模拟重新定义

作者:Mark Hindsbo, Ansys副总裁兼总经理

在当今竞争激烈、创新驱动的商业环境中，应用工程模拟的传统方法已经不够用了。在整个产品生命周期中，必须每天在每个产品上使用仿真，以研究和改进性能的各个方面。少做会让你的公司面临风险。

“工程模拟在积极影响产品创新和性能、推动营收增长和为最终用户带来利益方面的能力正变得越来越普遍。”

近半个世纪以来，Ansys一直在帮助客户推动工程模拟创新，同时降低成本和产品开发时间方面发挥着重要作用。从汽车、飞机和火车到消费电子产品、工业机械和医疗保健解决方案，Ansys软件帮助创建了改变各自行业的产品。

虽然我们对客户的成就感到惊讶，但我们相信它们只是模拟所能产生的令人难以置信的价值的开始。今天，模拟正在进入一个新时代，其特征是三个基本变化:

• 仿真曾经是一种稀缺资源，只应用于最复杂的工业产品的设计，但现在正成为每个产品设计中不可或缺的一部分。
• 产品模拟检查单一属性:一个物理，一个组件，一个设计。现在，我们在系统层面探索了大量的设计，包括跨多个物理和数字领域的交互。
• 也许最令人兴奋的是，仿真不仅被用于设计验证，而且从早期的构思到制造、操作和维护。

简而言之，工程模拟在积极影响产品创新和性能、推动营收增长和为最终用户带来利益方面的能力正变得越来越普遍。

由于这些趋势正在重塑Ansys开发其工程模拟软件的方式，以及全球各个行业的客户如何利用我们的解决方案，因此值得更详细地考虑这些变化。

一个简单的产品?没有这样的事情

当工程模拟在1970年首次亮相时，它代表了一种新的能力——但它需要高度熟练的工程专家来建立，以及只有非常大的组织才能使用的计算资源。结果，它几乎只应用于最复杂、最昂贵的工程产品，如工业机械、汽车和飞机。

然而，在2018年，没有简单的产品。如今，每一项设计都被推到了极限，以利用复合材料、增材制造以及工业4.0实现的高水平连接和自动化。其结果是新一代智能、耐用和可持续的产品。

你可能会认为，工程宏观趋势只会通过提高电气化和自动驾驶来颠覆汽车等产品。然而，这场数字革命正发生在每一个行业和每一种产品上。在这个新世界中，模拟是必不可少的，因为只有通过数字模拟这些工程趋势所提供的所有产品选项，你才能获得像类别领导者那样创新所需的洞察力。

今天，我们看到像生产彩虹糖(Skittles®)的玛氏(Mars)这样的客户，使用Ansys软件通过利用与涡轮制造商相同的模拟复杂性来优化其制造过程。初创公司Nebia使用了与火箭排气相同的公式，从而节省了淋浴喷头70%的用水量。任何产品都不会因为太小、太简单或太便宜而无法从模拟中获益。

复杂的世界，复杂的分析

随着我们推动更智能、更高效的产品设计，我们再也不能孤立地只关注性能的单个方面或单个部件。在过去，工程模拟团队可能只孤立一个关键的物理-例如，一级方程式汽车制造商可能专注于车辆的空气动力学，这对速度和性能有深远的影响。

今天，由于仿真软件、硬件和处理速度的改进，工程师们更容易研究多种物理和评估整体产品性能。这是至关重要的，因为，以f1为例，整体速度和性能不仅仅取决于空气动力学。燃烧的效率，轮胎的耐磨性，电子设备的可靠性——所有这些因素，以及更多的因素，都会影响整体性能。因为一个领域的优化可能会导致另一个领域的权衡，所以将所有影响都模拟在一起变得越来越重要。如今，Ansys全球排名前100位的客户中，有96家在Ansys平台上使用三种或更多物理解决方案。

计算能力和模拟软件的改进还允许对更多设计选项进行评估，以至于设计过程可以被颠倒过来。工程师们不是要求仿真来验证特定的设计，而是要求仿真来分析数千种可能的设计，在构思过程的早期，以确定最佳设计。这在拓扑优化中可能是最明显的，例如，工程师为一个部件设置结构标准，并自动迭代模拟以找到最佳设计。

越来越多地，模拟将从需求开始并生成设计，而不是在大多数设计选择已经做出之后才应用。这是驯服现代产品设计中固有复杂性的唯一方法，也是利用当今成功所需的快速创新所创造的机会的唯一方法。

“数字革命正在每个行业和每一种产品中发生。”

数字世界的普及模拟

“很快，广泛利用工程模拟将不再只是少数人的竞争优势，而是所有人的绝对需求。”

在产品生命周期内产生回报

今天最重要的变化可能是在产品生命周期的所有阶段更加普遍、一致地使用模拟。模拟曾经是一项介于初始设计和物理测试之间的专业活动，如今，从最初的设计阶段到产品在该领域的使用寿命，它都可以提供重要的战略价值和财务回报。

即使在今天，大多数产品决策都是使用经验法则做出的，模拟主要由工程团队中的专家使用。其他人仍然依赖于最常用的工程工具，这是微软®Excel。随着仿真技术的进步，它变得像Excel一样简单和快速，这开启了一个全新的创新时代，在这个时代中，每个工程师都可以在设计过程中的任何时候受益于详细的仿真洞察。当产品处于最早的构思阶段时，设计师可以应用数字探索来测试他们的初始概念，并获得见解，从而导致初步的产品设计，以满足高度明确的客户需求，并获得强大的利润空间。

在Excel中实时更新、计算和绘制数百万行数据的世界中，谷歌让我们可以立即访问数十亿个网站，这几乎是不可理解的，模拟并不是每个工程师都能平等地访问。在Ansys，我们正在取得突破性进展发现生活以及其他产品来实现这一目标。在几年内，如果每个工程师都没有原生的和普遍的模拟应用，创新将是不可想象的。

仿真也越来越多地应用于制造阶段，它显著提高了生产的效率、成本效益和灵活性。随着大规模定制产品的兴起，使之成为可能加法制造，或3D打印-模拟有助于确保成品具有最佳形状，制作准确，经济有效，随着时间的推移具有高度一致性。

增材制造可以让我们制造出几乎任何可以想象到的形状，但哪种是最优的呢?人类的大脑能想象出最理想的形状吗?而且，在大规模定制的情况下，我们如何确保每一个变化仍然保持产品的完整性和性能?模拟是大规模释放3D打印潜力的关键，它使公司能够轻松地按需分析和回答这些问题，从而以非凡的信心交付独特、可靠、高质量的产品。

随着产品从设计和制造转向运营，模拟可以继续发挥关键作用，在该领域提供最佳结果。通过使用远程传感器收集产品工作条件的数据，分析人员创建了一个虚拟副本数字双胞胎-该产品，然后将相同的物理力和其他环境条件应用于数字模型。将模拟作为数字双胞胎的一部分，可以以虚拟传感器的形式提供重要的见解，在不存在或甚至不可能存在物理传感器的情况下。模拟还可以运行假设研究以获得最佳性能，并可以预测关键故障或维护需求。

数字双胞胎目前还处于起步阶段，但随着工业4.0的成熟，它们将变得越来越普遍，在云中或资产本身按需运行。模拟将越来越多地成为一种产品内部体验，其中数字双胞胎将成为产品设计和操作的固有组成部分，与人工智能和机器学习算法一起工作。

“仿真不仅用于设计验证，还用于从早期构思到制造、操作和维护。”

普及模拟:新的要求

虽然并非所有公司都将模拟应用于每个产品，研究多种物理效应或在整个产品生命周期中利用模拟，但这三个趋势预示着未来。领导者们已经在使用这些最佳实践。很快，广泛利用工程模拟将不再只是少数人的竞争优势，而是所有人的绝对必要性。

模拟软件的不断改进使得整个企业的广泛用户比以往任何时候都更容易应用这些最佳实践。如果您目前仅在产品开发功能中或仅在某些设计中使用模拟，则无法充分发挥Ansys软件的潜力，为您的业务带来战略和财务效益。

当工程模拟软件在近50年前首次亮相时，早期采用者很快就将自己与那些认识和接受其潜力较慢的公司区分开来。明天，它将成为每个工程师工具箱的一部分。