1. 引言

在竞争激烈的汽车与航空航天领域，仿真技术已成为产品研发不可或缺的环节。通过在设计阶段验证概念并优化性能，仿真平台能有效缩短开发周期并降低物理样机制作成本。

MODSIM（建模与仿真）作为达索系统3DEXPERIENCE平台的核心解决方案，将CAD（计算机辅助设计）与CAE（计算机辅助工程）深度整合，为工程师提供从概念设计到虚拟验证的完整工具链，实现产品开发流程的全面优化。

2. MODSIM技术解析

2.1 技术架构

MODSIM通过革命性的技术整合，在3DEXPERIENCE平台上构建了统一的设计仿真环境。该方案深度融合CATIA建模技术与SIMULIA仿真引擎，实现几何模型与仿真数据的双向实时联动。

这种架构突破传统"设计-仿真"的瀑布式流程，支持在单一数据源上进行多学科协作，有效消除部门间的数据孤岛（详见图1）。

图1：3DEXPERIENCE平台中的MODSIM架构

2.2 核心功能特性

1. 深度集成：CATIA与SIMULIA原生融合
2. 早期验证：概念阶段即可进行功能仿真
3. 智能数据处理：自动几何清理与参数传递
4. 敏捷迭代：CAD变更即时同步仿真模型
5. 统一数据源：多学科团队共享基准模型
6. 云算力支持：HPC加速大规模仿真计算
7. 实时更新：支持设计参数的即时反馈

3. 仿真平台选型关键指标

3.1 CAD系统兼容性

MODSIM与CATIA的原生兼容性保障设计数据无损传递，相较其他平台减少90%的格式转换工作。对于NX等第三方CAD系统，需评估数据接口的鲁棒性。

3.2 仿真能力覆盖度

MODSIM支持六大核心仿真场景：
● 结构力学分析
● 计算流体力学（CFD）
● 热力学分析
● 电磁场模拟
● 多物理场耦合
● 系统级仿真

图2：MODSIM设计-仿真一体化工作流

3.3 易用性评估

基于CATIA用户界面开发，MODSIM显著降低学习曲线。实测数据显示，工程师平均3天即可掌握基础仿真操作。

3.4 许可模式分析

MODSIM提供基于角色的灵活授权机制，支持按需订阅模式。对比传统买断制，可降低企业30%的初期投入。

3.5 技术支持体系

达索系统全球技术支持网络提供7×24小时响应，配套在线知识库包含2000+技术文档，并设有行业专属专家团队。

3.6 系统扩展能力

经空客A350项目验证，MODSIM可处理超过500万网格单元的超大型装配体，支持200+节点并行计算。

3.7 协同开发支持

基于3DEXPERIENCE的协同环境，支持全球20+团队同时访问仿真数据，版本管理精度达0.01mm级别。

3.8 行业实证案例

在宝马电动平台开发中，MODSIM将碰撞仿真周期从14天缩短至36小时，整车减重达12%的同时满足五星安全标准。

4. 行业解决方案

4.1 汽车工程应用
• 虚拟原型：减少70%物理样机制作
• 轻量化设计：拓扑优化实现材料效率最大化
• 安全验证：C-NCAP工况全场景覆盖
• 热管理系统：电池包温控精度提升40%

图3：MODSIM汽车快速开发方案

4.2 航空航天应用
● 复合材料分析：层合板失效预测准确度达98%
● 气动优化：翼型设计迭代效率提升5倍
● 推进系统：燃烧室流场仿真误差<2%
● 热防护系统：重返大气层热流模拟精度±3%
● 多场耦合：机翼颤振分析时间缩短80%

图4：MODSIM飞机结构仿真案例

5. 主流平台能力矩阵

�� 四大仿真平台深度对比表（⭐代表能力等级）

分析维度	MODSIM (CATIA)	ANSYS	Simcenter (NX)	COMSOL
​​CAD兼容性​​	⭐⭐⭐⭐ CATIA原生集成	⭐⭐⭐⭐ 支持SolidWorks/Creo等	⭐⭐⭐⭐ NX无缝对接	⭐⭐⭐ 通用接口需转换
​​界面生态​​	⭐⭐⭐⭐ 全流程统一设计环境	⭐⭐⭐ 模块化界面需切换	⭐⭐⭐⭐ Teamcenter工具链集成	⭐⭐ 独立操作界面
​​多物理场​​	⭐⭐⭐⭐ 整车级耦合仿真方案	⭐⭐⭐⭐ 行业专属套件库	⭐⭐⭐ 系统级振动噪声分析	⭐⭐⭐⭐ PDE自定义方程优势
​​学习成本​​	⭐⭐ CATIA用户零过渡	⭐⭐⭐ 需掌握APDL命令流	⭐⭐ NX用户易上手	⭐⭐⭐⭐ 需数学建模基础
​​部署成本​​	⭐⭐⭐⭐ 企业级订阅制	⭐⭐⭐ 模块叠加费用较高	⭐⭐⭐⭐ PLM打包方案	⭐⭐ 按物理场模块收费
​​典型场景​​	整车碰撞/流体仿真	芯片热分析/电磁仿真	机械系统NVH优化	微流控/超材料仿真
​​核心优势​​	设计仿真一体化	专业领域深度解决方案	制造工艺闭环验证	多物理场方程自由耦合
​​用户分布​​	奔驰/空客等主机厂	博世/高通等零部件企业	三一重工/格力等制造商	MIT/中科院等科研机构

6. 实施路径规划

6.1 评估阶段

• 建立技术需求矩阵（KANO模型）
• 执行系统兼容性测试（POC验证）
• 对标行业标杆案例（Benchmark）
• 开展试点项目（3-6个月周期）

6.2 部署阶段

● 分阶段上线（设计→基础仿真→多物理场）
● 角色化培训体系（设计/仿真/管理）
● 构建内部专家团队（认证工程师培养）
● 建立知识管理体系（企业专属知识库）

6.3 优化阶段

• 每季度技术评估（ROI分析）
• 持续能力建设（年度培训计划）
• 最佳实践提炼（案例白皮书）
• 用户反馈闭环（问题跟踪系统）

7. 总结建议

在数字化研发转型背景下，MODSIM凭借其独特的"设计即仿真"理念，正重塑汽车与航空领域的开发模式。该平台不仅实现技术层面的工具整合，更带来组织协同效率的质变提升。

建议企业在选型时重点关注：

1. CATIA生态的深度整合能力
2. 多学科仿真的一体化程度
3. 超大规模模型的处理性能
4. 行业专属解决方案成熟度
5. 全生命周期成本效益比

对于已部署CATIA的企业，MODSIM的迁移成本最低可达传统方案的1/5，是构建数字孪生体系的优选平台。