众所周知，产品的设计与制造和加工工艺密切相关，加工工艺的优劣对于产品的质量影响至关重要。传统模式下，产品的加工工艺主要依靠“经验+试验”，存在设计和研发周期长、成本高、效率低等问题，产品的质量精度难以得到有效保证。现代工业实践证明，将工艺仿真软件引入制造过程在提升产品质量、降低工艺定型周期、节省材料成本等方面有着显著的经济效益。

一、工艺仿真软件的发展历程与现状

       工艺仿真是工艺评价和工艺参数优化的主要手段，其基本原理是：在工艺设计阶段运用仿真软件对工艺的全过程进行模拟分析，通过图形、数据等形式直观地反映诸如材料塑性流动、温度场、应变场、载荷等各种信息，预测可能存在的加工缺陷；通过改变工艺参数对不同工艺方案进行模拟分析，总结规律进而实现工艺优化，确定工艺方案和主要工艺参数。

       工艺仿真的发展和研究始于铸造过程，这是因为铸件的凝固过程温度场模拟计算相对简单。1962年，丹麦Forsund首次采用有限差分法进行铸件凝固过程的传热计算。之后，美国Mihcigan大学的Marrnoe、日本的大中逸雄等人相继开始了凝固过程模拟，并从铸造逐步扩展到了锻造、焊接等加工工艺模拟。我国是从1978年开始开展铸件凝固数值模拟研究，并形成了自身特色，研究工作基本紧跟国外技术的前沿步伐，从宏观模拟进入微观组织模拟，并开展了并行工程环境下的框架集成工作。

       但受制于计算机科学的限制以及数值模拟计算模型等方面，当时的工艺仿真理论和方法发展相对缓慢，直到20世纪90年代中后期才迎来了飞速发展阶段，涌现出了许多微观组织模拟方法、复杂几何模型的简化方法及计算原理。从目前来看，工艺仿真技术在理论上趋于成熟，国际上出现了很多专用的工艺仿真商业软件，例如铸造工艺仿真软件ProCAST、MAGMASOFT、AnyCasting、NOVACAST、JSCAST、FLOW-3D CAST等，注塑工艺仿真软件Moldflow、Moldex3D、3D TIMON等，锻造工艺仿真软件DEFORM、FORGE、QForm、AFDEX等，焊接工艺仿真软件SYSWELD、FLOW-3D WELD、Simufact Welding等，冲压工艺仿真软件AutoForm Forming、LS-DYNA、DYNAFORM、PAM-STAMP、JSTAMP等，挤压工艺仿真软件Inspire Extrude、Ansys Polyflow、QForm-Extrusion，复合材料加工仿真软件PAM-COMPOSITES、Digimat、Fibersim、RTM-Worx等，化工工艺仿真软件Aspen Plus、AVEVA PRO/II Simulation、ChemCAD等，这些软件的专业性远优于通用软件，工程应用可信度较高，逐渐成为企业工艺研究和开发的重要手段。

       相较于国外，我国的工艺仿真研究起步较晚，目前主要是一些重点高校针对工艺仿真软件进行了开发，例如华中科技大学自主研发的铸造工艺仿真软件华铸CAE、注塑工艺仿真软件HsCAE、焊接工艺仿真软件Inteweld、冲压工艺仿真软件FASTAMP-NX，北京理工大学自主研发的复合材料三维数字化工艺设计与仿真软件CPSD等。还有少数企业开发了工艺仿真软件，例如塑料射出成型软件Moldex3D，铸造模拟软件CASTSOFT，焊接工艺仿真软件Semweld，这些软件目前已成功应用于实际的工艺仿真模拟。

二、主要的工艺仿真软件盘点

       本文主要聚焦于产品成形过程仿真，盘点市面上常见的铸造、注塑、锻造、焊接、冲压、挤压、复合材料加工、化工、切削、数控加工、热处理的工艺仿真软件共计91款，旨在引起行业内外对工艺仿真技术的重视，推动该技术在制造业的深度应用，努力实现产品制造的“一次成功”。

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三、工艺仿真软件盘点带来的思考

       常言道，工欲善其事，必先利其器。相较于传统工艺，直接引入工艺仿真工具在研发过程的早期，可以实现在生产过程中持续监测产品和工艺异常情况，包括尺寸精度、组装变形、可制造性、模具调整等，从而不断预防停机和返工并改善生产工艺，为企业节省大量时间和成本，实现制造能力的持续提升。通过本次梳理，笔者发现：

       1、工艺种类繁多、流程复杂造就了工艺仿真软件的产品性能千差万别、各有所长，不同的工艺仿真软件也有不同的客户群体。同时，最适合的制造工艺往往由企业所拥有的工艺仿真工具所决定。在实际应用中，企业需要重点考虑工艺的偏向重点来选取具体的工艺仿真工具。

       2、目前大多数的工艺仿真软件演进之路，可以归纳为在研发前期是以高校为主，进行基础理论和算法研究，后续以软件公司的形式实现商业化运作，最终会被更大公司收购以便进一步维护和推广应用。这也使得主流的工艺仿真软件主要集中在少数软件巨头。

       3、欧美的工艺仿真软件依旧牢牢占据价值链的高地，并形成了产业化垄断。中国的工艺仿真软件发展处于跟随状态，技术成熟度不高，缺少技术指导标准和基础资源数据库，自主工艺仿真软件还存在很多市场空白，国产工艺仿真软件发展任重而道远。

       当前，制造业面临着激烈的市场竞争，快速研制、小批量多品种、敏捷制造等制造能力的提出，也迫使制造企业不断提升其工艺水平。而工艺仿真技术具有便捷灵活、无风险、费用低、运算结果准确、可靠性高等优势，有助于生产工艺的进一步优化和完善。因此，可以预见，基于各种仿真方法，利用不同的工艺仿真软件完整模拟从宏观缺陷到微观组织的产品加工过程，为实际生产提供一定的参考价值，将是未来几年的发展趋势。