如果您是產品開發設計公司的CEO。您的工程團隊設計出了符合您期望的優秀產品。所以馬上就投入大量生產了，對嗎？

不，先不要著急。在此之前，您必須確定如何去制造它。在制造之前，您需要確保產品能夠正常運作。它不能夠太容易破壞或被過度構建。您需要構建一個原型并對其進行測試，但這也很昂貴。如何以低成本快速驗證您的產品？仿真分析就是答案。

仿真分析是通過計算機模型將真實的或設想的產品進行數學建模的過程

海軍上將海曼·里克弗是美國核海軍之父，因提倡復制而非模擬而聞名。如果您有時間，資源和財務，最好建立1:1全尺寸原型并在實際操作條件下進行測試。但是，如果您希望快速上市 - 比競爭對手更快 - 而且成本更低，這并不總是可行的建議; 而且，它可能很危險。讓人類在沒有仿真分析的情況下操作原型來驗證安全性很可能使他們受到危害。

海軍上將里克弗，現代海軍之父，物理原型倡導者。

[美國海軍歷史中心官方網站]

為了使產品開發更快，更便宜，更安全，科學家和工程師從20世紀40年代開始開始利用計算機的力量來仿真和分析復雜的工程問題。這標志著現代仿真分析時代的開始。

通過仿真，可能的真實世界的條件和環境被應用于模型中，以再現它在真實世界中可能將經歷的事情。產品的反應和最終狀態的數值結果通常以視覺形式和動畫展現出來。

仿真分析旨在驗證產品是否滿足其操作要求。它可以進一步提供對必要變更的洞察，并驗證是否進行了正確的測試。當您確保了較高的安全系數時，可以對邊界條件進行測試 - 并針對失敗的條件進行重新設計。

工程產品開發的仿真分析可以采用多種形式，包括但不限于：

· 有限元分析（FEA）

· 計算流體動力學（CFD）

· 剛體運動學和動力學。

在FEA領域內，可以執行許多不同類型的分析，例如靜態，動態，模態，穩態熱，瞬態熱和疲勞。

工程師學習如何為以下情況推導和計算封閉式解決方案：

· 均勻載荷下懸臂梁的撓度和應力。

· 受已知熱負荷影響的塊體的平衡溫度。

· 裂紋擴展導致失效循環。

然而，對于由多個部件組成的復雜產品，不規則形狀以及諸如航空航天和國防，消費電子，醫療設備和汽車等行業中的材料組合，并不存在封閉形式的解決方案。

因此，仿真分析采用“分而治之”的方法來評估沒有封閉形式解決方案時存在的問題。FEA將模型分解為許多小元素，如四面體（金字塔），楔形和磚塊，可以使用封閉形式的解決方案。這些元素組成“剛度矩陣”。當約束應用于模型時，剛度矩陣減少到可解的方程數。

對于應用于模型的給定力，我們可以計算位移，從中我們可以計算應變（長度與初始長度相比的變化），然后是應力。這些信息告訴我們物體是否能夠承受其操作條件，或者它是否會永久變形或破裂。

除了產品的幾何外，“分而治之”還可以應用于分析的其他方面，如負載和時間。例如，當模擬接觸和沖擊時，可以以增量施加載荷，因為隨著接觸面積的增加，應力非線性地增加。熱量，流體動力學和機制分析將時域分解為小增量以計算增量變化。

通常，仿真分析的最終數值結果是計算安全系數和安全邊際，通常這兩者在數學上是相關的。并提供關于產品是否能夠承受其操作環境負荷的底線答案。

如果我們的產品符合其安全邊際，我們可以使用結果進入重新設計周期以優化產品。通過這種方式，仿真分析可以幫助使產品更輕，更美觀，更容易制造。

我們應該始終對仿真分析進行實際測試。正如Rickover海軍上將所說，仿真分析不是測試的替代品，而是驗證我們正在進行著正確的測試（邊界線以下的測試）。仿真分析和測試的結合形成了驗證過程，確保我們的產品滿足要求和意圖。

仿真分析對于產品開發過程至關重要，使用計算機功能幫助我們盡可能快速，經濟，安全地為我們的需求定義最佳產品。