* 本文原刊登于智能制造媒體咨詢研究機構e-works：《Ansys新一代SPDM：通往仿真協同創新的必由之路》

近年來，隨著云計算、物聯網、大數據、人工智能、5G等一系列新興技術的發展與成熟，產品變得越來越復雜，其更新換代的速度也越來越快，使得企業面臨著前所未有的產品創新壓力。仿真作為優化產品設計、保證產品性能并縮短研發周期、驗證復雜工況的最佳手段，其應用日趨廣泛，已經成為企業創新的基石與催化劑。

然而，隨著仿真工具的大規模應用及其在系統設計流程中應用的深入，出現了大量的業務過程數據和其他相關數據，這些數據迫切需要管理，同時復雜的仿真流程也需要標準化，仿真與設計、試驗等相關團隊間的數據流轉也亟需規范化，以實現仿真與研發創新過程的真正融合。在此背景下，催生了企業對于統一的、便于協同的企業級仿真流程與數據管理平臺的需求，SPDM（Simulation Process and Data Management）應運而生。

作為全球工程仿真領域的領導者，Ansys一直致力于領先仿真技術的開發，并具有完整的仿真產品線。為洞察Ansys在仿真數據與流程管理領域的最新發展，e-works采訪了Ansys云計算和平臺業務部副總裁 Navin Budhiraja，Navin對Ansys新一代SPDM的功能特點與優勢進行了解讀，并分享了其應用實踐，以及未來的發展方向。

當前，大多數研發類企業已實施了PDM/PLM平臺，為什么不能用PDM/PLM來管理仿真數據與流程？在Navin看來，相比目前以管理產品設計數據和流程為主的PDM/PLM，SPDM（仿真流程與數據管理平臺）所管理的對象和過程具有很大的差異性及很多自身的特點：

• 仿真工具種類繁多，包括流體、熱、結構、電磁、物理場等不同領域/學科，不同的仿真軟件會產生不同類型的仿真數據，結果文件和中間文件的格式都不一樣，PDM/PLM很難管理如此多類型的數據格式。

• 仿真結果文件容量大，單個計算結果高達幾個G甚至幾十個G，需要平臺可支持斷點續傳，以及仿真元模型信息提取展示，如仿真求解設定等。

• 仿真數據與流程管理不僅要管理仿真結果，更重要的是管理流程，除了PDM所支持的業務流程，還要支持仿真流程，而仿真流程由仿真節點以及節點之間的數據傳遞關系組成。

• 仿真的目的是找到相對優化的方案，涉及不同工況分析、不同方案的分析等等；另外，通過與仿真工具&高性能計算的集成，平臺需能夠理解仿真模型內部參數，能將平臺參數與模型參數關聯，自動更新仿真模型數據；還需理解仿真結果數據結構，提取可視化曲線、云圖、關鍵指標；并能驅動仿真工具求解、管理高性能計算任務等等，這些對于PDM/PLM系統，只能是望洋興嘆。

也正是基于以上因素，決定了仿真數據與流程管理SPDM相對于PDM/PLM是不一樣的數據管理平臺。“Ansys在仿真流程與數據管理領域已擁有十多年積累，多年來一直在不斷探索，以幫助企業應對這一系列難題。” Navin指出。

當談及Ansys已推出的仿真流程和數據管理EKM平臺，為何如今又開發新一代的SPDM平臺時？Navin坦言：仿真驅動決策的前提是企業擁有有效的仿真流程與數據管理平臺。盡管Ansys EKM已經可以滿足許多客戶的需求，并已服務了幾百家客戶，但EKM開發的年代較早，隨著基于模型的系統工程（MBSE）理念的普及以及數字孿生（Digital Twin）等新技術的發展，需要我們不斷地改進技術和解決方案堆棧以滿足客戶復雜的需求，例如配置管理和互操作性等。

Ansys研發的新一代SPDM平臺——Minerva，既與EKM一脈相承，具備基本的仿真數據與流程以及知識管理，又具有良好的擴展性和開放性，并增加了一些新的功能，能夠很好的支持系統級一維模型與詳細三維模型的結合，實現多學科優化，支撐MBSE、Digital Twin等新技術。

Minerva由Aras的彈性平臺提供技術支持，能有效地將Ansys在EKM積累了多年的SPDM經驗結合起來，并將其擴展到新一代SPDM平臺。另外，Minerva采用了全新架構，分為底層API、Webservice層、功能層、用戶層四個層次。該架構完全基于模型，配置靈活、開放易維護、擴展性強，企業可以基于自身需求不斷調試系統，而無需投入大量時間與人力重新配置，即使平臺升級，也不會影響功能使用。

作為EKM的傳承，Minerva可以將所有的仿真模型與結果數據妥善地管理起來，并且能夠自動解析仿真元模型的數據，用戶在不打開龐大仿真模型的情況下，通過3D輕量級可視化工具，就能更直觀地看到仿真背后的關鍵數據，借助這些關鍵數據還可以實現在線評審。另外，通過配置管理、模型管理，可以實現仿真數據變更管理，以應對設計變更后的仿真數據變更。Minerva還具備仿真流程與協作管理功能，包括仿真流程創建、任務管理與派發、設計核簽、數據追溯等，幫助企業基于流程實現設計仿真協同，基于任務向導進行多專業仿真協同作業等。

此外，通過與Ansys PIDO工具——optiSLang 的集成，Minerva可以幫助用戶跨越產品設計的多個學科，實現仿真設計流程的整合與自動化和基于魯棒性的設計優化。另外，PIDO還可通過Minerva平臺，將其多學科流程集成與設計優化功能進行界面封裝，并以APP的形式提供給不同的用戶，讓他們更快實現仿真優化。值得一提的是，PIDO是Ansys于2019年收購業界領先仿真流程整合及設計優化（PIDO）技術供應商Dynardo而來，通過本次收購為Ansys客戶帶來一系列全面的流程整合與魯棒性設計工具，其可幫助用戶以更低成本更快地確定最佳產品設計。

Ansys Minerva：以仿真流程與數據管理為核心

當前，產品的發展方向日益智能化、互聯化，其開發過程也越來越復雜，產生的數據也越來越多，為了保證產品全生命周期不同來源數據的統一與互操作，仿真流程與數據管理平臺不可避免地需要與其他工具/平臺對接。對此Navin表示，“Ansys一直致力于幫助客戶利用開放式生態系統方法在其整個產品生命周期過程中，始終貫徹仿真與優化。Ansys Minerva作為面向于企業業務而開發的企業級仿真平臺，提供了開放的API與接口，可以與PDM/PLM、ALM等系統連接，以打通與工具/平臺之間的數據鏈。”

在工具層面，Minerva 可以與Ansys自身的各種仿真工具實現無縫集成，直接讀取其數據信息，例如可讀取Workbench中的設計點，并修改設計點、執行模型等；還可以集成各種主流的設計與仿真工具，比如Catia、NX 、Creo 、Abaqus、Nastran等，識別其文件格式；另外，開放的API框架還支持Minerva直接讀取仿真工具的文件內容，并自動將信息展示在平臺；Minerva還開放了接口，其它的仿真工具可以將編輯的仿真模型保存到Minerva平臺，并通過調用Minerva平臺接口來進行數據傳輸。

在平臺層面，Minerva也可以和PDM/PLM、TDM、ALM及IIoT等進行關聯。例如，Minerva提供了OOTB的標準化接口，可以登錄后直接檢索PDM/PLM平臺的數據，并將數據直接抓取到Minerva平臺，實現整個流程的關聯。

此外，Minerva還可以與HPC集成，并支持基于用戶特殊需求的定制等。

在仿真無所不在的今天，仿真技術的應用已經擴展到了產品的全生命周期，為了更有力的支撐設計創新，企業需要在概念設計階段就引入仿真，實現與需求管理、系統設計的協同，以確認總體的方案/性能能否符合要求；并能實現設計變更與仿真驗證的協同迭代，以確保關鍵變更指標得到驗證與確認；在產品設計、試驗的不同階段，會產生不同形態、相互關聯的數據模型，為了實現這些數據模型的重用、可追溯，必須保證數據的連續性；還能基于模板、規則，實現仿真與試驗數據的對比、印證與協同。

另外，隨著產品系統復雜程度不斷增大，仿真分析過程中所涉及的學科越來越多，包括軟件、機電、動力學等，為了實現對復雜產品在實際情況中更為精確可靠的仿真，各專業各層級的仿真驗證需緊密協調、相互耦合。

仿真支持設計創新需要更好的多方協同

仿真技術能夠有效驅動研發創新已成為共識，但面對以上多方協同的挑戰，已不是仿真工具可以解決的，企業級仿真平臺才是支持仿真協同創新的關鍵。Navin指出：Ansys Minerva作為一款采用開放式架構構建的可互操作知識管理應用平臺，可以幫助企業構建統一、完整的協同仿真環境，將仿真知識產權轉為有價值且可控的企業資產，并將仿真及優化與整個產品生命周期連接起來，有效驅動研發創新。

Ansys Minerva提供完整的協同仿真驗證環境方案

仿真流程與數據管理作為Minerva最核心的功能，已全面覆蓋數據管理、3D可視化、配置管理、模型管理、工作流程 、數據追溯等，可以為企業提供可視化的數據支持，實現仿真與設計人員之間的協同與數據傳遞、設計變更及仿真迭代管理等。而與PIDO工具的聯用，則可以幫助企業實現多學科流程集成與設計優化，不僅縮短研發時間，加快對最優成本設計備選方案的評估，而且還可實現對企業仿真最佳實踐的知識捕捉與封裝應用。

另外，Minerva還實現了與材料數據庫Granta Materials的集成，可幫助企業更加方便的獲取準確的材料數據，提升仿真精度與效率。Granta是世界上最大的標準材料數據庫，提供適用于所有物理場分析的材料屬性，已于2019年被Ansys收購。

此外，結合大量的仿真分析及試驗數據，Minerva還可通過在仿真算法中的AI技術，掌握仿真輸入輸出之間的相互關系，預測產品性能，尋找最優設計。Minerva還可以根據企業需求提供本地和云端的部署，以實現仿真工作負載的優化。

Ansys新一代SPDM平臺，可讓企業在統一的協同仿真環境中，實現仿真項目中人員、數據的協同化，過程管理的規范化及數據管理的完整化與可追溯，同時，針對仿真過程中應用的工具軟件及相關系統，可以實現高效集成。

而更為重要的是，其讓仿真工作更好地嵌入到了研發創新流程，為企業內部創立了更高效地仿真協同模式，并以前所未有的廣度在整個企業中實現數字主線的仿真與設計優化，助力企業全面打造“仿真驅動創新”的能力。

目前，已有不同行業的客戶在利用Ansys Minerva迅速提高生產率，從而可以更快地增長和擴張。對于SPDM平臺的未來發展策略，Navin表示：Ansys 將繼續加大對平臺的關注與投資，以加速實現Ansys無處不在的仿真愿景，推動我們業界領先平臺的發展；持續更新Ansys Minerva的功能，以更加適應用新技術的發展趨勢，并重點關注仿真驅動的數據科學、MBSE、數字安全、自動駕駛、數字孿生和云計算等領域。