智能製造，起點在設計，難點在建模，焦點在仿真。仿真是一門基於數學、物理學、信息科學等跨學科的綜合性技術，它構成了數位化設計與製造的科學基礎，擔當著智能製造的核心引擎。但是，仿真若不能普惠於智造，就會止步於廠商的逐利工具。仿真技術的普惠化是勢不可擋的時代潮流。隨著工業網際網路基礎設施的不斷完善，基於網際網路平臺，工程師可通過APP化的CAE軟體對研發資源進行優化配置，實現智能設計、智能生產、智能服務的數字貫通和知識封裝，從而提升整體智造水平和創新能力。
「仿真」一詞，外延很廣，工業領域常用「仿真」代指以CAE（Computer Aided Engineering，計算機輔助工程）軟體為核心的數值模擬技術，而其廣義則包括有限元CAE、專業仿真CAE（例如多體動力學、控制系統、電氣系統、IC設計仿真的EDA等）、系統級設計仿真等在工業領域應用到的所有仿真類技術。從仿真所涉領域可以看出，它是一門基於數學、物理學、信息科學等跨學科的綜合性技術，它構成了數位化設計與製造的科學基礎，擔當著智能製造的核心引擎角色。
業界專家共識：智能製造，起點在設計，難點在建模，焦點在仿真。作為工研軟體CAX（含CAD\CAE\CAM\CAT\CAPP等）家族中的核心一員，CAE覆蓋製造業的產品論證、設計、生產、銷售、服務的各個環節，廣泛應用於機理研究、產品設計、技術方案驗證、試驗結果分析、故障歸零、生產過程、裝配、工藝、質量、檢驗等產品的全生命周期。今天，CAE軟體在機械工業、武器裝備、航空、航天、汽車、船舶、電子產品、建築、醫療等各個領域都得到了廣泛應用，並融合吸收了計算可視化、虛擬實境、知識工程、工業網際網路、雲計算等新成果，其準確性、計算效能都大幅提升，早就超出了數值分析的範疇，業已成為定義智能製造的主要數位化工具和關鍵核心技術。可以說，擁有仿真就等同擁有了未來智造的創新密碼。一言以蔽之：無仿真，非智造。
CAE仿真技術對於智能製造的主要作用體現在幫助智造工程師「多、快、好、省」地做設計、搞研發:「多」是指CAE軟體可以幫助工程師增加設計分析能力，開發出更多的「虛擬樣機」、替代更多的「物理樣機驗證」，貢獻更多的研發創新；「快」是指CAE軟體可以快捷模擬各種設計與試驗方案，減少設計與試驗時間，縮短設計和分析的循環周期；「好」是指CAE軟體幫助工程師採用優化設計，找出產品設計最佳方案，提升產品質量，並能在產品製造和工程施工之前預先發現潛在問題，或者事故之後分析、查找具體原因，降低研製和試驗的安全風險；「省」是指CAE軟體幫助工程師提升產品設計的合理性，降低設計成本，以及減少「物理樣機」消耗，降低材料費用和試驗成本。
提起「普惠」二字，廣為熟知的是普惠金融和普惠教育。財富和教育是人類發展的核心資源，科技也是如此。高科技的人類文明成果理當以合宜的方式為人類所共享，並最終由形式上的普惠轉變為實質上的公平。普惠不同於普適，普適是從技術本身出發，強調技術本身的能力邊界；普惠則是從技術倫理而言，強調技術的低門檻共享權利。普惠也不同於公益，它是廣義社會正義的一種體現，強調公平地普遍性供給。普惠著重表達的是供給的方式，而公益著重表達的是對供給對象的功能和價值。普惠仿真是以仿真技術大眾化、民主化為使命，立足於技術機會平等要求和產業可持續原則，以可負擔的成本，通過某種載體為有CAE技術需求的群體提供及時、方便、高質量、有效的仿真服務。也就是說，普惠化的仿真將給當代智造帶來可得性、價廉性、便利性、安全性、優質性等多項價值。
CAE仿真技術縱有千般好，若不能普惠於智造，就會止步於廠商的逐利工具。拋去技術本身的問題，諸如準確性、可靠性、運算能力等方面，就工程應用而言，仿真技術的門檻也非常高，而且在國家、組織、個人的多個層面都有較高門檻，導致其目前很難普惠於智造業各群體。
從國家層面看，CAE仿真技術的國際分布是極度不均衡的。以中國與歐美對比為例，當下我國工業仿真軟體市場幾乎被歐美公司所壟斷。在市場上能夠得到的歐美CAE軟體產品均為普通商用版本，而非最先進的技術，其高端部分的技術都是對外禁運的。21世紀以來，歐美CAE巨頭加快了併購的步伐，形成了越發強大的技術壟斷優勢，仿真技術的「數字鴻溝」越拉越大，導致後發工業國在仿真技術上已經望塵莫及，處於明顯弱勢地位。
從組織層面看，仿真技術門檻體現在其對企業的人、財、技術、觀念等綜合資源能力的高要求上。中小型企業缺乏足夠的人、財和技術，加上研發創新意識相對淡薄，所以，仿真技術對於中小企業來說，一度是難以企及的奢侈品，是實實在在的「成本中心」，買不起、用不起，也不敢買、不敢用。每遇到仿真的問題，直接到高校找專家搬救兵，或者請專業仿真諮詢公司提供技術支持，企業自身很難邁過仿真應用的高門檻。大型企業單位為設計研發配備的資金、人才、技術等資源非常豐富，研發創新的重視程度遠高於中小企業，所以仿真技術在國內外大機構中的應用更為普遍，相應地，其創新能力也更強，馬太效應越發凸顯。
從個體層面看，高門檻體現在對仿真技術的駕馭難度上。要應用仿真解決工程問題，工程師需要多學科的知識儲備，至少具備諸如物理、軟體、數學等學科的知識，還需要學習與CAE軟體對應的程式語言，更要掌握工程領域的Know-How，只有軟體與工程俱佳的綜合型人才方能較好地駕馭仿真技術，因而也影響了仿真技術的普惠應用。
儘管技術門檻高，仿真技術的普惠化仍然是勢不可擋的時代潮流。2015年8月，在NAFEMS（國際工程建模、分析和仿真社區協會）的網絡研討會上，業內專家提出了仿真大眾化、民主化（Democratization of CAE）的議題，成為國際上倡導「普惠仿真」的先聲。與會專家一致認為，基於工業網際網路應運而生的專業化仿真APP的形成和廣泛應用，將引發仿真技術的普惠化革命和井噴式爆發。在不久的將來，仿真技術的使用者將由75萬發展到超過8000萬，仿真技術的市場總額也將越過300億美元大關。
普惠化的仿真技術不僅大大降低了應用門檻，更能讓工程師從複雜的仿真基礎性知識中解放出來，成為研發設計的數字引擎，極大賦能智造領域的研發創新。在這個軟體定義製造的時代，如果沒有工業軟體，智能製造就無從談起，而如果沒有普惠化的仿真軟體，數字創新就無從做起。管理大師德魯克曾說，「未來管理的核心是有效定義具體知識的運用和組合」。工業領域通過普惠化的仿真軟體輕鬆定義的「新知識」，必將成為未來智造的主要創新來源。隨著工業網際網路基礎設施的不斷完善，基於網際網路平臺，工程師可通過APP化的CAE軟體對研發資源進行優化配置，實現智能設計、智能生產、智能服務的數字貫通和知識封裝，提升整體智造水平和創新能力。
從2015年到2020年，國際仿真界的普惠仿真「宣言」猶在耳畔，如今以CAE仿真為代表的工業軟體正處風口浪尖，在國際風雲中成為了大國博弈的技術底牌。仿真技術本身也在兩種極具張力的趨勢中螺旋演進。一種趨勢是Autocratizing-CAE（獨佔化、壟斷化CAE），即美歐的CAE巨頭持續併購，不斷形成壟斷的優勢；另一種是Democratizing-CAE（民主化、普惠化CAE），即在新興市場的工業網際網路浪潮之下，普惠仿真的力量正不斷崛起。
普惠仿真之火正在工業網際網路的推動下不斷燎原，並衍生出兩個顯著的普惠化路徑：雲化及APP化。在雲化方面，傳統的CAE巨頭ANSYS、達索等企業紛紛上雲，推出雲化版本和雲計算服務。國內外的雲化CAE項目也不斷湧現。SimScale是德國慕尼黑的技術團隊建立的一個基於雲計算的工程CAE仿真平臺,其在2020年1月獲得2700萬歐元的投資，足見資本對技術趨勢的敏銳嗅覺。與國外相比，國內的雲化CAE平臺也從2014年起不斷興起，並已形成了一定氣候。
在APP化方面，全球的CAE企業也都在爭先探索。早在2015年的國際工程建模、分析和仿真社區協會會議上，業內專家就已經展示了工業APP化的普惠仿真案例。其中，Front End Analytics公司的總經理Juan Betts就是普惠仿真的積極支持者，其將某種智能的仿真自動化專用工具稱為「SmartApps」。它具有高度可用性、網絡可得性、使用經濟性以及較高智能性，代表了普惠仿真的方向，能廣泛惠及工程師，乃至非工程師群體。這種APP化的智能仿真工具的開發、推廣及普及，將革命性地驅動仿真技術市場乃至整個智造產業。如此精巧、智能又低調的APP化工具就是普惠仿真大戲的主角——仿真APP。
工業APP是傳統工業軟體在工業網際網路時代發展出的新形態；仿真APP也正是基於工業網際網路產生的CAE新形態，非常適合可以對流程和方法固化的一些特定的設計仿真問題。具體來說，仿真APP是基於統一的CAE平臺的專用仿真應用程式，是對仿真知識和經驗的靈巧封裝。仿真APP將專家經驗、行業知識和仿真流程固化下來，供設計工程師直接使用，從而大幅降低了仿真技術的應用門檻，解決了仿真技術「難學、難用、難推廣」的行業痼疾。
仿真APP是能實現特定工業產品的某些仿真試驗功能的數位化模型，可以讓每位工程師都能便捷開展仿真試驗。傳統仿真軟體「貴且難」，通常只有大型企業才能購買（中小企業買不起），只有具備數學、物理、工程及計算機等複合知識的專業仿真工程師才能使用（非專業仿真工程師用不上），嚴重製約了仿真技術的應用範圍和使用價值。仿真技術的普惠化，就像個人電腦和智慧型手機的普及化一樣，讓信息技術推動新工業革命的飛速發展，讓更多的工程師、更多的企業能夠使用仿真技術，開闢仿真技術的全新市場空間。
除了雲化和APP化，還有如開源化等源自市場的普惠驅動力，各國政府也都在布局旨在推廣仿真技術的創新網絡。中國於2018年成立了旨在發展工業軟體生態的國家數位化設計與製造創新中心，並於2019年成立了聚焦仿真技術的國家數位化設計與製造創新中心北京中心，也即北京數位化設計與製造產業創新中心，展現了國家層面對仿真技術和數字創新的高度重視。可見，在當今全球智造的大格局之中，無論市場還是非市場因素都在高度聚焦仿真技術，普惠仿真的大幕已經悄然拉開了。
「普惠」的內涵強調供給側，普惠仿真的主力自然是市場化力量主體——企業。在國內外眾多的仿真企業中，雲道智造（Internet Based Engineering）儘管規模不大，卻是普惠仿真領域獨樹一幟的典型案例。雲道智造的立業使命就是「自主匠心、普惠仿真」，憑藉自主可控的「網際網路+仿真APP」模式創新地重構仿真技術體系，使普惠仿真的理想照進現實。
如果說，雲道智造使命中的「自主匠心」表徵了生產力（技術維度）的革故，「普惠仿真」則體現出生產關係（生態維度）的鼎新。雲道智造的普惠仿真事業堅持本源性創新，其核心產品充分借鑑智慧型手機的「iOS+APP」模式，用自主可控、網際網路化的「PaaS（大平臺）+APP（小應用）」架構重建仿真產業的生態體系，引領仿真技術從第二代CAE（Computer Aided Engineering）發展到第三代IBE（Internet Based Engineering）。IBE兼顧「仿真技術自主化」、「仿真知識（經驗）軟體化」、「仿真工具專用化」和「仿真產業生態化」的聚合式系統創新，為智造者提供工業仿真試驗模型（APP）的無代碼化便捷開發工具，以及配套雲端平臺，建設仿真APP在線運行及下載商店，創造仿真APP的大規模社會化協同開發和應用共享機制，使仿真技術能低成本、大範圍應用於工業領域。
早在2013年，雲道智造創始人屈凱峰博士受到蘋果iOS系統中APP商店的啟發，就提出了一條基於仿真作業系統的「網際網路+仿真」的普惠仿真思想，這在當時的業內還是石破天驚的「幻想」。七年來，雲道智造團隊沒有投機取巧，規規矩矩地做笨功夫，老老實實地從一行一行的代碼編起，從一個一個的仿真APP做起。為了堅守「自主匠心、普惠仿真」的初心，雲道智造堅持「三絕不」（一絕不靠代理國內外軟體謀利，二絕不投奔高校，即不依賴某個高校的大旗，三是絕不為資本方所綁架），「痛並快樂」地堅持獨立自主、本源創新的發展路線。
士不可不弘毅，雖任重道遠也要風雨兼程。2014年3月，雲道智造在清華科技園註冊成立；2017年4月，經過3年打磨的普惠仿真平臺——SimdroidV1.0橫空出世；2018年8月，SimdroidV2.0正式發布，該版本已經具備完善的圖形交互式仿真開發環境，開發工程師無需掌握任何程式語言，通過簡單的滑鼠拖拽即可便捷完成仿真工作和開發仿真APP。從2019到2020年，複雜的國際局勢和全球疫情沒有影響SimdroidV3.0和SimdroidV4.0的相繼迭代問世，與此同時，雲道智造還推出了SimCapsule仿真雲平臺。基於如此紮實的技術積澱，雲道智造牽頭申報成功多項國家級重大專項（例如工業網際網路創新發展工程中「面向虛擬仿真設計場景的工業網際網路平臺測試床項目」等），系業界首次對「仿真平臺+仿真APP」的仿真安卓模式進行全方位的應用測試。雲道智造由此成為我國在仿真領域實現「換道超車」的重要攻堅力量。
雲道智造堅持「用時代的技術，開發時代的產品，滿足時代的需求」，創造網際網路時代的IBE仿真產業生態體系。其普惠仿真體系包括：仿真APP（工業產品的仿真試驗模型）、APP商店（工業產品的仿真試驗模型庫）、Simdroid（工業產品仿真試驗模型開發工具/運行平臺）和SimCapsule（細分行業專用仿真軟體雲平臺）。
通過Simdroid這個仿真APP「作業系統」，工程師可開展固體力學、電動力學、流體力學和熱力學的仿真工作，並可通過無代碼化仿真APP開發環境，將專家經驗、行業知識和仿真流程便捷地固化為仿真APP，從而推動仿真技術的商業化應用場景深入到產品級，大幅降低仿真APP的開發門檻和仿真技術的應用門檻。SimCapsule是一個細分行業專用仿真軟體的在線快速開發、運行和推廣的雲平臺。開發者可以通過平臺支持的私有雲和公有雲部署，無需安裝仿真軟體，即可通過任何支持HTML5的瀏覽器，隨時隨地跨終端訪問平臺，在線使用仿真應用，完成仿真全流程工作。這樣，SimCapsule就可以賦能開發者靈活、快速地開發垂直的Web仿真應用，同時在線運行和推廣。
作為一個工業網際網路企業，雲道智造不僅通過PaaS平臺助力快捷開發仿真APP，還能將第三方開發的APP整合到一個數字空間中來，建設一個各類仿真APP的數字王國。在開發Simdroid和SimCapsule兩個平臺的基礎上，雲道智造進一步打造了Simapps的工業網際網路平臺。Simapps不只簡單的APP商店，它還包含仿真APP的上傳、搜索、購買、在線使用、編譯下載等功能。工業品全生命周期的工程師均可在仿真APP商店中搜索與工業品相關的仿真APP，在線調用超算資源進行仿真計算，或下載至本地運行；亦可聯繫仿真APP開發者進行特定功能的定製開發。通過仿真APP開發平臺和仿真APP的綜合交易平臺，雲道智造實現了技術和商業模式的雙重創新，使普惠仿真生態真正在智造中落地生根。
雲道智造所倡導和構建的仿真產業生態體系支持仿真APP的大規模社會化協同開發和應用共享。基於雲道智造提供的統一而強大的、開放不開源的仿真引擎，高校科研專家提供基礎算法，軟體工程師開發PaaS平臺，仿真工程師開發產品專用仿真APP，協同為工業企業、產業園區、行業組織提供研發端工業網際網路解決方案。為了進一步更好地營造普惠仿真生態，雲道智造還分別於2018年入股國家數位化設計與製造創新中心，成為最大的發起股東之一；於2019年牽頭成立國家數位化設計與製造創新中心北京中心，同時獲批組建運營北京數位化設計與製造產業創新中心和北京設計創新中心；於2020年成立致力於數字仿真創新發展的「數字創新智庫」。普惠仿真不是一個企業和幾個企業能夠達成的，要著眼於產業生態的全局，因此，雲道智造正努力打造一個普惠仿真的最廣泛的統一戰線，以「網絡化帶動數位化」、「市場化帶動國產化」，兼顧「自主」與「普惠」，用全球領先的技術和產品助力全天下的普惠仿真事業。
《易經》中表徵創新變革的《革》卦卦辭：「革，已日乃孚，元亨，利貞，悔亡」。工業互聯時代伊始，數字仿真產業的既有壟斷秩序已經走過鼎盛階段，製造業各領域已開始「數位化轉型」，全球智造正在革故鼎新，中國智造也開啟了新圖景，普惠仿真大業可期。
工欲善其事，必先利其器。我們應該知道，CAE仿真技術這樣的關鍵核心利器是無法買來和討來的。作為中國智造生生日新的底層軟實力，國產自主的CAE技術要想彎道超車，跨越國內外30多年的技術和產業鴻溝，並開闢出普惠仿真的「天下大同」之路，首先要自力更生、自主可控。對於中國智造，「自主匠心」可以說是「普惠仿真」的應有之義。因此，有必要進一步思考以自主匠心發展普惠仿真的「數字工略」。
目前，國產CAE的產品水平和產業生態與美歐發達國家還有較大差距。在技術體系上，國產CAE軟體整體實力已落後國外軟體20～30年，尤其在產品功能性和健壯性等方面劣勢更明顯。國產CAE軟體的功能相對單一，產品線太窄，大部分以單功能的技術突破為主，軟體成熟度偏低，用戶體驗較差，尚未達到產品級。除了雲道智造的Simdroid這樣的新興PaaS級通用仿真平臺，國內自主的CAE軟體很少具備較強的二次開發功能，多數產品或是專業性較強的小眾CAE軟體，或是基於國外CAE軟體的二次開發程序。加之，自主CAE產品因為缺乏工程用戶的反饋、打磨和迭代過程，難以取得行業客戶認同。在生態體系上，國內仿真技術產業的上下遊均不完備，從技術鏈、供應鏈到產業鏈的生態系統均未建立完善。在過去二十年中，國外軟體大舉進入中國市場，遏制打壓了國產軟體的生存和發展空間，再次出發的國產CAE勢必要重建產業生態。面對這些現狀，無論是發展自主CAE技術，還是打造普惠仿真生態，都應從政策、組織、工程、教育等多維度審視考量。
在政策戰略層面，相關主管部門應制定發展國產CAE和推動普惠仿真技術的長期戰略和支持政策。CAE仿真的自主創新和普惠發展離不開友好的工業軟體政策環境，故應制定長期的戰略發展規劃。近年來，儘管我國政府已經越來越重視工業仿真等「卡脖子」技術，但在政策制定的戰略高度和可持續性上仍存在改進空間。就目前形勢看，有必要做頂層設計，將發展自主CAE技術寫入「十四五規劃」等國家級戰略規劃中，從源頭上放長線制定推動仿真技術發展的政策。在政策制定上，應統籌規劃，避免重複，全方位考慮從中央到地方的縱向政策統一、調度配合，以及橫向的各利益相關群體的資源整合。鑑於我國高校院所與企業單位在仿真技術的側重點上差異顯著（或偏重於理論，或偏重於工程），對於相關部門的重點課題立項，應兼顧科研機構的基礎理論研究任務和商業機構的實際工程應用需求。
如果說大型企業單位是「自主匠心」的國產CAE目前的主戰場，中小企業則是「普惠仿真」的主要受益群體。政府可考慮通過設立「仿真優惠券」等方式，補貼開展應用仿真技術進行研發創新的中小企業，讓一部分中小企業通過普惠仿真把研發先做強起來。有次第地，先實現部分企業補貼示範應用，然後逐步在行業範圍擴展推廣，進而推動整個製造產業的仿真普及。
在組織管理層面，建設自主、普惠的CAE產業生態，需要從上到下的整體協同，更需要國產CAE企業之間的緊密合作。工業互聯時代，網絡設施是基礎，產業協同是根本，要發展國產CAE和普惠仿真，勢必要先優化「政產學研」多元協同的產業組織生態。首先，從「政」的維度，中央層面應成立產業領導小組，加強協調工作力度和提高管理決策效率。其次，從「產」的角度，為打破長期以來國產CAE單位「小山頭」、「遊擊隊」式的離散組織和重複建設，發揮規模效應和聚集效應，可考慮在全國核心區域建設自主工業仿真軟體創新高地，作為國產CAE企業的「總部基地」，先打破物理空間的界限以開展緊密合作，再打破觀念意識和技術空間的界限以抱團做強，實現共享生態資源，共建技術標準，共謀產業發展。比如可以發揮北京地區的綜合產業創新優勢，建設「國家級工業軟體創新中心」，運用國家數位化設計與製造創新中心北京中心/北京數位化設計與製造產業創新中心、數字創新智庫、雲道智造等單位已經聚合的國家級仿真技術平臺資源，和已經建好的中關村東升國際科學園幾千平米「工業仿真創新空間」，以開放、共贏的方式精準連結國內CAE代表型企業和專家團隊的技術、客戶資源，聯合開展技術攻關、市場拓展、人才培養和資本運營等工作。再者，從「學研」和「人才」的角度，教育和科研部門也應聯動起來，集中各領域專家資源，加強校企互動和產教融合，讓高端人才與產業需求精準對接，同時，配套相應的高標準人才與科研保障機制以建立可持續的組織管理體系。
在工程應用層面，要讓國產CAE軟體和普惠仿真技術有用武之地。工業軟體是用出來的，要給國產CAE軟體和普惠仿真的項目參與實際工程的機會，讓它們在持續的工程應用中迭代歷練。因此，應加強與重要行業和重點工程相結合，從用戶和工程的細分需求出發，重點打造面向具體場景的APP化產品。在工程實踐中，從產品迭代和信息安全的角度出發，還應考慮以國產化仿真軟體分階段替代國外產品，至少保證國內外軟體在一段時間並行用起來，以此推動國內仿真軟體加速成長。此外，在重點行業和重大工程中，各參與方應共同建立起一套符合中國仿真產業發展特點的規範標準體系，既適應中國國情，又能與國際標準體系接軌。
在教育科研層面，發展國產CAE軟體和推動普惠仿真要重視教育科研的基礎應用。普惠仿真技術離不開普惠仿真教育，國產CAE軟體更要重視從教育科研系統先用起來。高校院所是CAE產品的絕佳早期試驗田，應當建設與完善CAE軟體相關的學科體系，加強仿真人才培養。例如以國內學術會議和行業學會為平臺，形成高校CAE和行業CAE軟體聯盟，充分調動國內各大高校、學會的科研資源。從高校的課程、人才、課題等項目開始，逐步驗證國產CAE軟體的可靠性和健壯性，然後再逐步走向產業市場。如能整合實施以上工略，則仿真自主化不是夢，仿真普惠路也不會遠。
2016年，谷歌CEO Sundar Pichai在給員工的一封公開信中談到：對我們而言，技術絕不僅僅是我們創造的設備或產品，因為那並不是終極目標；技術是一種民主化的（普惠化的）力量（Democratizingforce），它所提供的信息便是力量之源。CAE仿真正是這樣一種具有偉大普惠力量的技術，它源於科學，而不止於工具，而是旨在：為數位化立心，為智造業立命，為產業互聯鑄重器，為科創時代開太平。
關於作者 | 劉高升：國家數位化設計與製造創新中心北京中心董事長
文章來源 | 本文刊登於《清華管理評論》2020年11月刊，內容有刪減
責任編輯 | 周揚
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