天津市政协委员、国家超级计算天津中心主任杨灿群（左一）团队在实验中

当一颗直径仅数毫米的太空碎片以万米每秒的速度撞击航天器，当数千米深井中的射孔弹在高温高压环境下起爆，当小行星携毁天灭地之势冲向地球——这些极端场景下的物理过程，曾是国产工业软件难以触及的“禁区”。而如今，随着国产多效应仿真CAE软件GalaxyEDS 5.0版本的发布，我国已具备对爆炸、冲击、燃烧等复杂物理现象的高精度仿真能力，在工业软件“卡脖子”领域实现了从跟跑到领跑的历史性跨越。

11月21日，在2025京津冀信创产业集群对接交流活动现场，由天津市政协委员、国家超级计算天津中心主任杨灿群领衔，联合国防科技大学、信创海河实验室等单位历时17年自主研发的 GalaxyEDS 5.0正式亮相。这款软件不仅支持爆炸、冲击、燃烧等复杂现象的高精度物理仿真，总体技术达到国际领先水平，更可结合天河百亿亿次超级计算机，实现千亿网格、十万核级超大规模多效应耦合并行仿真。

杨灿群介绍，截至目前，GalaxyEDS 已成功应用于航空航天、能源化工、国防军工等领域，累计支撑重点工程任务超百项，还先后入选中国科协“科创中国”先导技术榜，以及工业和信息化部“先进计算赋能新质生产力典型应用案例”与“信创重点推荐典型解决方案”等，成为国产高端工业软件的标杆之作。

CAE：工业软件的核心拼图

工业软件是连接数字空间与物理世界的关键枢纽，是现代工业体系的“数字底座”。它能通过数学模型和物理原理，精准预测工业产品或过程在真实条件下的行为状态，为高端装备研发制造提供体系化、精细化、智能化支撑。

在工业软件的家族谱系中，CAD、CAE、EDA、CAM、PLM 等工具各司其职，共同构成工业数字化研发体系。其中，CAD 负责构建产品的数字几何模型，CAM 将设计方案转化为制造指令，EDA聚焦芯片等电子系统设计，PLM统筹产品全生命周期数据管理，而 CAE则是整个研发流程的“性能裁判”。

“CAE 基于机理分析和数值计算，能模拟产品在多物理场下的响应行为，直接决定工程方案的可靠性、安全性和性能边界。”杨灿群介绍，尤其是在爆炸、冲击、燃烧等极端场景中，CAE软件的仿真精度直接影响材料选型、结构优化和防护设计，是高端装备研发中不可替代的核心工具。如果说CAD是给产品“画骨架”，那CAE就是为产品“测体质”，没有它，高端装备的研发就如同在黑暗中摸索。

95%市场被垄断：国产化替代迫在眉睫

全球工业软件市场的寡头垄断格局，使得我国工业体系的供应链安全风险凸显。数据显示，美国、德国、法国等国家凭借技术积累和生态优势，占据了超过65%的全球工业软件市场份额，而在CAE领域，这一垄断态势更为严峻——国外厂商掌控了超过95%的市场，美国Ansys等公司更是长期占据霸主地位。

在中美科技摩擦加剧的背景下，这种高度依赖的现状暗藏巨大隐患。工业软件不仅是研发工具，更是支撑工业创新的底层基础设施。从飞机气动外形设计、汽车碰撞安全测试，到芯片电路布局、重要设施选址，都离不开工业软件的建模与验证。而CAE作为工程决策的核心环节，其数据敏感性远超其他工业软件——若继续依赖国外软件，航空航天、国防军工等领域的结构模型、材料参数等核心数据将直接暴露，一旦遭遇技术封锁，我国高端装备研发将陷入“无米之炊”的困境。

“工业软件的自主可控程度，就是一个国家工业体系的自主程度。”杨灿群直言，在所有工业软件中，CAE的国产化替代尤为迫切，它不仅关系到工程研发效率和成本，更直接关联国家安全与战略自主。

攀越“技术珠峰”：国产CAE的破局之路

研制CAE软件，尤其是能应对极端场景的多效应仿真CAE软件，被业内喻为“攀登工业软件领域的珠穆朗玛峰”。这类软件是数学、物理、工程科学等多学科交叉的超复杂系统，既要攻克偏微分方程数值离散、多种求解器的研发构建等难题，又要实现材料本构、燃烧反应等跨学科知识的深度融合，而国际巨头数十年积累的“技术黑箱”，更是为国产研发设置了重重壁垒。

更棘手的是，爆炸、冲击、燃烧等过程具有高速、高压、高温、强非线性的特点，涉及 “气—液—固”多介质交互、“微秒到秒”和“微米到千米”的多尺度时空演化，以及“热（效应）—力（响应）—化（学反应）”多效应动态耦合。即便是欧美顶尖CAE技术，也面临“仿不准、仿不快、仿不精、仿不了”的世界级难题，而我国还需克服算法沉淀不足、复合型人才稀缺、数据接口不统一等额外挑战。

正是在这样的技术壁垒下，GalaxyEDS团队开启了长达17年的攻坚。针对四大核心技术难题，GalaxyEDS 5.0实现了系统性突破：在多介质爆炸仿真中，其独创的自适应多维度仿真方法将爆炸超压求解误差大幅降低，千米级远场爆炸仿真效率提升100倍；在多尺度冲击仿真中，极端状态材料模型让超高速碰撞温度求解误差小于5%，复杂结构冲击仿真效率提升10倍；在多组分燃烧仿真中，全链条精细化方法实现了千米级场景的全过程精细模拟，仿真效率提升3倍；在超大规模耦合仿真中，高可扩展模型算法与并行框架结合天河E级超级计算机，实现了远超国际主流软件的千亿网格多效应耦合仿真。值得一提的是，该软件已完成飞腾处理器、麒麟操作系统等信创平台适配，可快速移植至各类通用计算平台，构建起自主可控的技术生态。

从实验室到应用场：守护国之重器的“数字盾牌”

在国家超级计算天津中心的仿真实验室里，GalaxyEDS 正在为多个领域的重大需求筑起“数字盾牌”，其应用场景覆盖了从深地到深空的广阔空间。

在国防军工领域，GalaxyEDS 可全流程模拟侵爆弹打击地下加固目标的全过程。通过局部网格加密和多物理场耦合技术，软件能精准输出弹体侵彻路径、冲击波传播范围、结构损伤程度等关键数据，为弹体结构优化和毁伤效能评估提供可靠依据，解决了传统仿真手段无法高效兼顾多物理过程的难题。

在航空航天领域，面对近地轨道太空碎片的威胁，GalaxyEDS可复现万米每秒超高速撞击的完整过程，精准预测材料熔融、气化等相变反应，为空间站、卫星的防护层设计提供核心支撑，让航天器在发射前就能完成“撞击演练”。而在小行星防御领域，软件可在数百亿网格、厘米级分辨率下，模拟动能撞击、爆炸偏转等防御策略的效果，为太空安全提供科学论证。

在能源化工领域，GalaxyEDS 成为深地工程的“地下慧眼”。针对油气开采中的射孔作业，软件能清晰呈现数千米深井内射孔弹爆炸的每一个细节，指导企业优化射孔方案。依托这一技术，合作企业实现了超高孔密大孔径射孔弹的量产，其发射率和穿孔率均达100%，助力油气开采量显著提升。在化工园区安全防护中，软件可构建全尺寸精细化模型，实现千米级燃爆场景的千亿网格并行仿真，为园区布局优化和应急预案制定提供数据支撑，将潜在风险转化为可控保障。

“未来，我们将以天河超级计算机为引擎，持续冲击工业软件技术高峰。”杨灿群表示，国家超级计算天津中心将携手更多合作伙伴，构建自主可控、开放协同的工业软件生态，让高精度物理仿真技术在国防、公共安全和工业领域释放更大价值，为新型工业化高质量发展注入强劲动能。