作者：Mark Hindsbo，Ansys副總裁兼總經理

為了使未來產品成為現實，工程仿真必須進行變革。它必須演變發展成一種適合所有工程師、所有產品、并貫穿整個生命周期的工具。如果沒有這種演變發展，我們就無法充分利用工業4.0帶來的機遇。落后者會被這場創新競賽所淘汰。

近半個世紀以來，Ansys致力于通過工程仿真幫助客戶推動創新，同時降低成本并縮短產品的研發時間。從汽車、飛機、火車到消費類電子產品、工業機械乃至醫療解決方案，Ansys軟件已經幫助相關行業創造出能夠推動變革的產品。

雖然客戶的成就讓我們感到驚嘆不已，但是我們認為這只是仿真技術所能創造出的巨大價值的冰山一角。目前，仿真正在步入一個新時代，其主要包括以下三種根本性變化：

• 仿真曾經是一種稀缺資源，僅應用于最復雜的工業產品設計，但現在正逐漸成為每種產品設計不可或缺的組成部分。

• 過去，產品仿真僅檢測單一屬性：單個物理場、單個組件以及單個設計。而現在我們可以利用多個物理場和數字領域的相互作用探索眾多系統級設計。

• 或許最令人振奮的是，仿真不只是被用于設計驗證，而是用于從早期概念、制造到運營和維護的整個過程。

簡而言之，工程仿真變得無處不在，能夠對產品創新與性能帶來積極影響，驅動營收增長并為終端用戶提供優勢。

由于這些趨勢正在重塑Ansys研發工程仿真軟件的方式，以及全球各個行業的客戶利用Ansys解決方案的方式，因此我們有必要對這些變革進行深入探討。

“不只是被用于設計驗證，而是用于從早期概念、制造到運營和維護的整個過程。”

簡單產品已成明日黃花

當1970年工程仿真技術問世，它代表了一種新奇的功能，但需要技術熟練的工程專家進行設置，而且需要最大型組織機構才能提供的計算資源。因此，它幾乎僅用于最復雜、最昂貴的工程產品，如：工業機械、汽車和飛機。

然而，在2018年，沒有一款所謂簡單的產品。如今，每種設計不斷突破極限，以充分利用復合材料、增材制造以及工業4.0所實現的高水平連接性與自動化功能的優勢。結果是迎來了新一代智能化、耐用型的可持續性產品。

您可能認為工程大趨勢只是通過提高電氣化和自主性打破汽車等產品的常規。但是，每個行業、每種產品都在發生數字革命。仿真對于這個全新的世界至關重要，因為只有通過數字方式仿真這些工程趨勢帶來的所有產品選項，我們才能像行業領導者那樣獲得創新所需的洞察力。

目前，我們看到Skittles?糖果的制造商Mars利用與渦輪機制造商相同的Ansys先進仿真軟件來優化制造工藝。另外，初創公司Nebia利用控制火箭噴焰的相同方程式，節省了噴頭中70%的用水量。任何產品都不會因為太小、太簡單或者太便宜而無法享受仿真帶來的優勢。

復雜世界的復雜分析

當我們努力追求更智能、更高效的產品設計時，我們不能再僅僅關注性能的單個方面或者孤立地查看一個單獨部件。過去，工程仿真團隊很可能孤立地關注單個關鍵物理場?例如，F1賽車制造商可能會關注對速度和性能有重大影響的車輛空氣動力學。

如今，得益于仿真軟件、硬件和處理速度方面的進步，工程師可以輕松研究多個物理場并評估整體產品性能。這一點至關重要，以F1為例，整體速度和性能并非僅僅取決于空氣動力學。燃燒效率、輪胎耐磨性能、電子產品的可靠性等因素都會影響整體性能。一個領域的優化可能會導致對另一個領域做出權衡取舍，因此對所有影響因素進行綜合仿真的重要性日益突出。目前，在Ansys全球最重要的100家客戶中，有96家使用了至少3種物理場解決方案，并應用于整個Ansys平臺。

計算能力與仿真軟件的進步還支持對眾多設計選項進行評估，從而顛覆整個設計過程。工程師并非通過仿真驗證某個具體設計，而是利用仿真在早期概念設計過程中分析成千上萬種可能的設計方案，以確定最佳方案。這一點在拓撲優化中最為明顯，例如：工程師只需設置某個部件的結構標準，仿真軟件即可自動迭代，直到找出最佳設計方案。

仿真工作越來越多地從需求階段開始，并幫助生成設計方案，而不是在確定了大部分設計選擇后再加以應用。為了應對現代產品設計固有的復雜性，并利用快速創新帶來的機遇進而在當今社會取得成功，這是一條唯一的途徑。

“工程仿真在這個新時代至關重要。”

在整個產品生命周期中產生回報

如今，最重要的變革可能是在產品生命周期的各個階段更普遍地持續利用仿真技術。仿真曾經作為初始設計與物理測試之間的一項專業工作，現在則被公認為具有巨大的戰略價值和財務回報，從早期設計階段直到產品的現場使用壽命，仿真都能夠提供重要優勢。

直到今天，大多數產品決策還是靠經驗法則來定，而且仿真主要是由工程團隊的專家使用。其他人仍然依靠最常用的工程工具，即Microsoft? Excel。隨著仿真技術發展為與Excel一樣的簡便快速，這開啟了一個全新的創新時代，每位工程師都能夠在設計過程中隨時從詳細的仿真洞察力中大獲裨益。當產品處于早期概念階段時，設計人員可以利用數字探索來測試初始概念并獲得洞察力，從而實現能夠滿足嚴苛的用戶需求并獲得豐厚利潤的初步產品設計方案。

如今，Excel可幫助我們實時更新與計算數百萬行數據并繪制相應圖表，而且谷歌搜索引擎能夠讓我們即時訪問數十億個網站，令人難以理解的是，每位工程師卻不能平等地使用仿真技術。Ansys通過Discovery Live及其它產品取得突破性進展，致力于讓這種夢想成為現實。再過幾年，如果工程師沒有全面使用仿真技術，難以想象我們如何實現創新。

此外，仿真也在越來越多地應用到制造階段，在此階段它能夠顯著提高生產的效率、成本效率和靈活性。隨著產品大規模定制的興起?得益于增材制造（即3D打印技術），仿真有助于確保成品擁有最佳形狀，同時確保精確度、低成本以及隨著時間推移而具有高度一致性。

增材制造使我們有可能生產出幾乎任何想象得到的形狀，但什么才是最佳形狀呢？人類大腦能否想像出最佳形狀呢？另外，對于大規模定制，我們如何確保每次變化都能夠保持產品的完整性與性能？仿真是大規模發揮3D打印潛能的關鍵所在，它使企業能夠輕松進行按需分析和回答上述問題，從而滿懷信心地交付獨特、可靠的高品質產品。

隨著產品從設計、制造進入運營階段，仿真能夠繼續發揮關鍵作用，從而有助于在現場提供最佳的結果。通過使用遠程傳感器收集關于產品工況的數據，分析人員可以創建產品的虛擬復制品?數字孿生體，然后對數字模型施加相同的物理力和其他環境條件。在不存在或者無法實現物理傳感器的情況下，仿真技術作為數字孿生體的組成部分，能以虛擬傳感器的形式提供關鍵洞察力。此外，仿真還可以執行假設研究，以獲得最佳性能；而且能夠預測嚴重故障或維護需求。

目前，數字孿生體還處于萌芽階段，但隨著工業4.0日趨成熟，它們會變得愈發普及，能夠在云端或者在本地上按需運行。仿真將日益成為一種產品內部的體驗，其中數字孿生體是產品設計和運行的內在組成部分，它與人工智能和機器學習算法一起運行。

“仿真也在越來越多地應用到制造階段，在此階段它能夠顯著提高生產的效率、成本效率和靈活性。”

無處不在的仿真：新的必備工具

盡管不是所有企業都對每種產品使用仿真、研究多種物理場的效應或者在整個產品生命周期使用仿真，但是這三個趨勢卻吹響了未來的號角。行業領導者已經在使用這些最佳實踐。不久以后，普遍深入地利用工程仿真將不再只是少數人的競爭優勢，而會成為所有人的必備工具。

仿真軟件的持續改進使廣泛的用戶能夠在整個企業范圍內更輕松地應用這些最佳實踐。如果您目前僅在產品研發功能方面或者僅僅針對特定設計方案使用仿真技術，那么您就無法充分發揮Ansys軟件的全部潛力，進而也無法為貴公司提供戰略優勢和經濟效益。

當工程仿真軟件在大約50年前問世時，相比那些在認識和發揮仿真潛力方面慢一拍的企業，早期使用者很快就從中脫穎而出。未來它將成為每位工程師工具箱中的必備品。