1、前言一、“平臺+數字仿真”發展背景當前，全球新一輪科技革命和產業變革深入推進，數字仿真軟件作為工業軟件皇冠上的明珠，加速與大數據、人工智能、區塊鏈等新一代信息技術融合，在數字空間對物理世界運行規律進行全方位、高精度模擬，深刻變革傳統試驗手段。ANSYS、西門子、達索等國際巨頭企業憑借技術先發優勢，打造了一批數字仿真解決方案，廣泛滲透應用于經濟社會各領域，不斷鞏固和強化制造業領先地位。隨著新一代信息技術與制造業加速融合，連接工業全要素、全產業鏈、全價值鏈的工業互聯網平臺成為制造業開展數字化、網絡化、智能化轉型升級的重要載體。工業互聯網平臺封裝有大量的云化工業機理模型，與數字仿真軟件形成互促共進的

2、發展態勢。“平臺+數字仿真”成為數字仿真的重要發展趨勢，進一步強化技術供給、擴展應用范圍、完善產業生態，功能體系得到全方位提升，更加高效賦能制造業轉型升級。在此需要說明的是，數字仿真的起源是單機的數字仿真，近年來才逐漸衍生出“平臺+數字仿真”的發展趨勢。因此，第 一章節，國際仿真產業呈現寡頭壟斷態勢和國內自主仿真在 探索中艱難前行兩部分主要聚焦數字仿真，“平臺+數字仿真” 創造換道超車機遇部分主要聚焦“平臺+數字仿真”。二、本書主要內容白皮書分為“平臺+數字仿真”發展現狀、“平臺+數字仿真”趨勢展望、“平臺+數字仿真”內涵特征以及“平臺+數字仿真”架構體系共四個部分。本白皮書中，“平臺”是指基

3、于工業互聯網平臺或工業云平臺的通用研發平臺，“數字仿真”是指廣義的基于信息技術實現的仿真。（一）“平臺+數字仿真”發展現狀該部分主要介紹了國際、國內“平臺+數字仿真”方面的發展現狀以及該領域的創新探索。從整體、技術、企業、生態等維度對國際和國內數字仿真行業發展現狀進行了梳理，通過對比呈現出國內外數字仿真領域的巨大差距。（二）“平臺+數字仿真”趨勢展望該部分主要給出了“平臺+數字仿真”的發展趨勢研判。從技術供給、應用范圍、產業生態三個角度分析發展趨勢。從技術供給看，呈現部署方式云化、服務形態APP化、新興技術融合化趨勢。從應用推廣看，使用用戶普惠化、覆蓋行業多元化、應用場景復雜化將成為發展趨勢。

4、從產業生態看，開發范式自主化、開發環境開源化、開發主體協同化將成為發展趨勢。（三）“平臺+數字仿真”定義內涵該部分主要剖析了“平臺+數字仿真”的定義內涵。結合專家、學者以及企業代表對仿真的定義，指明“平臺+數字仿真”是基于工業互聯網平臺的資源、渠道和能力，構建仿真模型進行模擬實驗，開展平臺化仿真服務的過程。模型解耦重構是基礎，平臺開放共享是核心，新型能力打造是關鍵。隨著 “平臺+數字仿真”的快速興起，將對制造業起到提效率、降成本、優流程等作用。（四）“平臺+數字仿真”架構體系該部分主要介紹了“平臺+數字仿真”架構體系，可概括為 “一二二三三”，即一個基于工業互聯網平臺的通用研發平臺，系統仿真、

5、實物仿真兩大體系，傳統機理模型、數據算法模型兩類模型，模擬驗證、預測評估、迭代優化三大功能，以及設備、產線、工廠三大作用領域。目錄 HYPERLINK l _bookmark0 一、“平臺+數字仿真”發展現狀 1 HYPERLINK l _bookmark1 （一）國際仿真產業呈現寡頭壟斷態勢 1 HYPERLINK l _bookmark2 從整體看：美歐一騎絕塵，CAE 技術積累深厚 1 HYPERLINK l _bookmark3 從技術看：形成技術壁壘，多領域知識系統化富集 1 HYPERLINK l _bookmark4 從企業看：頭部廠商領跑，并購成為主要擴張路徑 2 HYPERL

6、INK l _bookmark5 從生態看：商業模式成熟，習慣培養匯聚廣大用戶 2 HYPERLINK l _bookmark6 （二）國內自主仿真在探索中艱難前行 3 HYPERLINK l _bookmark7 從整體看：仿真意識薄弱，數字仿真應用程度不高 3 HYPERLINK l _bookmark8 從技術看：遭遇雙向擠壓，尚缺乏高層次仿真產品 4 HYPERLINK l _bookmark9 從企業看：市場潛力巨大，國產仿真開展多點嘗試 5 HYPERLINK l _bookmark10 從生態看：公共服務優化，成果轉化機制逐步完善 6 HYPERLINK l _bookmark1

7、1 （三）“平臺+數字仿真”創造換道超車機遇 7 HYPERLINK l _bookmark12 平臺聚焦云化架構，助力仿真技術體系升級 7 HYPERLINK l _bookmark13 平臺貫穿制造過程，助力仿真應用場景培育 8 HYPERLINK l _bookmark14 平臺匯聚資源要素，助力仿真生態體系構建 8 HYPERLINK l _bookmark15 二、“平臺+數字仿真”發展趨勢展望 9 HYPERLINK l _bookmark16 （一）技術供給趨勢：部署方式云化+服務形態 APP 化+技術融合 HYPERLINK l _bookmark16 化 9 HYPERLIN

8、K l _bookmark17 部署方式云化，軟硬件集成式演進 9 HYPERLINK l _bookmark18 服務形態 APP 化，仿真軟件加速解構重組 10 HYPERLINK l _bookmark19 新興技術融合化，仿真軟件性能持續提升 10 HYPERLINK l _bookmark20 （二）應用推廣趨勢：用戶普惠化+行業多元化+場景復雜化.11 HYPERLINK l _bookmark21 使用用戶普惠化，仿真市場規模持續增長 11 HYPERLINK l _bookmark22 覆蓋行業多元化，仿真賦能廣度加速拓展 11 HYPERLINK l _bookmark23

9、應用場景復雜化，深度模擬工業場景運行 11 HYPERLINK l _bookmark24 （三）產業生態趨勢：開發范式自主化+開發環境開源化+開發主 HYPERLINK l _bookmark24 體協同化 12 HYPERLINK l _bookmark25 開發范式自主化，國產仿真再迎風口期 12 HYPERLINK l _bookmark26 開發環境開源化，應用開發質量有效提高 12 HYPERLINK l _bookmark27 開發主體協同化，仿真產業鏈條日趨完善 13 HYPERLINK l _bookmark28 三、“平臺+數字仿真”內涵特征 14 HYPERLINK l

10、_bookmark29 （一）“平臺+數字仿真”的定義 14 HYPERLINK l _bookmark30 （二）“平臺+數字仿真”的內涵 14 HYPERLINK l _bookmark31 模型解耦重構是基礎 15 HYPERLINK l _bookmark32 平臺開放共享是核心 15 HYPERLINK l _bookmark33 新型能力打造是關鍵 16 HYPERLINK l _bookmark34 （三）“平臺+數字仿真”對制造業的重要作用 16 HYPERLINK l _bookmark35 基于數據閉環驅動研發設計 16 HYPERLINK l _bookmark36 基于

11、動態交互進行虛擬實驗 17 HYPERLINK l _bookmark37 基于要素連接開展遠程服務 17 HYPERLINK l _bookmark38 基于數字孿生發揮產品效益 17 HYPERLINK l _bookmark39 四、“平臺+數字仿真”架構體系 18 HYPERLINK l _bookmark40 （一）一個平臺：基于工業互聯網平臺的通用研發平臺 18 HYPERLINK l _bookmark41 （二）兩大仿真：系統仿真+實物仿真 19 HYPERLINK l _bookmark42 系統仿真 19 HYPERLINK l _bookmark43 實物仿真 20 HY

12、PERLINK l _bookmark44 （三）兩類模型：工業機理模型+數據算法模型 20 HYPERLINK l _bookmark45 工業機理模型 21 HYPERLINK l _bookmark46 數據算法模型 21 HYPERLINK l _bookmark47 （四）三大功能：模擬驗證、預測評估、迭代優化 21 HYPERLINK l _bookmark48 模擬驗證 21 HYPERLINK l _bookmark49 預測評估 22 HYPERLINK l _bookmark50 迭代優化 22 HYPERLINK l _bookmark51 （五）三大作用域：設備、產線、

13、工廠 23 HYPERLINK l _bookmark52 設備仿真 23 HYPERLINK l _bookmark53 產線仿真 23 HYPERLINK l _bookmark54 工廠仿真 24一、“平臺+數字仿真”發展現狀（一）國際仿真產業呈現寡頭壟斷態勢1.從整體看：美歐一騎絕塵，CAE 技術積累深厚在 CAE 領域，ANSYS、西門子、達索系統、ESI 集團等廠商長期以來處于壟斷地位，占據全球市場的 95%以上。從工業積累看，美歐企業工業底蘊深厚。憑借多年的行業知識庫、模型庫和系統應用經驗的積累，在數字仿真產品功能的完備性、業務方案的靈活性、數據架構與分析能力上形成了一定的支配優

14、勢，主導了多項技術標準。從 IT 技術看，美歐產品引領技術潮流。美歐企業利用其積累的行業數據優勢，積極發展工業智能、工業 SaaS 等新型服務模式，謀求工業互聯網時代競爭新優勢。同時，通過收購、兼并等方式快速擴張、完善技術體系，加快形成一體化數字仿真解決方案。 2.從技術看：形成技術壁壘，多領域知識系統化富集 縱觀國外 CAE 軟件企業的發展歷程，國外仿真產業始終堅持把工業知識的沉淀和技術創新放到首位，立足客戶需求，加速推動數字仿真與工業化進程協同發展。一是強化基礎技術，持續迭代優化。借助數字仿真軟件，進行指標、功能、系統等分析，剖析工業流程中蘊含的知識原理，支撐和指導工業設計。二是發展關鍵技

15、術，滿足特定需求。針對工程問題的重大需求，加快幾何建模、網格剖分、求解器等細分技術研發和迭代，不斷提出新的解決方案并研發相應的工業軟件。三是融合先進技術，保持領先水平。面對新一代信息技術發展浪潮，國際仿真巨頭紛紛緊跟人工智能、工業互聯網等相關技術的發展步伐，探索基于云平臺提升仿真能力有效路徑，以此保持自身優勢地位。從企業看：頭部廠商領跑，并購成為主要擴張路徑2000 年以來，國際各大CAE 廠商并購與重組速度明顯加快，在技術上以通過并購實現橫向擴展為主。近二十年來僅 AN SYS、MSC、達索和西門子這四家廠商就并購了 100 多家軟件企業，力求拓寬企業競爭“護城河”，打造體系化解決方案，滿足

16、用戶的多樣化、跨領域需求。例如，ANSYS 為擴大自身商業版圖，收購了 ICEM CFD Engineering、CFX、Century Dynamic、CADOE.S.A.、Harvard Thermal、Fluent、Ansoft、 Esterel、Phoenix Integration 等一批知名公司，不斷擴充自身技術支撐體系，提升用戶服務能力。從生態看：商業模式成熟，習慣培養匯聚廣大用戶國外優秀 CAE 軟件之所以壟斷國內市場，除了其本身的技術優勢外，商業化的運作也是非常關鍵的因素。一是培育用戶習慣。國外仿真廠商通過免費試用等方式培育了用戶習慣，使大量工程師在“學習-實習-入職”的過程

17、中，形成了對ANSYS、西門子等仿真軟件的使用慣性，匯聚了一批長期軟件用戶，從下向上倒逼工業企業對相關仿真軟件形成依賴。二是深化產研合作。一方面，高校、研究所的技術研發借助孵化器或外部資本產業化，加快技術成果落地（如斯坦福大學產學研轉化模式改變了傳統的專利轉讓制度，讓學校的專利可以快速向企業轉讓并獲利）。另一方面，技術服務商通過和用戶企業不斷交流，加快打造成熟的解決方案產品并向市場大規模推廣。三是推廣“普惠”仿真。自國際仿真協會提出“DEMOCRATIZING CAE”（大眾化仿真）以來，仿真行業加速從傳統軟件模式向以仿真 APP 為代表的工業互聯網平臺模式轉型。ANSYS、SIMULIA 等

18、國際企業紛紛加快新模式轉型步伐，推動仿真軟件上云和仿真 APP STORE 建設。例如，基于 SIMSCALE 仿真平臺用戶可以得到低門檻、廣連接的仿真體驗，不需要下載軟件即可實現無縫模擬仿真，并在社區進行交流。COMSOL 推出的仿真 App 開發器可以提供定制化界面，使開發者通過簡單操作實現多物理場仿真，降低應用開發門檻。（二）國內自主仿真在探索中艱難前行從整體看：仿真意識薄弱，數字仿真應用程度不高整體來看，中國的 CAE 市場在全球 CAE 市場中的占比較小，這與我國制造業增加值占全球制造業約 30%的制造大國地位極不相符。比如，2019 年美國 ANSYS 公司的全球總銷售額為 15.

19、16 億美元，同比增長為 17.16%；在中國總銷售額為 6473 萬美元，占全球總銷售的比例僅為 4.27%，中國市場銷售收入排在美國、日本、德國、韓國和法國之后，僅居第 6 位，在中國銷售額同比增長為 12.44%。表 1-1 美國 ANSYS 公司全球營業收入分布國家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8505 萬8.04%1.5

20、88 億10.48%1.405 億10.86%韓國5411 萬5.12%9008 萬5.94%7272 萬5.62%法國4422 萬4.18%6855 萬4.52%6766 萬5.23%中國4202 萬3.97%6473 萬4.27%5757 萬4.45%總計10.58 億100.00%15.16 億100.00%12.94 億100.00%數據來源：美國 ANSYS 公司各年度財務報告（上市公司財報）仿真技術在我國普及率較低，根本在于制造企業對仿真技術應用的重視程度不夠。由于受到技術、資金等局限，一些大型制造企業只將仿真技術作為產品測試驗證的手段，而部分中小制造企業甚至很少主動使用仿真技術。

21、不過，中國制造業正處在大規模轉型升級的進程中，隨著大量技術從跟隨模仿轉向自主研發，必然帶來對仿真技術的大規模市場需求，這將為國產數字仿真發展帶來新機遇。從技術看：遭遇雙向擠壓，尚缺乏高層次仿真產品一般來說，世界知名的工業軟件公司都是在計算機技術服務高端工業的正向研發、內生發展過程中成長起來的。例如，ANSYS 公司誕生于美國西屋電氣公司的太空核子實驗室；達索系統誕生于法國達索航空，用于飛機、汽車的設計制造等。從內部看，中國的工業仿真發展歷史與西方不同，開展正向研發的內生發展需求相對較少。從外部看，我國部分產業發展是基于外部國家核心技術基礎上之上的，數字仿真自主發展的需求意識相對滯后，自主數字仿

22、真企業起步較晚，工業沉淀和模型積累相對不足。因此，在高端仿真軟件產品方面我國與國外有較大差距，特別是缺乏成熟的“殺手級”軟件應用產品。在仿真物理場 算法研發和部分關鍵技術方面，盡管高校、研究機構和企業 進行了大量工作，仍與國際巨頭存在一定差距。從企業看：市場潛力巨大，國產仿真開展多點嘗試027.423.443.236.731.62051.54061.874.46091.180112.5140120100中國CAE行業市場規模及預測近 5 年來，中國 CAE 行業市場容量持續穩定釋放，市場規模從 2014 年的 23.4 億元增長至 2018 年的 43.2 億元，年復合增長率為 16.6%。C

23、AE 市場容量有望持續擴大，預計到 2023 年將達到 112.5 億元。圖 1-1 中國 CAE 行業市場規模及預測數據來源：公開資料整理我國的仿真技術服務市場規模較大，預計未來有望形成千億規模的市場需求。從服務供給看，我國已有數百萬仿真工程師，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 100 多萬人。從應用場景看，我國擁有巨大的制造業體量和豐富的場景需求，是全世界唯一擁有聯合國產業分類中擁有全部 41 個工業大類、207 個工業中類、666個工業小類的國家，

24、具有世界上門類最齊全的工業體系。仿真技術在國外制造企業得到大量應用的場景，在我國均有對應的應用需求。為搶抓國內數字仿真產業發展機遇，加快賦能制造業數字化轉型，國內數字仿真企業開展了諸多嘗試，從經營類型和發展路線上看可以分為銷售代理、二次開發、系統集成和國產替代等。從生態看：公共服務優化，成果轉化機制逐步完善我國創新資源存在著既“分散”又“重復”的矛盾現象。各創新載體相對分散，在資金、設備等資源配置方面又存在一定的重復浪費現象。應用類成果較多，突破性、顛覆性科技成果相對較少，創新體系整體效能亟待提升。近年來，各級政府出臺一系列行業支持政策和標準，持續完善技術成果轉化機制，以標準建設、技術評價、成

25、果孵化等環節為抓手，加快打通技術成果轉化鏈條，引領數字仿真企業主動嵌入產學研創新鏈、產業鏈、價值鏈，有助于加快重點技術迭代升級，健全行業標準體系，引導行業快速健康有序發展。例如，在 GB/T31054-2014機械產品計算機輔助工程有限元數值計算術語中，規定了機械產品設計領域中 CAE 有限元數值計算的常用術語以及術語定義，為相關技術開發與應用提供標準化支撐；在軟件和信息技術服務業十二五發展規劃等文件中，明確提出要“重點關注工業產品研發設計、生產控制、生產管理等關鍵環節，推動計算機輔助設計和輔助制造（CAD/CAM）、計算機輔助工程（CAE）等工業軟件在航空、航天、機械、汽車、電子等工業領域的

26、廣泛應用”，為行業發展指明了方向。（三）“平臺+數字仿真”創造換道超車機遇平臺聚焦云化架構，助力仿真技術體系升級工業互聯網平臺作為新一代信息技術與制造業深度融合的產物，通過對人、機、料、法、環的全面互聯，構建起全要素、全產業鏈、全價值鏈全面連接的新型數據采集體系和模型構建體系。通過打造工業數據樞紐，構建起“描述-診斷-預測-決策”的數據流通閉環，有利于企業加快實現數據的全面感知、動態傳輸與實時分析，提升工業知識沉淀、復用和傳播效率，加強在制造工藝、質量管理、設備維護和能耗管理等具體場景中的數據支撐。同時，借助工業互聯網平臺可將仿真模型、工具等微服務化、在線化、標準化，以“拖拉拽”等形式代替代碼

27、編程執行仿真，極大簡化了數字仿真的過程和流程，降低了仿真門檻。平臺貫穿制造過程，助力仿真應用場景培育隨著相關技術的日益成熟，平臺基于數據、模型、軟件 等方面的優勢，正不斷加快與數字仿真技術的融合發展。工 業互聯網平臺連接研發、生產、制造等工業過程，通過對業 務流程的優化和梳理，分析工業共性需求和垂直行業個性需 求，可深度挖掘潛在應用場景，助推數字仿真向工業領域更 廣范圍、更深層次滲透。預計未來數字仿真的應用場景和范 圍將得到進一步擴展，在數字化設計、安全生產、節能優化、 等方面發揮巨大作用，全面支撐社會治理和產業數字化轉型。平臺匯聚資源要素，助力仿真生態體系構建工業互聯網平臺可匯聚各方主體和技

28、術資源，串聯梳理從研發設計到用戶應用的全過程，有利于匯聚資源要素，構建平臺化仿真創新體系。一是重塑共性知識復用體系。平臺將行業技術、工藝和經驗等共性知識通過模型化、算法化、代碼化進行封裝，以數字化模型的形式進行共享、復用和傳播，可大幅削減研發創新者的重復性勞動，有效降低產業創新成本和風險，提高研發效率和水平，加快重構共性知識的價值體系。二是變革研發創新協作方式。工業互聯網平臺促使產業體系在數字空間解耦和重構，通過重塑產業組織方式促使創新主體從單企業向多企業演進、創新流程從串行向并行演進、創新體系從封閉向開放演進，可大幅提高協同研發效率和融合創新水平。三是構建快速迭代創新機制。工業互聯網平臺能夠

29、匯聚包括運營企業、解決方案企業、行業企業、社會創業者、用戶在內的多方主體，形成多方參與、相互促進、快速迭代的創新生態，可有效縮短新技術產品從研發、小試、中試到量產的周期，為新技術產品的快速迭代升級乃至成熟提供便利。二、“平臺+數字仿真”趨勢展望工業互聯網平臺作為基于云的開放式工業操作系統，向下連接海量工業設備，向上對接面向各類工業場景的工業 APP，承載著工業經驗與知識模型，是數字仿真軟件向云生態演進的重要載體。“工業互聯網平臺+數字仿真”正成為仿真領域未來演進的重要趨勢，在技術供給、應用推廣、產業生態等方面的發展水平將持續提升，對于推動我國制造業數字化、網絡化、智能化轉型升級具有重要意義。（

30、一）技術供給趨勢：部署方式云化+服務形態 APP 化+技術融合化部署方式云化，軟硬件集成式演進用戶對仿真軟件應用的便捷性、安全性要求將越來越高，傳統的本地單機部署方式暴露出硬件成本高昂、功能集成困 難、用戶粘性不高等問題。眾多企業加速將數字仿真軟件部 署到工業互聯網平臺上，有利于加快數字仿真軟件上云步伐，驅動仿真軟件使用方法和部署方式變革，使用戶企業可以在 云端低成本、高性能實現大規模并行計算，優化網格剖分、圖像處理、公式運算等求解過程，實現軟件資源和硬件設施的彈性供給和動態配置。服務形態 APP 化，仿真軟件加速解構重組數字仿真軟件的開發基礎是技術、經驗、機理模型等工業知識，由于開發定位單一

31、、軟件架構固定等原因導致通用性不強、可拓展性不高，一般只適用于特定工業場景。數字仿真解決方案提供商基于工業互聯網平臺加速數字仿真軟件的解構重組過程，通過微服務接口進行精準調用，開發具有靈巧化、獨立化、可復用、易擴展等特點的工業 APP，并按照一定的邏輯需求組合成為適用于復雜工業仿真場景的解決方案。同時，數字仿真 APP 形態有利于降低仿真使用門檻，加速商業模式由一次性許可向訂閱付費轉變，實現工業知識的高效流動。新興技術融合化，仿真軟件性能持續提升隨著大數據、人工智能、5G、AR/VR 等技術理論成果不斷突破，新一代信息技術與工業互聯網平臺應用的結合日益緊密，不斷提升數字仿真軟件性能潛力。例如，

32、基于大數據和人工智能技術，可以深度挖掘和分析海量復雜工業機理模型，提升數字仿真精度；基于 5G 技術，可以在物理空間和數字空間之間建立低延時、高可靠的數據流通渠道，對物理世界進行實時仿真，強化仿真結果的指導意義；基于 AR/VR技術，仿真結果可以更加直觀的展示出來，實現仿真過程與實際場景的三維交互。（二）應用推廣趨勢：用戶普惠化+行業多元化+場景復雜化使用用戶普惠化，仿真市場規模持續增長數字仿真能有效支撐企業創新流程實現從試驗驗證向模擬擇優轉變，在實際應用中具有良好的經濟效益。各類大中小企業對數字仿真軟件的應用需求日益強烈。數字仿真軟件和仿真 APP 通過在工業互聯網平臺中的部署應用，將大幅降

33、低仿真硬件部署成本和軟件應用門檻，有利于滿足大中小企業對數字仿真的應用需求，助力企業用戶降低產品研發成本并縮短產品上市周期，加速仿真知識的普惠推廣，擴大數字仿真市場空間。覆蓋行業多元化，仿真賦能廣度加速拓展當前，數字仿真在航空航天、軌道交通、核能、船舶等大國重器領域已得到大量應用。數字仿真和工業互聯網平臺的深度融合，可將數字仿真的應用場景拓展至工業互聯網平臺中匯聚的海量企業用戶，通過全面連接工業全要素、全產業鏈、全價值鏈，進一步拓展數字仿真賦能廣度，助力更多行業基于數字仿真開展數字化轉型，提高經濟效益水平。應用場景復雜化，深度模擬工業場景運行數字仿真軟件應用領域覆蓋研發設計、生產制造、運維服務

34、等多種工業場景，不同工業場景的運行機理各不相同，對仿真結果的準確性要求各有差異。工業互聯網平臺有利于加速各類工業機理模型與數字仿真軟件之間的協同調用，加快將數字仿真應用下沉到更為復雜的工業場景，在結構、熱力、流體、電磁等多物理場環境中，對工業場景運行規律進行精準模擬，輔助企業生產決策優化。（三）產業生態趨勢：開發范式自主化+開發環境開源化+開發主體協同化開發范式自主化，國產仿真再迎風口期數字仿真軟件已廣泛應用于研發設計、生產制造、運維服務等產品全生命周期，對降低研發成本和縮短研發周期的作用愈發重要。當前，以 ANSYS、西門子、達索等為代表的國際仿真軟件巨頭仍然占據著我國數字仿真市場的主體部分

35、。這些軟件的技術源頭大部分都是美國，具有一定風險。因此，未來政府側、產業側、學術側對數字仿真的重視程度將進一步提高，具有自主可控優勢的國產數字仿真軟件將迎來重要風口期。開發環境開源化，應用開發質量有效提高工業互聯網平臺與數字仿真軟件的融合發展，可以推動數字仿真軟件的開發環境從封閉獨立走向開源共享，有效降低軟件開發成本。我國工業互聯網平臺、數字仿真軟件開發領域的開源社區建設步伐將不斷加快，仿真模型資源池不斷擴大，通過“拖拉拽”等無代碼開發形式，為更多開發者節省開發時間，提高開發效率，驅動工業知識的高效流動和復用，加速適用特定場景的仿真解決方案的開發進程。開發主體協同化，仿真產業鏈條日趨完善數字仿

36、真軟件涉及眾多的專業知識和行業機理，單靠一家企業的開發力量難以短時間內形成一家獨大的行業競爭格局。參考國際仿真巨頭并購發展史，我國數字仿真領域龍頭企業將加快并購重組步伐，以仿真軟件平臺為基礎，快速吸納整合各專業領域的先進解決方案和網絡、云、算力等優質基礎設施，進一步完善數字仿真軟件功能體系和硬件運行環境，提升仿真軟件核心競爭力，加快仿真產業鏈條系統性完善。三、“平臺+數字仿真”內涵特征（一）“平臺+數字仿真”的定義仿真自上世紀 50 年代開始興起，已經走過了大半個世紀的發展歷程，逐漸成為軍工、航空航天、船舶、汽車等行業舉足輕重的工具。如今，隨著工業互聯網平臺的快速發展，工業軟件領域創新日趨活躍

37、，數字仿真與工業互聯網平臺的結合日益緊密，“平臺+數字仿真”已然成為一種新型業態。國內目前對“平臺+數字仿真”定義尚未統一，部分關于仿真概念的定義如表 3-1 所示：）表 3-1 仿真定義統計表序號年份專家定義11961 年指在實際系統尚不存在的情況下，對于系統或活動本質的復現。G.W.Morgenthler21966 年雷諾（T.H.Naylor仿真是在數字計算機上進行試驗的數字化技術，它包括數字與邏輯模型的某些模 式，這些模型描述某一事件或經濟系統（或者他們的某些部分）在若干周期內的特征。31978 年科恩（Korn）用能代表所研究的系統的模型做實驗。41984 年Oren仿真是一種基于模

38、型的活動。521 世紀李錦云、唐國元通過對系統模型的實驗來研究一個存在的或設計中的系統。它是將所研究的對象用其他手段加以模仿的一種活動。數據來源：公開資料整理基于以上業界理解，我們認為：“平臺+數字仿真”是基于工業互聯網平臺的技術、資源和能力，構建仿真模型進行模擬實驗，開展平臺化仿真服務的過程，對縮短研發周期、提升生產效率、加快企業轉型等具有重要意義。（二）“平臺+數字仿真”的內涵模型解耦重構是基礎“平臺+數字仿真”基于工業互聯網平臺微服務架構，支持以功能組件“拖拉拽”的方式搭建模型，以模型解耦重構的方式重塑仿真模型開發體系，持續提高模型構建效率和質量。一是工業模型解耦。基于工業互聯網平臺微服

39、務架構，支持傳統仿真模型解耦成為一個個功能組件，促進工業領域的技術原理、行業知識、流程規則等沉淀、傳播和復用，減少重復建設的成本。二是工業模型重構，基于工業互聯網平臺 PaaS 系統，支持單一模型的二次開發和算法優化，有利于多模型按照一定的業務邏輯組合進行封裝，提高仿真模型構建效率。三是工業模型管理，基于工業互聯網平臺構建仿真模型統一管理系統，有利于促進仿真模型的標簽化、可追溯和跨平臺跨區域的調用，加強算法、算力的開放共享，實現高效率、低成本的仿真計算。平臺開放共享是核心“平臺+數字仿真”圍繞數據、工具、知識等領域，通過搭建基于平臺的開放共享渠道，有效降低仿真軟件開發門檻和使用門檻。一是數據開

40、放共享。依托平臺打造工業數據流動樞紐，有利于企業獲得全方位感知能力，提高數據的及時性、準確性和完整性，提高復雜系統被仿真語言精準描述和編碼能力。二是資源開放共享。基于工業互聯網平臺，實現仿真軟件云端部署，促進軟件開發工具、模型組件等軟件資源和處理器、存儲器、運算器等硬件資源匯聚和共享，實現仿真資源的平臺化共享應用，提高仿真效率，降低應用成本。三是知識開放共享。通過工業互聯網平臺，匯聚廣大開發者、行業高端人才以及軟件服務商，建立自由交流渠道，促進仿真模型構建、軟件開發、服務應用等知識的普及。新型能力打造是關鍵“平臺+數字仿真”通過數字仿真技術和工業互聯網平臺的融合應用，有利于充分發揮技術滲透融合

41、的疊加效應、聚合效應和倍增效應，助力企業衍生出面向仿真軟件開發和制造業轉型升級的新型能力。一是打造面向仿真軟件開發應用的新型能力。基于工業互聯網平臺搭建開發者社區，構建軟件開發技術環境、硬件基礎和人才條件，提高軟件開發能力。通過建設仿真云生態，推動仿真軟件服務化，實現數字仿真向訂閱服務和彈性租賃的形式轉變，擴大仿真服務深度和廣度，惠及大中小企業。二是打造面向制造業的新型能力。通過“平臺+數字仿真”的融合應用，助力數字仿真向數字孿生演變，構建虛擬模型和物理實體實時交互映射的響應系統，推動產品研發、驗證、制造、服務業務在賽博空間的快速迭代，支撐制造企業數字化轉型升級。（三）“平臺+數字仿真”對制造

42、業的重要作用基于數據閉環驅動研發設計目前，部分傳統企業的仿真過程尚未建立起數據流通閉環，產品迭代升級能力相對不足。“平臺+數字仿真”有利于充分利用工業互聯網平臺的數據實時采集能力，與產品建立起動態交互關系，構建起產品設計、打樣、實驗、分析的過程數據流通閉環，經過基于平臺的仿真模型反復迭代，不斷優化產品設計流程，促進產品研發快速成熟，提升產品質量和效益。基于動態交互進行虛擬實驗傳統的仿真以虛擬實驗的方式替代物聯實驗，大大提高了產品驗證效率，但部分企業只關注產品研發過程，對實際場景中的實時仿真和交互關注度不足。通過“平臺+數字仿真”協同發展，有利于在賽博空間構建起現實物理環境、產品或系統模型的映射

43、，動態反映真實系統的運行狀態，提高仿真效率和準確度，打造企業核心競爭力。基于要素連接開展遠程服務傳統仿真軟件大部分在本地部署，無論是模型數量還是服務范圍都受到地域限制。基于“平臺+數字仿真”可以在線采集設備性能、狀態參數等數據信息，經過平臺端線上的建模、仿真、分析等過程，及時發現設備運行過程中的健康狀態和存在的問題，在線配置云端資源，按需求進行設備遠程維護，節省人力物力，保障設備正常運行。基于數字孿生發揮產品效益產品的價值很大程度取決于其使用壽命，部分產品會因為零部件管理不當而導致整個產品被棄用。基于“平臺+數字仿真”技術，有利于實時監測產品健康狀態，構建產品全生命周期數字孿生體，通過低成本的

44、數字體驗和虛擬預測，評估產品健康水平，預測各個零部件損壞程度，有效進行產品剩余價值評估，提供保養、零部件更換、維修等建議，延長產品使用壽命，發揮產品潛在價值。四、“平臺+數字仿真”架構體系“平臺+數字仿真”架構體系，可概括為“一二二三三”，即一個通用研發平臺，實物仿真、系統仿真等兩大模擬，工業機理模型、數據算法模型等兩類模型，模擬驗證、預測評估、迭代優化三大功能，以及設備、產線、工廠三大作用領域。 “平臺+數字仿真”架構體系如圖 4-1 所示。圖 4-1 “平臺+數字仿真”架構圖（一）一個平臺：基于工業互聯網平臺的通用研發平臺數字仿真涉及模型、數據、算力等大量數字化資源，導致傳統仿真軟件成本高

45、、使用門檻高，亟需基于工業互聯網平臺，將底層內核和仿真開發環境等進一步封裝成仿真平臺，實現仿真模型可視化開發和云平臺部署，從而降低仿真模型 開發難度和成本，統一調配云端計算資源，快速沉淀仿真知 識和專家經驗提高仿真分析效率。一是加快模型沉淀。通過“工業互聯網平臺+數字仿真”有利于深度融合先進數字化技術，將行業知識、經驗等代碼化、算法化、模塊化，沉淀為可復用、可傳播的技術內核，為工程仿真、人工智能、大數據等計算密集型應用場景提供高品質解決方案。二是降低共性成本。平臺可提供高性能計算與正版商業軟件資源，助力企業通過集中計算、應用資源等實現混合架構一體化系統監控和管理，根據權限、需求等維度進行虛擬仿

46、真資源的科學分配，提高企業軟硬件資源利用率和 IT 管理水平，大幅縮短研發周期。同時，可提供即開即用的靈活服務以及專業的仿真專家支持。三是打破時空限制。平臺有利于通過各類仿真資源的在線匯聚、使用和優化，助力企業打破傳統時間和空間的限制。工程師可以通過平臺開展性能模擬和特性仿真，通過使用“平臺+數字仿真”的模式，快速實現研發能力的提升，縮短新產品的研發周期，降低產品成本，提高企業利潤。（二）兩大仿真：系統仿真+實物仿真系統仿真一般來說，我們將需求分析、功能分析和系統分析等環節統稱為系統仿真。在產品概念階段，企業可以利用系統仿真確認產品的總體設計架構，對相互聯系、相互依存、相互制約的連續或離散系統

47、進行整體分析。不同仿真的對比詳見表 4-1。表 4-1 不同系統仿真對比連續仿真離散仿真時間時間基是一個確定的值時間基通常可變，且隨著時間基的變化，仿真結果也各不相同。輸入輸出通常是一個確定性變量通常帶有隨機性狀態變量通常是一個連續變量可能是非連續變量狀態轉移函數存在不存在實物仿真數據來源：網絡整理一般來說，我們將物理仿真、制造仿真等稱為實物仿真。在實物仿真的分類方法上，不同學者有不同的思路和實踐方法。例如，按照物理場的不同來分析，可以分為流場仿真、電磁場仿真等；按照分析對象不同，可以分為機械仿真、電子仿真等。（三）兩類模型：工業機理模型+數據算法模型 HYPERLINK /item/%E4%

48、BB%BF%E7%9C%9F%E6%A8%A1%E5%9E%8B 仿真模型是被仿真對象的抽象表述，通常具有一對多、多對一、多對多、一對零等形態。在建立模型時，要首先通過客觀規律的分析掌握形成基于對象的數學描述，然后基于平臺開展模型沉淀構建，最終形成可復制、可推廣的模塊。在“平臺+數字仿真”過程中，需要對系統仿真、實物仿真中的對象依次進行界定分析、框架抽象、參數提取、編程測試等操作，最終形成工業機理模型和數據算法模型等兩大類主要模型。工業機理模型工業機理模型主要針對的是復雜工業過程或工藝問題，是基于平臺對系統仿真和實物仿真中的運行規律、經驗知識等進行顯性化、模型化、代碼化、模塊化的產物，覆蓋了研發設計、生產制造、經營管理等全過程，涉及溫度場、速度場、濃度場、電磁場、應力場等多類物理場。目前，由于工業軟件積累不足、工業門類復雜龐大、專業復合型人才短缺等原因，我國制造企業將行業機理代碼化、模型化的能力仍有待進一步提高。數據算法模型數據算法模