CAE 技术概述

计算机辅助工程（CAE，Computer-Aided Engineering）已经成为现代产品研发体系不可或缺的核心能力。借助 CAE 仿真手段，工程师能够大幅削减实物样机的投入成本，压缩研发迭代周期，降低整体研发开销，最终开发出性能更优、可靠性更稳定的工业产品。

Cadence 构建了完备的多物理场仿真能力体系，能够搭建力学、流体、传热、振动噪声、电磁、材料以及控制系统等多维度物理模型，实现高精度的产品性能预判。各专业工具分工如下：MSC Nastran 承担结构有限元分析（FEA）；Apex 作为轻量化快速结构分析求解工具；Fidelity与 Cradle用于计算流体力学（CFD）仿真；Celsius 专注电子设备的热仿真分析；Reality DC 支撑数据中心能效方案的设计与运维评估；Adams实现多体动力学仿真；ANSA、META、Patran 提供全套有限元前后处理能力；Actran面向声学与振动噪声（NVH）分析场景；Marc处理大变形、材料塑性、接触等各类非线性力学问题；Dytran适配显式动力学，可完成碰撞、冲击类工况仿真；FATIQ 与 CAEfatigue用于构件疲劳耐久寿命预估；Romax完成传动系统的设计与性能解析；VTD为自动驾驶系统提供仿真验证支撑；Simufact和 FormingSuite 实现金属制造工艺仿真，辅助工艺成本管控；Digimat用于评估复合材料性能；Millennium M1作为统一仿真编排平台结合 ODYSSEE 与 Optimality Explorer 的 AI 驱动设计优化能力，依托 SPDRM 打造统一管理仿真数据与业务流程的数字化工程平台。

在五十余年求解器技术积累的基础之上，Cadence 融合 GPU 加速、云端高性能计算（HPC）与人工智能技术，持续提升仿真任务的计算效率。

设计缺陷可造成毁灭性工程损失。结构问题到实物测试阶段才暴露，会导致模具报废、返工、延误上市；空气动力学、热性能计算偏差也会阻碍产品认证。应力集中、涡脱落、热梯度、流固耦合是典型工程难题。

传统样机迭代周期长达数月，CAE 仿真可压缩至数天。工程师在数字环境模拟极限工况，快速优化设计，依托先进 CAE 工作流大幅加速产品上市。

Cadence 物理仿真平台将结构、CFD 热流分析、多体动力学、三维电磁（Clarity）、声学等各类求解器整合至同一技术框架，更高效地解决各类系统级工程难题。

CAE 仿真拥有一套标准化的实施流程。

ANSA、Patran 这类前处理器负责读取、修复几何模型，完成网格划分、材料属性赋值、边界条件与载荷定义、求解器参数配置，依托高度自动化的处理流程，为后续求解做好前置准备。

高质量的前处理与网格品质，是仿真结果具备可信度的核心前提。ANSA 前后处理平台覆盖结构分析、碰撞安全、振动噪声、流体力学、热管理等多个领域。该平台可高效处理复杂度高的 CAD 几何模型，支持中面提取、模型装配、连接定义、模型校验等预处理操作，快速生成高品质四面体、六面体、壳单元以及混合网格。针对 CFD 分析场景，可自动生成满足精度指标的边界层网格；面向结构、碰撞、NVH 分析，输出适配求解器规范的高质量网格，配套网格质检与修复工具，保障模型准确度，提升仿真效率与结果精度，是行业内应用范围极广的前后处理平台。

Patran 前处理模块与 MSC Nastran 工作流深度绑定。针对参数化驱动建模场景，MSC Apex [23] 配备新一代交互界面，减少人工操作环节，支持模板化建模。这三款工具遵循同一核心思路：前处理环节应当追求高效，网格划分工作仅需数分钟，而非耗费数小时。

在线性结构静力学与动力学领域，MSC Nastran 是历经五十余年验证的行业标杆，已在航空航天、汽车行业数百万工程项目中落地应用，可以高速、高精度求解线性结构问题，求解刚度方程，获取载荷作用下的位移、应力、固有频率与振型、频率响应以及瞬态响应等结果。Marc 则将仿真能力拓展至材料非线性、几何非线性占主导的工况，依靠稳定的收敛算法，解析大变形、材料塑性、接触等非线性行为。

Apex 依托直观的操作界面快速完成结构模型搭建、校验与求解，支持几何快速创建、自动网格划分，并且和 Nastran 求解器无缝打通，让设计工程师也能够快速开展结构性能仿真评估。

Actran 声学分析能够求解频域声学 Helmholtz 方程以及瞬态场景下时域波动方程，用于预判结构声辐射、隔声传声等声学指标。通过耦合结构振动、流场脉动与声场传播效应，Actran 帮助工程师定位噪声源、识别噪声传递路径，优化隔声、吸声与阻尼方案。在航空航天领域，可评估高速飞行下湍流边界层激励带来的振动噪声，开展声疲劳风险评估；在汽车、工业装备、电子设备、数据中心、建筑行业，用于噪声管控与声品质分析优化。

Dytran 面向碰撞、冲击、爆炸等惯性力占据主导的显式动力学场景，这类工况下隐式时间积分的计算成本会大幅攀升。其核心原理为：将描述物理现象的偏微分方程在网格上做离散化处理，通过数值方法求解，得到空间与时间维度各节点的应力、应变、速度、压力、温度、位移等场变量。

工程师可借助 FEA 方法核验结构强度、预判疲劳寿命，依托 FATIQ 与 CAEfatigue 两套疲劳耐久求解器优化几何构型，提升强度重量比。FATIQ 与 ANSA/META 深度集成，尤其适配电子行业；CAEfatigue 作为独立疲劳解决方案，可对接 Digimat、Adams/Romax、Actran、Nastran 等工具，搭建完整的多物理场仿真链路。疲劳分析模块能够与结构、气动弹性、振动、声学仿真流程深度融合，让疲劳耐久分析的载荷输入更加贴近真实工况。

流体与传热仿真方面，Fidelity 原生支持 GPU 高性能计算，集成雷诺平均纳维－斯托克斯方法 RANS、分离涡模拟 DES、大涡模拟 LES 等前沿求解技术，适用于超音速空气动力学、高速流动、气动声学、叶轮机械以及复杂瞬态流动分析；Cradle CFD 面向工程热流体与多物理场场景，提供电子散热、空调系统、电池热管理、多相流、共轭传热等解决方案。应用场景覆盖航空航天超音速与高升阻比设计、汽车外流场与热管理、eVTOL 与无人机、船舶水动力学、叶轮机械、电子散热、能源动力系统等。

Celsius 专注电子散热仿真，可完成芯片热循环、散热器优化、板级瞬态热行为分析，支持材料温度相关性、相变问题、辐射角系数计算，求解热扩散方程，同时兼顾传导、对流、辐射三类传热方式，输出芯片与电子产品封装热阻、热应力、温度分布等结果。

Reality 系列产品用于 AI 数据中心散热冷却方案设计（Reality DC Design）、仿真分析与运维评估（Reality DC Insight），配套覆盖数百家厂商元器件的组件库（Reality DC Elements Library），依托 CFD 仿真能力，复现电力、冷却、计算、网络模块在真实 AI 负载下的工作状态，优化空冷、液冷方案，提升数据中心整体能效，以更低功耗实现更高 token 吞吐效率与资源利用率。

Adams 用于刚体与柔体多体动力学求解，是汽车悬架、动力总成、各类机械系统分析的行业标准工具。求解器通过大规模迭代求解大型稀疏线性矩阵，计算构件在质量、惯性、连接、约束条件下的运动学、动力学与能量结果，广泛应用于底盘悬架与转向动力学、运动学、操纵稳定性、乘坐舒适性、耐久疲劳等分析场景。

Romax 传动系统仿真方案依托齿轮、箱体、轴承全参数化系统建模，基于几何模型、材料属性、连接关系求解运动微分方程，重点考量齿轮、轴承部件接触与变形对啮合状态的影响，计算啮合刚度、载荷分布、传递误差，完成传动系统的设计、效率、耐久、NVH 性能优化，是风电、汽车、机器人等领域动力传动系统的主流设计分析工具。

在自动驾驶开发与验证环节，VTD 可生成高保真交通场景、环境感知传感器模型，结合底盘动力学模型，支撑自动驾驶算法仿真开发，以及基于 HiL 硬件在环的性能验证。全新发布的 VTDx 云原生版本，支持海量场景大规模仿真测试与 AI 算法训练，加快算法与整车系统迭代速度。

Simufact 可预测金属成形、焊接、增材制造的载荷、回弹、变形及残余应力，覆盖全工艺链仿真，管控工艺成本。FormingSuite 用于钣金成形前期评估，优化工艺与材料利用率，控制模具与材料成本。Digimat 结合 MaterialCenter 材料库，构建多类材料本构模型，输出非线性力学特性，评估复合材料铺层，预判残余应力与微观特性，保障零件性能。

Millennium M1 是统一仿真编排平台，原生耦合架构支持跨学科协同仿真，释放 GPU 算力，提供企业级一体化 CAE 方案。可实现流固、热 - 结构、电磁 - 热多物理场耦合分析，自动编排耦合迭代，解决收敛难题，捕捉系统级仿真效应。

ODYSSEE 与 KOMVOS 组成 Cadence AI 工程设计平台。ODYSSEE 基于机器学习与降阶模型，由历史仿真试验数据构建预测模型，快速做性能预估与设计优化；KOMVOS 挖掘工程数据，释放仿真数据价值，二者协同缩短研发周期，优化工程决策。

META 为一体化高性能 CAE 后处理环境，覆盖碰撞、NVH、CFD、热管理、疲劳耐久、多体动力学等场景，内置行业工具箱，自动完成法规评价、寿命评估等分析，支持自动报告与结果发布，提升海量仿真数据处理效率。

SPDRM 是 Cadence 企业仿真数据与流程管理平台，兼容 Cadence 及第三方 CAD/CAE/PLM/HPC 系统，统一管理模型、材料、仿真数据与工程知识。支持流程自动化、版本追溯与跨部门协作，把零散仿真工作转为标准化数字化研发流程，提升仿真资产复用效率，搭建端到端数字工程底座。

选择 Cadence CAE 的核心原因

Cadence 拥有行业覆盖面最广的一体化 CAE 产品矩阵。2024 年 6 月完成对 Beta CAE 的收购，引入 ANSA、META、FATIQ、Epilysis 以及 SPDRM 等工具，补齐从几何前处理到结果分析的完整仿真链路。2026 年 2 月完成对 MSC Software 的收购 [25]，获得 Nastran、Adams、VTD 等经典求解工具。Fidelity、Celsius 与 Clarity 工具链一体化，可解决从芯片到整机系统的多物理场仿真问题。

依托多年技术积淀与持续迭代创新，Cadence 产品覆盖结构分析（Nastran、Marc、Dytran）、疲劳耐久（FATIQ、CAEfatigue）、流体力学（Fidelity、Cradle、ANSA/SPH）、电热分析（Celsius、Cradle/scSTREAM、Reality）、多体动力学（Adams）、前处理（ANSA、Patran、Apex）、后处理（META、Patran）、声学（Actran）、自动驾驶（VTD）、传动系统（Romax）、材料（Digimat）、制造工艺（FormingSuite、Simufact）、物理 AI 与优化（ODYSSEE、Optimality）、数据管理（SimManager、MaterialCenter、SPDRM）以及多物理场编排（Millennium M1）。这套深度整合的产品体系，减少单点工具数量，让仿真工作流更加高效。

Cadence 在人工智能与数字孪生领域处于行业领先地位。对于需要开展复杂系统设计与仿真分析的企业，Cadence 系统级多物理场仿真优化方案，持续驱动产品创新、挖掘设计洞察，加速下一代产品研发落地，助力客户实现业务成功。

文章素材、截图来源于Cadence