平民化仿真，工业软件突破连

力计算的三个阶段

计算机辅助工程CAE的理论基础起源于20世纪40年代的有限元分析方法1960—1970年，CAE软件还处于探索期，分析对象主要是航空航天，核电等大型设备的强度和刚度目前，CAE只能在Unix工作站上运行这是一个计算能力差的时代为了节省资源，连显示器和内存也往往是两机巨大的计算机硬件仅仅因为它的尺寸就令人望而生畏，而且一台计算机填满一个房间是很常见的软件只是电脑硬件的附属品

围绕大型机诞生的最早一代仿真软件有NASA的Nastran，西屋核电的ANSYS，麻省理工的ADINA和布朗大学的Abaqus工作站作为一种昂贵的稀缺资源，也是计算能力集中的体现人们只能去指定的机房，排队等待计算好的时间熟悉方程的科学家可以通过命令行的组合来完成特定场景下的仿真分析既然软件使用门槛这么高，脖子被捏在硬件厂商手里，其开发动力自然大打折扣软件就像一个秘密宝藏只有少数拥有特殊技能的科学家和非凡的工程师才能通过未知的洞和隧道接近它

从1981年IBM推出第一台真正的PC开始，桌面PC的浪潮就来了兼容机已经普及，计算能力也得到了提高软件也开始普及，使用门槛大大降低在此期间，许多与主机紧密捆绑的软件被逐一淘汰，而独立软件不断涌现Windows95操作系统的图形界面扫除了一切可能的障碍在这个过程中，无论是CAD软件还是CAE软件的厂商，都在争先恐后地改变姿态，拥抱个人电脑时代设计软件AutoCAD从Unix系统成功转型，而Solidworks则直接成为Windows的原生软件Ansys仿真软件，诞生14年后，于1984年开始推出适配Intel 286的计算机界面更友好，功能更易用这种凤凰变朱雀飞入寻常百姓家的最好例子就是非线性模拟软件大金刚的ADINA它早在1975年就诞生于麻省理工学院，但直到1988年才得以商业化，供更多工程师使用一匹桀骜凶猛的马，终于有更多的人可以骑了目前世界排名第三的奥泰尔，就是在这个时候伴伴随着PC的普及而诞生的虽然世界第一的Ansys成立于1970年，但直到1996年才被风险投资公司在纳斯达克上市工业软件，仿佛从宙斯的奥林匹克仙山，降落在民间大厅使用门槛降低了，资本市场开始对它有了新的认识一旦其庞大的用户群潜力得到确认，资本的拥抱自然会超过热情

我们很容易注意到，当一项技术引起时代剧变时，市场结构开始洗牌洗牌既有死亡，也有重生有些企业会倒下，新面孔也可喜可贺就像今天的电动汽车一样，人们会惊讶地发现，即使三大强大的BBA汽车或三大日系车都在颤抖，新一代王者如特斯拉，中国韦小立等造车新势力已经像孩子一样从老人身边呼啸而过，欢欣鼓舞地向前奔跑，迎接东方的曙光

同样的曙光照耀在仿真软件的赛道上从2010年开始，以超级计算中心和云计算为代表的廉价超级计算能力时代已经到来权力变成了文明的军备竞赛，美国，日本，中国都在这里竞争这些超算中心的超算能力要解决的问题是通过模拟问题和模拟软件计算核爆炸，天气预报等无限放大，多参数的复杂事件

与Windows时代的计算能力不同，云计算和超级计算中心似乎又回到了工作站时代的中心化只是这次增加了一个分布式桌面从表现形式上看，第一代计算能力:集中式工作站，第二代计算能力是分布式桌面应用，第三代计算能力，就软件应用而言，回归了集中式计算能力，但同时增加了分布式桌面甚至移动应用，最常见的形式就是app小程序

通过努力普及，门槛进一步降低模拟软件呢不出意外，一个全新的春天就要来了

加扰仿真软件

上世纪八九十年代，PC的崛起对现有软件进行了大洗牌在这个过程中，很多一流的设计CAD软件厂商被洗劫一空，很多消失了——这些品牌的没落是因为他们的技术过时，在工作站向PC转型的过程中未能被技术离心力甩出轨道他们死于两次风暴之间但是很多CAE厂商顽强的活了下来他们的一些品牌后来在市场上消失了，原因和CAD厂商不一样他们并没有在第一代计算能力到第二代计算能力的过程中掉队，而是在最近二十年由于商业模式的改变而消失了:更大的鱼吃了他们

新时代不能兼容他们是因为商业原因而不是技术原因，但毕竟挤进了新时代从某种意义上说，CAE厂商的坚韧是因为CAE的专业性更强它的使用门槛还是太高一般仿真软件都是单一的物理场，只计算结构力学或者电磁学要做出复杂的模拟结果，需要计算各种物理场仿真工程师需要熟悉这些不同的物理场和不同的软件界面

对于一个企业来说，产品设计师和仿真工程师往往是两个人而且仿真工程师远远少于设计师设计师往往只需要一种软件就能完成所有任务，但是仿真工程师需要在计算结构力学，计算热力学，计算电磁学等不同的仿真软件之间来回切换就像液压站转阀门的操作工，他面前有十几个阀门，转的方式不一样由于每个阀门需要不同的方言密码，着急自然是最常见的事情

但是，仿真工程师的难度不在于忙着开各种奇怪的阀门，懂得各种软件的语言，更重要的是对自己的行业有足够的了解他需要将工程任务中的行业知识与建模语言联系起来这需要相当的技巧

模拟软件，再一次显示了它的知识封锁高冷软件极端来说，它只是一个先进的科学计算器，与行业无关这也说明了工业软件盈利的最高级模式，即只做通用计算平台和建模语言，封装数学模型，至于行业面临的各种琐碎场景，需要仿真工程师自己去完成

这个门槛自然很高。

于是就会有一群全新的陌生人，试图改变模拟软件难的特性。

巨人足迹之间的差距

可以说，如果往单学科CAE方向突破，道路基本已经被垄断寡头堵死了大型仿真软件通过深挖技术战壕，融合众多不同的物理领域，早已形成平台化解决方案

于是，后来者采取了另一种思维方式，避免单一学科挑战巨头，而是从工程应用的角度出发，从而在看似牢不可破的铁门上打开了一个缺口。

来自瑞典斯德哥尔摩的COMSOL仿真软件，对仿真模块在工程中的应用进行了尝试从本质上讲，有限元分析和工程仿真的本质是计算数学方程COMSOL源于MATLAB的工具箱COMSOL专注于工程模块，而不是学科公司成立于1986年，之后发布了FEMLAB，这是它的第一个工程应用模块:结构力学看到这个名字就知道，简直就是MatLab的寄生虫当然，因为诉讼纠纷，COMSOL后来重写了代码，切断了和Matlab的联系两年后电磁学的模块发布了，然后化学和传热学的模块也发布了2005年，产品名称改为Comsol Multiphysics——可以说这个名称直到成立10年后才真正形成Multiphysics的概念随后，增加了各种工程模块如果记录这个不断增长的清单，似乎就是一个枯燥的日常账户但这些工程应用模块被视为移动的旗帜，旗帜背后象征着上升的市场，如其在2020年开发的燃料电池和电解池板，迎合了冉冉上升的氢燃料产业以多物理场平台为根基基础，COMSOL的上部就像一个成长中的插头，不断插入新的行业市场追逐热门行业，像向日葵一样，向不同的方向伸展

COMSOL的成功归功于三个因素第一，基础平台根植于数学物理理论从最低的理论出发，自然表现出出众的解方程能力，其PDE模块非常强大其次，COMSOL为工程问题提供易于使用的软件解决方案产品库中的所有产品模块都是标准化接口无论是电子，机械，化工等工程领域，还是传热，流体等具体物理现象，都使用相同的软件界面，操作过程都是一样的这为那些收购了大量软件的大型CAE公司提供了另一种选择大型CAE公司不得不开放数据，改变收购软件的接口长期以来，用户不得不反复切换阀门更重要的是，COMSOL专注于工程模块，其中封装了大量的行业知识，包括电化学，等离子等几十个应用模块——很多模块往往是经典CAE软件作为通用软件平台难以具备的功能模块这些具有行业属性的工程模块让工程师们松了一口气他们的模拟任务有行业属性护栏，是比较好用的工具它为该行业定制了专用工具

模拟软件的新突破需要仔细研究龙足迹留下的空白。

第三波来了。

模拟软件的应用正在简化第一波模拟软件具有很强的特异性和低级特征往往是针对单一学科的通用仿真软件，如流体，电磁，热，结构等，它们彼此分离用户需要单独购买不同学科的软件第二波软件更侧重于行业COMSOL的工程应用模块就是其中的典型代表，在底层构建了多个物理领域，并与行业相结合，让应用工程师可以轻松面对自己的行业进行仿真开发

但这并不是结束更多简化的CAE软件不断出现他们更专注于一个行业，专攻一个行业的仿真最典型的是MotorCAD，成立于1998年它只针对高级电机的开发，提供四个关键功能模块，即电磁，热，机械和电机效率和性能优化

啊，很好用可以实现全转矩转速范围的多物理仿真设计所以它在电机行业占据主导地位也就不足为奇了，世界各大电机厂商和科研机构都在使用它但是，如果使用经典的仿真软件，由于其过分注重通用性，大量的功能实际上是不必要的MotorCAD的所有模块都可以吸干挤出来，是为电机而生的

现在针对行业的专业化软件已经被证明是可行的，那么下一步更小的粒度在哪里，更低的门槛在哪里也就是面向设备，甚至是面向设备的零件比如某一类电机只能是无刷电机或者DC电机，也就是说直接为个性化设备开发一个更小的App如果说COMSOL代表了基于多个物理领域的功能模块的崛起，那么MotorCAD则是在功能模块的基础上直接面向垂直行业在此基础上，针对特定设备构建更加个性化的场景应用app也就顺理成章了

CAE软件的第三次浪潮正呈现出新的轮廓。

模拟图形普及的演变。

COMSOL已经闻到了这种味道，它正在让自己的软件更加App碎片化2014年，它发布的版本中包含了App Developer，并发布了支持App分发的服务器，让各地不同的用户都可以在其服务器上运行这些专业的应用最让工程师高兴的是，app developer中包含了完全图形化的编程功能，用户可以自由创建app到了2018年，COMSOL终于为自己定下了互联网时代的基调，发布了编译器用户可以将在父平台上开发的程序转换成独立运行的仿真App运行时，不需要安装COMSOL软件事情变得越来越简单

COMSOL的业务逻辑面向专业化细分市场，包括30多个工程应用的功能模块，而不是通用软件，在中国市场乘风破浪在此基础上，用户建立了1000多个App案例在ANSYS，Altair，MSC的阴影下，COMSOL找到了自己的地盘

同样，在国内，北京云道智造也是避开经典CAE的通用软件路线而是在自己的底层多物理场仿真平台上构建广泛的工程应用模块和app应用，为正在崛起的中国制造提供了更低的门槛

以第一代ANSYS和Nastran为代表的软件，如果用高度来比较使用难度，就像上海中心大厦最高的127层所以从这里开始，COMSOL的工程应用模块离地面只有20层现在COMSOL和云道的App应用会让它位于10楼离大气层越来越近，人们可以抬头看到

伴随着超级计算和云计算的普及，更便捷的方式正在出现如果开发平台也可以为行业用户开发，用户可以开发自己的app，那么这些应用就会出现在一楼，触手可及陶是采用更激进的云化方式，下沉到这个位置，开放多个物理领域的仿真平台，由第三方联合开发或开发工程模块和app云基于通用底层平台开发了电子散热仿真软件Simetherm，已部分替代主流商业软件Flotherm和ICEPAK上海一家专门做航空复合材料轻量化的专业咨询公司，直接叫这个底层平台，开发行业模块，面向国内飞机厂曾经分布在不同人手里的知识，正在像饺子一样蔓延，各种芝麻馅，五仁馅散落混杂在一起更加大众化的模拟从未如此贴近大众

注:一代算力，一代仿真。

从全球范围来看，软件市场就像一个成熟的成年人，进入了一个高度稳定的结构这种稳定性是由寡头垄断决定的，寡头垄断几乎可以闭着眼睛点餐，通过并购吞并各种创新型初创企业可是，在中国市场就不一样了，中国市场似乎刚刚开始显示自己是青少年伸展肌肉的地方如何选择CAE软件的突破方向是一个战略考虑基于SaaS的软件即服务是其中一种方式中国的上海殳俏，北京卫兰和德国的SimScale都采用这一路线同阵营的SaaS仿真软件OnScale成立仅五年，今年被ANSYS收购，意味着这种基于云的方向已经得到了老牌仿真厂商的认可除了走SaaS路线，云道还进一步引入了工程应用模块与App的联动，采用平台即服务的PaaS，与行业应用紧密结合它大大降低了用户的门槛，使模拟人成为可能瑞典的COMSOL已经证明了它的可行性现在国内很多新行业，比如锂电池，碳化硅，都提出了新的场景需求，国外的仿真软件也没有成熟的工程模块如果能进一步降低应用门槛，国产CAE软件就能大显身手了

2015年，在国际工程建模，分析与仿真社区协会NAFEMS的研讨会上，业内专家提出了仿真大众化，民主化的话题，成为国际上倡导包容性仿真的先行者超级计算机/云计算和专业化仿真app的广泛应用，将引发仿真技术的普及革命

在第三波计算能力的帮助下，第三代仿真软件也可能会跃升这次是计算力普及，模拟通用

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