工业40环境下的模拟仿真

　　对使用软件进行模拟仿真，在工业 .0时代已经是很成熟的作法。作为仿真软件领域的巨头企业之一，ANSYS公司认为仿真技术的发展与工业体系发展的线路类似，也经过了几个时期：即模拟单物理场的仿真1.0、摹拟多物理场的仿真2.0、可模拟全系统驱动整个产品研发的仿真 .0，和可模拟全部产品全寿命周期情况的仿真4.0。而当前的仿真技术就处于仿真 .0时期，在未来的工业4.0体系下，仿真4.0则可能是支持工业发展的基础。

　　提到工业4.0就要提到所谓的“赛博物理系统”（CPS），而这其中非常重要的内容就是的“数字双胞胎”（Digital twin）。所谓的数字双胞胎是模拟产品从设计、生产直到最终成品的阶段，乃至要摹拟产品在全部生命周期内的运行情况，摹拟产品在现实环境中的行为，从而可以预测产品未来的潜在问题。这一手段可以将现实世界以数字化的方式表达出来，让产品制造企业可以有效利用数字化工具提升竞争力。

　　“数字双胞胎”不只是生成一个物体的数字模型，而是要把这个物体的全部运行环境和运行状态都要摹拟出来，例如这条船和船下面的水和船周边的空气。

　　例如设计一架飞机，飞机上除机械结构之外，还有包括动力系统、飞控系统等在内的多个子系统，设计出来的飞机要经过各种实验，终究要在各种环境中运行。而“数字双胞胎”的概念，则是在设计真实飞机之前或同时，在虚拟的环境中也生成这样一架摹拟的飞机，其中包括摹拟了飞机的各种子系统，然后利用这架飞机的数字模型进行各系统的仿真实验，最终在一个数字化的虚拟环境中运行，以验证飞机及其各子系统在全部运营进程中是不是有潜在的问题，可能会告知你这个架飞机的哪一个部份将要发生故障，和如何维护等等。

　　这个数字双胞胎背后的核心技术是仿真，而仿真技术在未来已经不但仅是驱动产品设计了，而是驱动了产品从设计、制造到运营、保护的整个流程。 虽然上述“数字双胞胎”的概念并不是ANSYS提出的，但ANSYS建立了一套平台，利用最新发布的ANSYS18系列软件可以实现这个未来的设想。这个平台有三大支柱：综合仿真、可以扩展解决方案、可扩展生态系统。

　　利用ANSYS18构建的平台，工程人员可以完成从概念设计到详细设计的联贯仿真，每种物理场包括力学仿真、流体仿真、电磁场仿真等，都可以利用不同的软件工具进行，终究结合在一起。据估计，在应用这种仿真平台的条件下，产品研发的软件总体运用本钱减少50%，研发时间缩短 7%，从而可以更高效的完成产品开发工作。