当前，以能源、电力、化工为代表的重工业领域正面临绿色、高效、安全的紧迫转型压力。热工控制系统作为此类工业过程的核心，其性能优劣直接决定全厂能耗、排放与运行可靠性。然而，热工对象固有的强非线性、大惯性与多变量耦合特性，使得依赖传统经验与试错的控制器设计方法，难以实现复杂工况下的精准、稳定与自适应控制。这种“设计瓶颈”成为制约生产效率提升与精细化运行的突出短板，亟待采用系统性更强的创新技术手段加以破解。本文旨在探讨计算机辅助设计（CAD）在热工控制系统优化中的核心作用，系统分析高保真建模、联合仿真、参数自动整定与硬件在环测试等关键技术，并剖析其在工程实践中面临的挑战与应用策略，从而为构建高效可靠的热工控制系统提供方法论指导与技术路径。