仿真进化推动工业革命

    2016年12月1-2日，为期两天的2016年（第十二届）产品创新数字化国际峰会在长沙圆满闭幕。本届峰会以“智能制造时代的产品创新变革”为主题，由中国电子学会、中国机械工程学会、湖南省经济和信息化委员会指导，e-works数字化企业网、长沙智能制造研究总院主办，湖南省电子学会、湖南省机械工业协会、湖南省机械工程学会、中国汽车工程学会车身技术分会、湖南省软件行业协会协办。会上，ANSYS北区技术经理袁勇先生发表了主题为《数字化制造与数字双胞胎》的演讲。本文根据演讲内容整理而成。

图1 ANSYS北区技术经理袁勇

我们正处于快速改变的商业环境

    这个时代充满了变数，各种事物都在改变，唯一不变的就是变革。在现今的市场上，没有一家公司能够通过以相同的营销和相同的利润交付相同的产品而永久成功。这里有一组数据：从1955年存活至今的世界500强公司仅有61家；1955年，500强公司预期寿命：75年；2016年，500强公司预期寿命：15年；现实很残酷，但好的一面就是有更多优秀公司不断涌现。面对快速变革的环境，我们需要特殊的眼光来发现机会，需要极大的勇气克服各种各样的困难，也需要成熟的团队来确保成功。要做到以上三点，创新和计算必不可少，创新激发活力，计算则可以验证创新，因此大变革时代，对创新的要求和计算的需求越来越大。

创新的机会在哪里？

    我们现在即将迎来第四次工业革命。第一次工业革命以蒸汽机的发明为标志，第二次以电的广泛使用为标志，第三次则是计算机，未来就是工业4.0，整个以智能化为基础的工业变革，工业4.0有很多特色，区别于前几次工业革命。

•     互操作性：人和机器的相互连接、互动
•     信息透明度：创建物理世界的虚拟副本来研究整个真实物理世界
•     技术辅助：能够帮助人类的机器
•     分散决策：可自主决策的网络物理系统

    工业4.0里有很多关键词，像物联网（IoT），大数据，增材制造，数字双胞胎，云，仿真等等。仿真可以说是整个工业革命的基础之一，扎根于每一个工业过程，来推动整个工业革命的进展。工业4.0预计未来15年为全球经济增加14.2万亿美元，这就是创新的机会所在。

工程仿真如何进化，以帮助捕捉这些机会？

    工业4.0里面有很多技术热点，像机器人、工业物联网、云、系统集成、仿真等等，这些技术都会相互影响，相互进行化学反应，催生出各种各样新的技术、新的机会。其中，仿真技术一直在不断变革、不断进化，帮助我们各位工程师、各大企业来具备能够抓住机会的能力。那么工程仿真如何进化，以帮助捕捉这些机会的呢？

    类似工业革命，仿真也从开始的1.0，正进化到4.0。在1.0时代，对单独物理场进行仿真，仿真目的主要是在设计阶段进行一些验证和确认。到了2.0时代，出现了多物理场仿真，但还是局限于在验证和确认阶段。后来仿真逐步扩展，贯穿了整个产品设计迭代过程，覆盖了产品需求、系统设计、鲁棒性设计、变更管理、验证确认等环节，在这些环节里面都用仿真来解决问题，我们称之为“仿真驱动研发（SDPD）”，这就是3.0时代，但这在整个产品生命周期里面仍处于设计阶段。到了4.0时代，我们会把仿真与制造工艺和数字双胞胎更紧密结合起来，把仿真推动到制造和运行阶段，贯穿产品的整个生命周期。

图2 工程仿真的进化

    同时，仿真用户的使用模式也在发生变化：

    第一个重大的趋势就是越来越多的工程师将会使用仿真技术，以前使用仿真的可能只是仿真工程师，我们有问题交给他们进行仿真验证，但是现在越来越多的设计工程师也在做，包括CAD工程师也需要用到仿真，预计2020年所有工程师都会用上仿真。

图3 仿真用户越来越多

    第二个重大趋势：越来越多的企业会部署并使用高性能计算，执行更大规模的计算，仿真更多的场景。以前一台计算机算不动，现在用多台计算机一次就可以算各种各样的场景，来模拟真实的世界。

    第三个重大趋势：除了具体的仿真验证工作以外，还要进行更详尽的分析，从部件到系统，以准确表征现实世界的物理模型。

    这是仿真用户的使用模式方面的变化，他们的需求推动了仿真软件的变革。