2025年多物理场仿真助力电力装备数字化线上研讨会

当前智能电网、可再生能源与储能技术正加速发展，电力装备面临复杂工况运行与极端现象冲击的双重挑战，如何通过数字化手段优化设计、提升运维安全性成为行业关键需求。为此，我们特别推出本次专题演讲，邀请行业资深专家深度解读多物理场仿真在电力装备领域的应用价值！

会议主题：多物理场仿真助力电力装备数字化

会议内容

1.行业需求解析：剖析智能电网、可再生能源发展背景下，电力装备对复杂工况运行能力及极端现象（短路、放电、雷击）抵御能力的高要求；

2.仿真技术价值：详解COMSOL多物理场仿真如何精准分析电力装备中电磁、流体、传热、声学等物理现象及相互作用，实现设备设计优化与性能提升；

3.核心应用场景：覆盖开关设备、变压器、电力电缆等关键装备的仿真设计，聚焦发热与散热、绝缘与放电、振动与噪音等工程问题解决方案；

4.数字孪生落地：阐述高精度仿真模型在电力装备数字孪生中的应用，如何为安全运维提供及时、准确的数字化支撑。

演讲嘉宾介绍

韩没延 先生 | COMSOL中国 应用工程师

教育背景：硕士毕业于哈尔滨理工大学电气工程专业，具备扎实的电力领域理论基础；

行业经验：曾深度参与高压、超高压直流工程项目，在功率半导体、高压与绝缘技术、电子电路等领域积累了丰富的仿真实战经验；

当前职责：专注COMSOL软件在电磁学领域的技术支持，擅长将仿真技术与电力行业实际需求结合，提供专业解决方案。

COMSOL是全球领先的仿真软件提供商，致力于为科技企业、研究机构及高校提供产品设计与仿真研究的软件解决方案：

核心产品：旗舰产品COMSOL Multiphysics®是集仿真建模与仿真App开发于一体的平台，专精多物理场现象仿真分析；

产品生态：多个附加产品将应用扩展至电磁、力学、声学、流体、传热、化工等领域，接口工具可实现与主流CAD工具的无缝集成；

服务能力：通过COMSOL Compiler™和COMSOL Server™，可向全球设计团队、制造部门、客户部署仿真App，打破技术协作壁垒；

品牌实力：1986年创立，全球设有多个分支机构，通过分销商网络覆盖更多地区，服务全球千万工程师与研究者。

以下内容为GPT视角对多物理场仿真助力电力装备数字化线上研讨会相关领域的研究解读，仅供参考：

多物理场仿真研究现状

一、技术进展：耦合建模与算法创新

复杂物理场耦合建模

多物理场仿真需同时处理电磁场、热场、流场、应力场等多场耦合问题。例如，在半导体制造中，光刻过程需模拟光线传播与光刻胶化学反应的交互；刻蚀环节需分析等离子体与材料表面的相互作用。这些过程涉及非线性耦合效应，传统建模方法难以精确描述，促使研究者开发更复杂的数学模型和跨尺度算法。

数值计算与优化算法

为平衡计算效率与精度，研究者提出降阶模型（ROM）、子模型技术等。例如，通过本征正交分解（POD）将高维模型降阶为低维子空间，显著提升计算速度。此外，机器学习与深度学习技术被引入，用于优化网格划分、加速参数反演（如变压器热点温度动态预测），实现仿真效率的百倍提升。

跨学科与跨尺度融合

多物理场仿真需整合材料科学、量子力学、计算数学等领域知识。例如，在芯片设计（如Chiplet技术）中，需同时考虑微观量子输运与宏观热力学行为的非线性相互作用，跨尺度建模成为关键。

二、应用领域：高技术密度场景的突破

半导体制造

随着工艺节点向纳米级推进，多物理场仿真成为制程优化的核心工具。例如：

光刻仿真：模拟光线干涉与光刻胶曝光过程，优化工艺参数以提高分辨率。

刻蚀仿真：预测等离子体与材料表面的相互作用，控制刻蚀形貌。

热-力耦合分析：评估芯片在高功率密度下的热应力，防止机械失效。

光学工程

基于COMSOL等平台的多物理场仿真，推动光电融合创新。例如：

拓扑光子器件：模拟光子体系中的拓扑效应，设计新型功能器件。

微纳光学系统：分析光波导、光子晶体的电磁场分布，优化传输特性。

先进封装技术

在玻璃基板封装中，多物理场仿真支持应力、散热、流体分析，优化GPU翘曲与可靠性。例如，通过动态仿真验证110×110大尺寸封装的热循环性能，提升良率。

三、行业市场：全球增长与竞争格局

市场规模与增长

2023年全球多物理场仿真商业软件市场规模约2.37亿美元，预计2030年达3.5亿美元，年复合增长率5.8%。

2025年全球多物理场软件市场规模约45亿美元，年复合增长率超8%。

主要厂商与竞争

国际龙头：ANSYS、COMSOL、Siemens（Simcenter）、Dassault Systemes（Abaqus）占据主导地位，覆盖电磁、热、流体力学等多领域。

新兴企业：SimScale、OnScale等通过云服务、低成本策略吸引用户，形成差异化竞争。

区域市场

中国：2024年市场规模显著，华北、华东、华南地区需求旺盛，应用于工程、学术研究所、教育等领域。

全球：电子、汽车、航空航天、能源行业为主要应用领域，驱动市场增长。

四、挑战与未来方向

技术挑战

耦合关系复杂：多物理场间相互作用难以精确描述，降低仿真精度。

数据交互困难：不同软件平台间数据格式不兼容，导致耦合仿真效率低下。

输入不确定性：物理实体运行中的动态工况（如温度、负载变化）影响边界条件加载，增加模型适配难度。

未来趋势

智能化与自动化：结合AI与机器学习，实现参数自动优化与仿真流程自动化。

云化与协作：通过云平台支持多用户协同仿真，降低硬件门槛。

跨领域融合：与量子计算、生物医学等领域结合，拓展应用边界。

多物理场仿真研究可以应用在哪些行业或产业领域

一、半导体与微电子行业

芯片设计与制造

光刻工艺优化：模拟光线在光刻胶中的传播与化学反应，优化曝光参数以提高分辨率，支撑纳米级制程开发。

刻蚀形貌控制：分析等离子体与材料表面的相互作用，预测刻蚀速率与形貌，减少缺陷率。

热-力耦合分析：评估芯片在高功率密度下的热应力分布，防止因热膨胀导致的机械失效（如晶圆翘曲）。

先进封装技术：在玻璃基板、Chiplet封装中，仿真应力、散热与流体行为，优化GPU等高性能芯片的可靠性。

传感器与MEMS器件

模拟微机电系统（MEMS）中机械、电磁、热场的耦合效应，优化传感器灵敏度与稳定性（如加速度计、陀螺仪）。

二、光学与光电子行业

光子器件设计

拓扑光子学：通过仿真光子体系中的拓扑效应，设计抗干扰的光传输器件（如光子晶体、波导）。

微纳光学系统：分析光波导、光子晶体的电磁场分布，优化光耦合效率与传输损耗。

激光与光纤通信

模拟激光产生、传播与放大过程，优化激光器性能；分析光纤中的非线性效应，提升通信带宽。

三、能源与电力行业

新能源开发

锂离子电池：仿真电池内部的电化学-热耦合过程，优化电极材料与散热设计，延长使用寿命。

燃料电池：分析气体扩散、电化学反应与热管理，提升燃料电池的效率与耐久性。

太阳能电池：模拟光吸收、载流子传输与热效应，优化光电转换效率。

电力设备设计

变压器与电机：预测热点温度、电磁力与振动，防止过热或机械故障（如变压器绕组变形）。

高压输电：分析电晕放电、电磁干扰与结构应力，优化输电线路设计。

四、航空航天与国防

飞行器设计

气动-热-结构耦合：模拟高速飞行时空气动力学、热防护与结构变形的相互作用，优化飞行器外形与材料。

推进系统：分析燃烧室内的流场、温度场与应力分布，提升发动机性能与可靠性。

卫星与航天器

模拟太空环境中的热辐射、微重力与电磁干扰，优化卫星热控系统与天线设计。

五、汽车与交通行业

电动汽车与电池管理

仿真电池包的热管理与结构强度，防止热失控；优化电机驱动系统的电磁兼容性（EMC）。

充电设施：分析充电桩的电磁场分布与热效应，确保安全高效运行。

智能驾驶与传感器

模拟雷达、激光雷达（LiDAR）的电磁波传播与多物理场干扰，提升感知精度。

六、生物医学与健康领域

医疗设备开发

磁共振成像（MRI）：仿真电磁场与人体组织的相互作用，优化磁场均匀性与安全性。

植入式器件：分析生物组织与植入物（如心脏起搏器）的机械-电耦合效应，降低排异反应。

生物热治疗

模拟激光或微波加热对肿瘤组织的热效应，优化治疗参数以精准杀灭癌细胞。

七、材料科学与制造

复合材料设计

仿真材料在热、力、电磁场下的变形与损伤行为，优化纤维增强复合材料的层间性能。

增材制造（3D打印）

分析打印过程中的热应力、熔池流动与残余应力，优化打印参数以减少缺陷。

八、环境与气候研究

地质灾害预测

模拟地震、滑坡中地应力、地下水流动与热效应的耦合作用，提升灾害预警能力。

气候模型

整合大气、海洋、冰川等多物理场，研究全球气候变化机制。

九、消费电子与家电

智能手机与可穿戴设备

仿真散热设计、天线性能与结构强度，提升设备可靠性；优化无线充电的电磁效率。

家电产品

分析空调、冰箱的流体动力学与热交换过程，降低能耗；模拟电磁炉的电磁场分布，确保均匀加热。

多物理场仿真领域有哪些知名研究机构或企业品牌

一、研究机构

优化与工程计算研究中心

研究方向：聚焦运筹优化、科学与工程计算，开发多物理场仿真求解器及工业软件，解决复杂物理系统的耦合问题。

技术亮点：以数学优化、拓扑优化算法为基础，研发通用优化求解器，支持能源电力、工厂排产、交通运输等场景的决策优化。

团队实力：成员来自麻省理工学院、清华大学等国内外知名院校，拥有计算流体力学、计算材料科学、机器学习等领域学术背景。

深圳市大数据研究院

研究方向：开展多物理场仿真工业软件研究，以求解多物理场耦合的偏微分方程组为核心，模拟力学、热学、电磁学等物理现象的相互作用。

技术成果：研发高性能线性求解器、渗流力学仿真模拟软件，并设计共性CAX框架OpenCAXPlus（OCP），推动开源且保留商业化可能性的CAX软件开发体系。

二、企业品牌

COMSOL

市场地位：全球多物理场建模解决方案的领导者，旗舰产品COMSOL Multiphysics支持电气、力学、流体、化工等多领域仿真。

技术优势：集成物理建模与仿真App开发，提供代理模型、降阶技术等快速求解方案，支持GPU渲染与交互式可视化。

应用案例：丹麦哥本哈根团队利用COMSOL解决城市排水系统溢流难题，光学工程师通过射线追踪仿真优化望远镜设计。

芯和半导体（上海）股份有限公司

市场地位：多物理场仿真技术领军者，专注电子设计自动化（EDA）软件工具研发。

技术优势：开发SI/PI/电磁/电热/应力等多物理引擎技术，提供从芯片到整机系统的全栈集成系统EDA解决方案，支持Chiplet先进封装。

应用案例：3DIC先进封装设计分析全流程EDA平台支持TSMC和Samsung的先进封装工艺节点，提供从架构探索到最终签核的3DIC全流程解决方案。

裕兴木兰（PhySim-MuLan，芯瑞微旗下品牌）

市场地位：国内唯一提供从先进封装设计、多物理场仿真到产品实现的全栈式解决方案服务商。

技术优势：研发ACEM TurboT-BCA等三维电磁仿真软件，支持芯片封装级、PCB及系统级的信号完整性、电源完整性、EMI/EMC分析，以及热/电热及热应力仿真。

应用案例：PhySim Mulan系列软件中的ACEM拥有混合求解算法和新型网格剖分技术，可快速仿真分析封装链路的S参数模型，支持SI及PI分析。

松应科技

市场地位：物理AI仿真领军者，自主研发ORCA物理AI仿真平台。

技术优势：构建高保真物理精确的3D训练场，支持智能制造、数字工厂、仓储物流等多领域物理级精准数字仿真和数据合成。

应用案例：ORCA 2.0平台兼容openUSD，支持无人机飞行动力学模拟、智能分拣机器人训练等场景，突破Sim2Real Gap，实现模型高精度迁移部署。

ANSYS

市场地位：多物理场仿真一体化领导者，提供结构力学、流体动力学、电磁场、热分析等全领域解决方案。

技术优势：ANSYS Mechanical支持热结构耦合，ANSYS Fluent/CFX适用于复杂流体场景，ANSYS Maxwell/HFSS专注电磁仿真。

应用案例：在航空航天领域模拟高速飞行时的气动-热-结构耦合效应，优化飞行器设计。

Dassault Systèmes

市场地位：设计-仿真-平台一体化标杆企业，依托3DEXPERIENCE平台整合CAD/CAE/PLM功能。

技术优势：Abaqus擅长非线性有限元分析，CST Studio Suite专注高频电磁仿真，Simpack用于多体动力学仿真。

应用案例：在汽车行业模拟碰撞、冲击等动力学行为，优化车身结构设计。

Siemens Digital Industries Software

市场地位：CAD/CAE/PLM全链条整合专家，适用于大型工程企业。

技术优势：Simcenter 3D集成结构、热、声模块，Simcenter STAR-CCM+支持多相流仿真，Simcenter FLOEFD嵌入CAD环境实现快速热评估。

应用案例：在电子行业模拟芯片散热与热应力分布，防止过热导致的机械失效。

多物理场仿真领域有哪些招聘岗位或就业机会

一、核心仿真工程师岗位

多物理场仿真工程师

职责：负责结构、电磁、热、流体等多物理场的耦合仿真，优化产品设计（如芯片散热、电池热管理、飞行器动力系统）。

技能要求：精通Hypermesh、Abaqus、ANSYS等仿真软件，具备二次开发能力；熟悉材料测试、本构模型研究。

薪资范围：20-60K/月（年薪24-72W），3-5年经验者占比最高。

典型企业：深圳市新凯来技术有限公司、美的集团中央研究院、华天科技。

仿真算法工程师

职责：开发多物理场耦合求解器算法（如强/弱耦合算法），优化仿真精度与效率。

技能要求：掌握C++/Fortran/Python，熟悉有限元、有限体积法；具备并行计算（MPI/CUDA）经验。

薪资范围：25-80K/月（年薪30-96W），硕士学历需求占比超30%。

典型企业：上海索辰信息科技、英特工程仿真技术（大连）。

二、行业垂直领域岗位

电子/半导体行业

岗位：芯片散热仿真工程师、SIPI（信号完整性/电源完整性）仿真工程师。

职责：优化芯片封装设计，解决热应力、信号干扰问题。

技能要求：熟悉电磁场仿真（HFSS/Maxwell），了解半导体制造工艺。

典型企业：深圳市新凯来技术有限公司、芯和半导体。

航空航天与国防

岗位：飞行器动力系统仿真工程师、卫星姿轨控半物理仿真工程师。

职责：模拟高速飞行时的气动-热-结构耦合效应，优化推进系统。

技能要求：精通流体力学、结构动力学，具备复杂系统建模能力。

典型企业：中国航空发动机集团、中国航天科技集团。

汽车与交通行业

岗位：电池热管理系统仿真工程师、自动驾驶仿真测试工程师。

职责：优化电动汽车电池散热，验证自动驾驶算法安全性。

技能要求：熟悉热仿真（Fluent/CFX）、AI驱动的仿真场景生成。

典型企业：特斯拉、比亚迪、百度Apollo。

三、前沿技术领域岗位

AI+仿真融合岗位

岗位：物理仿真算法工程师（具身智能方向）、AI模拟仿真开发工程师。

职责：利用深度学习（CNN/RL）加速仿真，生成虚拟测试场景。

技能要求：掌握PyTorch/TensorFlow，具备数据驱动的仿真建模经验。

薪资范围：50-150K/月（年薪60-180W），博士学历优先。

典型企业：上海索辰信息科技、某深圳人工智能公司。

数字孪生与工业4.0岗位

岗位：数字孪生工程师、智能工厂仿真工程师。

职责：构建物理工厂的虚拟模型，实现生产流程优化与设备故障预测。

技能要求：熟悉达索3DEXPERIENCE、西门子Tecnomatix，掌握物联网数据交互。

典型企业：华为、富士康工业互联网。

四、区域与行业需求分布

地域集中：深圳、上海、北京招聘量占比超60%，西安、成都、武汉等新一线城市需求快速增长。

行业分布：电子/半导体（35%）、航空航天（20%）、汽车制造（15%）、能源（10%）为主。

企业类型：大型企业（如华为、美的）提供稳定岗位，初创公司（如松应科技）聚焦前沿技术。

五、就业趋势与建议

需求增长：2025年招聘量同比增14%-17%，新能源、AI领域增速超60%。

薪资优势：56.3%岗位月薪20-50K，硕士学历者年薪普遍达24-60W。

能力要求：企业更看重业务理解能力与复杂项目经验，单纯软件操作技能薪资上限较低。

发展路径：建议从结构/流体仿真切入，逐步拓展至多物理场耦合与AI融合方向。