基于平台优势，各家公司推出系统软件产品，较为突出的有：索为系统公司构建了大量工业APP，能够快速构建针对特定产品的设计系统；上海索辰信息自主研发了仿真平台，提供一系列专用的仿真软件产品；海基科技从流体仿真起家，研发了企业工程数据中心、试验数据管理平台，提供面向多个物理场的仿真软件和工艺仿真软件；安世亚太自主研发了精益研发平台，开发了声学仿真、大尺度仿真、综合设计仿真、需求分析、MBSE（基于模型的系统工程）等软件；安怀信除了提供自主研发的支撑软件和咨询服务，还拥有仿真结果验证和确认（V&V），以及DFM（可制造性分析）软件；美的集团通过并购KUKA公司，获得了一个功能强大的工厂仿真软件Visual Components。

       从服务领域来看，杭州易泰达是国内为数不多从事电机设计和仿真的公司；天舟上元致力于高端装备产品数字化研发；上海致卓（T-solution）则专注于电磁仿真和工程领域；安世亚太进军增材制造领域。

       此外，我国还有一批自主研发仿真软件的科研院所。目前比较活跃的包括：中航工业飞机强度研究所（623所），历经四十多年，不断完善航空结构强度分析与优化系统（HAJIF），成为国内航空界功能最为全面的大型CAE软件系统；中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心研发了一系列高性能计算和工程仿真的中间件，以及专用的高性能仿真软件；中船重工702所组建了奥蓝托无锡软件公司（ORIENT），该公司有工程仿真、数字化试验和科研业务管理三大系列软件，在工程仿真领域研发了CAE前后处理、工业APP集成和高性能计算软件，还开发了水动力学仿真软件。

       尽管错失30年，尽管才露尖尖角，但中国工业仿真软件的火种还是开始点燃了。