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仿真技术是工业领域的重要支撑。随着全球工业4.0浪潮的兴起，仿真技术也迎来了新的挑战与机遇。如何进一步挖掘仿真技术的潜力，拓宽仿真技术的应用边界，成为行业内外共同关注的焦点。11月15日，工业软件赋能重点行业场景开发论坛在株洲举行，安世亚太科技股份有限公司高级副总裁田锋发表了题为“仿真技术在工业领域的新应用”的主旨演讲。田锋强调，仿真技术对于企业自主创新、绿色制造和智能化进程至关重要，能够帮助企业跟上时代发展。
安世亚太科技股份有限公司高级副总裁田锋
仿真与自主创新
田锋表示：“正向设计是研发型企业的核心，是实现原始创新的基础能力。”没有正向设计，企业无法实现真正的自主创新。仿真技术在这一过程中扮演着至关重要的角色。正向设计能力可应用在设计、验证运维、制造三个阶段。过去的设计流程是单向的，从概念到生产，一旦出现问题，需要大量时间和资金来修正。现代仿真技术允许在实物制造之前进行多次迭代，提前验证产品设计，减少成本和时间。
在产品进入详细设计之前进行系统仿真，这个阶段的仿真图纸或设计图纸是架构型的，不涉及具体细节。在细节设计阶段进行物理仿真，如汽车行业中的力学场和流体力学场的耦合仿真。这两个步骤的仿真在设计过程中是连续的，从架构层面的系统仿真到细节层面的物理仿真，确保了产品设计在进入制造阶段之前得到了充分验证和优化。
在制造过程中，工艺仿真的应用日益增多，它允许在实际生产之前，在计算机中模拟制造过程，发现并解决潜在的制造问题，减少返工成本，确保生产效率。此外，通过铸造仿真、冲压仿真和热处理仿真等技术，可以在实际生产前优化工艺，提高制造成功率。
目前，实验仿真正逐渐取代传统的实物实验，利用计算机模拟减少实物试验次数。尽管行业标准仍要求进行实物试验，但仿真可以在实验前进行预测试，提高效率。仿真帮助在实物试验前优化设计，减少试验次数，加快产品上市流程。总的来说，仿真技术是实现自主创新的关键工具，它通过在设计、制造和实验阶段的早期介入，提高了研发效率，降低了成本，并加速了产品从概念到市场的转化过程。
仿真与绿色制造
田锋提到，当前产品设计存在大量冗余，导致超过70%的浪费。绿色设计借鉴自然界的高效结构，旨在实现产品的轻量化和环保。增材制造和精密制造等数字制造技术的发展，使得复杂设计的制造成为可能，类似于自然界生物结构的绿色进化。这些技术解决了传统制造工艺的限制，允许设计更加精细化和轻量化。通过绿色设计，可以将传统的“傻大笨粗”产品转变为轻量级模式。例如，发动机内部采用格架结构，使其重量减轻70%。
田锋表示，仿真技术对于非标准和反传统设计至关重要，因为传统经验和标准在绿色设计中不再适用。仿真技术可以模拟新型设计，加速设计过程，并确保设计的有效性。生成式设计和多尺度仿真等技术在绿色设计中发挥重要作用。以汽车前桥的绿色设计为例，通过一体化设计，将78个零部件减少为1个，重量减轻63%。这种新设计手段结合仿真技术，可以显著降低产品重量，提高效率。
总的来说，绿色设计通过仿真技术的应用，实现了产品的轻量化和环保，同时提高了设计和制造的效率。
仿真与数字孪生
数字孪生通过在仿真世界和物理世界之间建立互动系统，实现两者之间的持续关联和互动，进行实时预测和调整，从而在运维过程中帮助产品和工艺过程实现智能化。传统的仿真可能只针对极限工况进行设计，而数字孪生技术可以覆盖产品70%～90%的日常工况，通过实时仿真优化产品运行，减少资源浪费。田锋提到，数字孪生集成框架包括：躯体数字化（将物理实体转化为数字模型）、神经互动（实现物理实体与数字模型之间的数据流和控制流）、仿真左脑（基于完整信息和明确机理进行未来预测）、AI右脑（利用人工智能技术进行快速决策和响应）、五官人机交互（提供用户界面，使操作者能够与数字孪生互动），以及社会性数据（集成社交和环境数据）。
数字孪生技术通过结合AI技术和CAE（工程设计中的计算机辅助工程）大模型，实现实时仿真，以秒为单位提供决策支持，驱动物理实体的即时响应。数字孪生技术为产品全生命周期管理提供了一种新的智能化解决方案，这对于需要快速响应的应用场景尤为重要。
数字孪生技术在能源管理和节能减排中应用广泛。以数字孪生技术在汽车热管理中的应用为例，利用物联网技术，数字孪生模型能够探测汽车当前的状态，并将这些状态数据输入到CAE和AI模型中，快速计算出最佳空调参数，实现智能化空调控制。田锋指出，数字孪生技术支持产品实时监控和调优，使企业能够从单纯的产品销售转变为提供持续服务的模式，优化产品性能，降低用户成本，实现服务型制造。
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