产品设计与性能验证的计算机辅助工程（CAE）仿真

产品性能问题极少出现在设计初稿阶段，这类问题通常在测试、认证流程中暴露，最严重的情况则是产品正式投放市场后才显现。一旦到这一阶段，设计修改成本会大幅增加，项目工期出现延误，研发团队也会从既定开发模式转为被动处置故障问题。

计算机辅助工程仿真技术的作用，就是将问题排查环节前置。在开展实物测试前识别各类性能隐患，研发团队能够在设计修改耗时更短、干扰性更低、成本更少的阶段，做出科学合理的设计决策。

什么是计算机辅助工程（CAE）仿真

（CAE）计算机辅助工程仿真属于虚拟测试技术，依托物理原理求解器模拟产品真实工况下的运行状态。研发人员可在产品投产加工前，借助求解器分析结构力学响应、热量传递规律、流体流动特性以及电磁作用效果。

仿真技术能够帮助工程师直观掌握几何外形、材料属性、运行工况与加工工艺对产品性能产生的影响。其中既包含电磁场这类无法直接肉眼观测的物理现象，也涵盖疲劳损伤、热循环老化等需要长期试验才能判定的性能变化规律。

复杂系统的计算机辅助工程分析应用

在产品开发前期引入计算机辅助工程仿真，工程师可以快速比对多款设计方案，提前预判各类失效形式。在确定加工工装、开展结构改型、增设实体测试项目之前，研究可行的问题整改方案。

实物测试依旧具备不可替代的核心价值，主要用于验证产品安全性、使用性能以及行业法规合规性。仿真技术并不会取代实物测试，而是帮助研发团队以更充足的信心开展测试工作，减少研发后期突发故障问题。

并非所有产品隐患都会在设计阶段显现，质保纠纷、现场运行故障、在用性能评定等场景，同样可以借助计算机辅助工程仿真定位问题根本诱因，探寻可行整改方案，判定产品是否具备维修价值。

为什么要在产品开发中使用CAE仿真？

运用计算机辅助工程仿真，能够在设计前期降低不确定性，将实物测试资源聚焦于核心关键检测项目，规避因后期测试不合格被迫重新设计的情况。

举例而言，结构仿真可以在实验室振动台样机试验开始前，提前预判支架、安装基座存在的共振隐患；热流体仿真能够在电子产品设计初期，排查气流流通受阻、设备过热等风险；电磁分析则可通过比吸收率检测，验证穿戴类电子产品对人体使用的安全合规性。

计算机辅助工程仿真也广泛应用于正式性能验证测试之前，研发团队常借助该技术完成以下工作：

• 在开展国际安全运输协会、军用标准相关测试前，模拟跌落、冲击与振动工况

• 在防翻滚保护结构、防落物保护结构认证前，分析侧翻、外物撞击载荷工况

• 在实验室检测前，提前开展电磁兼容与电磁干扰合规预检

• 在防护等级测试前，评估密封垫片与密封圈的密封性能

• 在耐热认证测试前，预判设备温升幅度与气流变化趋势

对于以耐久性能为核心指标的研发项目，疲劳仿真可以复刻循环加载工况，以此检验全新加工工艺、材料材质与结构外形的实际表现。结合创成式设计与参数化试验设计，还能够进一步完成产品结构优化工作。

在设计流程中提前预判产品性能

在制作实物样机、启动实体测试流程前，研发团队可依托仿真技术完成设计方案的虚拟评测。工程师基于物理数学模型，模拟产品在真实工况下的运行状态，涵盖结构载荷作用、温度变化影响、流体压力作用、设备运输振动以及电磁场效应。该方式能够减少设计阶段的主观预判，有效缩短整体设计周期。

模型中的电磁场可视化

仿真技术不再单纯依托过往产品设计数据，也无需反复制作实物样机试验，可在研发早期输出量化分析依据。工程师能够提前识别潜在失效模式，快速比对多款备选设计方案，降低后期测试失败引发的重新设计、合规复检、工装改制等问题的发生概率。

仿真技术本质上用于解答各类实际工程问题：

• 零部件承受载荷后是否会发生损坏

• 设备运行温度能否维持在标准允许区间

• 流体流动状态是否符合设计预期

• 电磁性能指标能否满足使用要求

这类物理特性往往观测难度大、试验周期长、检测成本高昂，部分检测还需要专用试验场地与多轮样机测试才能得出结果。

当设计问题在研发后期出现时，仿真技术同样能够发挥重要作用。面对测试不合格、现场故障、质保相关问题，可借助仿真排查故障根源，评估整改措施可行性，判定产品是重新设计还是安全维修即可恢复使用。

通过虚拟设计测试，研发团队能够更早掌握产品性能特性，将实物测试精准聚焦核心项目，在整个产品生命周期内降低整体研发风险。

仿真技术常规应用场景如下：

• 降低产品验证、认证及合规检测环节的潜在风险

• 减少因测试失败反复制作样机的次数

• 无需全面重新设计与工装改造，即可排查解决后期故障问题

• 为产品耐久性能评定与维修方案制定提供决策依据

MODSIM – 建模与仿真一体化

相信不少从业者都听过这一专业术语，下面介绍其实际应用含义。传统分析工具与三维设计模型相互独立，部分分析工作甚至没有配套的三维模型数据。达索系统旗下设计软件，已将仿真模块内嵌集成至 SOLIDWORKS、CATIA 以及 3DEXPERIENCE 平台当中。

工程师可在三维设计环境内快速迭代设计方案，同时全程保持与仿真数据的关联绑定。无需针对改动后的几何模型重新搭建分析项目，还能够依托原始设计思路开展各类试验设计研究。

（CAE）计算机辅助工程仿真分类

结构有限元分析（FEA）

结构有限元仿真用于模拟金属、塑料、弹性体、复合材料在实际载荷工况下的受力状态，评定产品强度、刚度、疲劳寿命以及失效风险。

典型应用包含耐久性能分析、非线性材料与接触特性分析、冲击跌落模拟，以及行业法规标准测试前的性能预校验。

计算流体力学仿真（CFD）

计算流体力学主要分析气体、液体流经产品内部与外部的流动形态，以及热量传递变化规律。

常用应用领域涵盖电子产品散热、设备热管理、压力损耗测算、空气动力学分析以及流固耦合效应研究。

电磁仿真

电磁仿真用于分析低频至高频应用场景下的电场与磁场变化规律。

典型应用包含天线性能检测、电磁干扰与电磁兼容分析、电源及信号完整性校核、电机设计，以及实验室正式检测前的合规预判分析。

塑料注塑成型仿真

塑料注塑仿真用于模拟高分子材料在注塑加工过程中的填充、冷却与固化全过程。

工程师借助该技术研判填充形态、熔接线位置、表面缩痕、整体翘曲变形、内部残余应力，分析注塑工艺参数对产品后续结构性能造成的影响。

仿真软件操作与仿真专业能力

仿真项目的复杂程度存在明显差异，基础规范流程类分析工作，人员经过基础培训即可独立完成。部分项目涉及复杂材料特性、失效力学原理、多物理场耦合运算，同时需要精准解读分析结果，确保模拟状态贴合实际工况。

橡胶密封件失效仿真

由此可见，仿真工作并非单纯的软件操作，更考验从业人员的实操经验与专业技术水平。智诚科技ICT 可根据工程团队实际需求，为不同技术层级人员提供对应的仿真技术服务。

具体服务内容包含：

• 智诚科技ICT面向团队开展基础仿真培训，推动仿真技术标准化、常态化应用

• 上门技术指导，分享通用实操规范与实用操作技巧

• 智诚提供一对一项目带教服务，结合实际设计案例与日常工作问题，助力人员在项目实操中掌握软件技能

• 智诚科技承接全流程仿真项目外包，协助企业解决专业工程问题，无需内部组建专职仿真团队

企业引入仿真技术，通常以试点项目或性能验证项目作为起步阶段。智诚科技ICT 负责完成仿真分析工作，校核设计假设条件，对比分析结果与实际工况、试验数据的匹配度。该试点项目后续可作为教学案例，企业内部工程师可依托自有设计模型开展实操学习。整套服务既贴合企业实际应用场景，积累后续培训案例素材，同时及时解决当下的分析需求。

仿真技术无法独立开展应用

在实际产品研发工作中，仿真分析极少单独运作。

设计方案的制定，会受到数据管理、自动化设计以及零部件加工工艺等多重因素影响，综合性工程技术支持在此过程中具备重要价值。

仿真技术赋能产品设计与加工制造

智诚科技ICT 仿真团队搭配多领域资深技术专家，业务覆盖范围如下：

• 数据管理、产品生命周期管理、基于模型的系统工程，保障仿真数据与设计版本同步统一

• 电气化设计：电气线路、线束总成、印制电路板设计

• 设计自动化工具，减少多规格配置产品的手动设计工作量

• 增材制造工艺与配套材料应用研究

• 工程师能够整合多行业技术经验开展工作，打破仿真人员单一技术领域的工作局限。

智诚科技ICT提供的CAE仿真支持

智诚科技ICT 适配各类工程仿真工具，涵盖内嵌式设计分析、高阶多物理场求解、云端运算求解器。技术团队依托 SOLIDWORKS 与 SIMULIA 全系产品体系，结合工程问题复杂程度，为企业匹配适配的仿真工具。

服务过程中综合考量软件使用人员、仿真流程排布方式，以最低操作成本输出有效分析结论。同时协助企业搭建产品虚拟孪生测试场景，挖掘设计流程中的自动化应用机会。

仿真具体服务可电话咨询：400-886-6353