1.4 今后優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域

1.4.1 學(xué)科共性基礎(chǔ)研究優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域：電氣科學(xué)中多時空多物理量作用的基礎(chǔ)理論與分析方法

1.該領(lǐng)域的科學(xué)意義和國家戰(zhàn)略需求

電工材料、器件與裝備的多物理量能表征其內(nèi)在狀態(tài)，相關(guān)多物理場分析、計算方法及相關(guān)的工業(yè)軟件已經(jīng)成為高端裝備設(shè)計、制造和運維的必備條件。目前，電工材料、器件與裝備的多物理場仿真軟件被西門子、ANSYS、達(dá)索等外國公司壟斷，存在隨時被“卡脖子”的風(fēng)險，嚴(yán)重制約了我國先進電工材料與高端電工裝備的研發(fā)制造。

現(xiàn)代能源體系的構(gòu)建與新型電力系統(tǒng)的建設(shè)都需要能源裝備的數(shù)字化轉(zhuǎn)型支撐，因此，電工材料、器件與裝備的自主多物理場仿真計算軟件已經(jīng)成為國家重大需求。加快推進相關(guān)多物理場分析理論與計算方法的發(fā)展，強化電工與數(shù)學(xué)、材料等多學(xué)科的交叉融合，是促進我國電工領(lǐng)域仿真工業(yè)軟件開發(fā)、打破國外壟斷的關(guān)鍵。屬于國家戰(zhàn)略需求牽引出來的科學(xué)問題，具有重大科學(xué)意義。

2.該領(lǐng)域的國際發(fā)展態(tài)勢與我國的發(fā)展優(yōu)勢

盡管我國目前在電工材料、器件與裝備的多物理場分析理論與計算方法方面與世界領(lǐng)先水平尚有較大差距，但是，“十三五”期間，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的驅(qū)動下及國家戰(zhàn)略支持下，國產(chǎn)CAE仿真軟件也取得快速發(fā)展，出現(xiàn)了以Simdroid、INTESIM、LiToSim等為代表的多物理場仿真軟件。當(dāng)前，邊-云計算、人工智能、量子計算等相關(guān)新概念、新領(lǐng)域的出現(xiàn)也為我國仿真計算發(fā)展提供了巨大機遇，在該領(lǐng)域我國也具有發(fā)展優(yōu)勢：①市場需求巨大，中國裝備制造業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)增加值的比重達(dá)到30%以上，多樣性和定制化的市場需求指明了應(yīng)用前景；②堅實的制造業(yè)基礎(chǔ)，積累了豐富的經(jīng)驗，為電工裝備基礎(chǔ)理論創(chuàng)新提供沃土；③“強化國家戰(zhàn)略科技力量”這一重點任務(wù)為領(lǐng)域發(fā)展提供了源動力。

3.該領(lǐng)域的主要研究方向和核心科學(xué)問題

主要研究方向：①多物理量作用下電工材料特性演變的介觀-宏觀特性；②多物理量、多尺度、多模態(tài)擾動下電工材料、器件與裝備的多物理場建模方法；③準(zhǔn)確、穩(wěn)定、高效的數(shù)值計算方法和仿真軟件技術(shù)；④多物理量傳感、計算及分析的新技術(shù)與新方法；⑤電工材料、器件與裝備在長期服役工況下的數(shù)字化建模方法。

核心科學(xué)問題：①多時間、空間尺度的電磁等多物理場與物質(zhì)的相互作用規(guī)律及其建模表征方法；②電工材料、器件與裝備全生命周期的性能演變機理及其建模方法。

4.該領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)

推動電工材料、器件與裝備中多物理量作用的基礎(chǔ)研究，建立多時空多尺度下電工材料、器件與裝備的多物理場分析理論與方法體系，促進多物理量傳統(tǒng)計算方法與人工智能、量子計算等技術(shù)的深度融合，實現(xiàn)高端電工裝備設(shè)計、制造和運維過程中的多物理場耦合高性能計算及全生命周期數(shù)字化表征。同時，加快布局國產(chǎn)軟件技術(shù)及應(yīng)用，實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)核心技術(shù)自主可控，滿足我國國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中日益復(fù)雜化和極端化的實際電磁及相關(guān)多場耦合問題分析、工程設(shè)計等方面的重大需求。