數(shù)據(jù)，猶如推動(dòng)第一次工業(yè)革命的蒸汽動(dòng)力，以及第二次工業(yè)革命的電氣網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)下的數(shù)據(jù)便是最新演進(jìn)趨勢(shì)，掀起了由計(jì)算機(jī)技術(shù)催生的數(shù)字化革命。

工業(yè)4.0的概念在誕生十年后的今天，各類制造商幾近淹沒在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）、信息物理系統(tǒng)（CPS）和人工智能（AI）等輸入輸出的數(shù)據(jù)中。

在制造業(yè)的新時(shí)期要想成為贏家，就必須能夠連接正確的數(shù)字主線，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程，避免停工，迅速響應(yīng)供應(yīng)鏈突發(fā)狀況，解決可持續(xù)發(fā)展問題。

仿真是在雙向通信網(wǎng)絡(luò)中連接這些節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵。有助于充分運(yùn)用工業(yè)4.0獲得四大優(yōu)勢(shì)：加快產(chǎn)品上市進(jìn)程、減少制造停工時(shí)間、及時(shí)充分發(fā)揮增材制造的優(yōu)勢(shì)，并支持可持續(xù)發(fā)展舉措。

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借助仿真加快產(chǎn)品上市進(jìn)程

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中，仿真可幫助工程人員在虛擬環(huán)境下以數(shù)字化方式測(cè)試不同環(huán)境、不同運(yùn)行條件如何影響部件、子裝配體或完整系統(tǒng)，無需投入時(shí)間和資金構(gòu)建、測(cè)試多種實(shí)體原型。仿真幾乎可以支持任何虛擬環(huán)境下的產(chǎn)品功能表現(xiàn)，有助于在設(shè)計(jì)流程之初發(fā)現(xiàn)和減少潛在故障，降低成本。

僅數(shù)字化原型開發(fā)這一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)就能顯著加速產(chǎn)品開發(fā)流程，如果制造商再結(jié)合使用設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件，便能夠進(jìn)一步加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。該軟件運(yùn)用先進(jìn)算法自動(dòng)運(yùn)行各種仿真場(chǎng)景，針對(duì)給定參數(shù)集建議最佳設(shè)計(jì)方向，幫助制造商在競(jìng)爭(zhēng)中超越對(duì)手。而且一旦通過云端與高性能計(jì)算結(jié)合使用（HPC），還可提升復(fù)雜仿真與優(yōu)化的速度。

與傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)方法相比，集成化的仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)流程可節(jié)省數(shù)月時(shí)間。

舍弗勒集團(tuán)開發(fā)出一款高效靈活的工具，支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和工程師對(duì)任何電機(jī)設(shè)計(jì)概念運(yùn)用相同的優(yōu)化工作流程，幾分鐘內(nèi)即可取得結(jié)果。在舍弗勒集團(tuán)從事電機(jī)仿真與方法研究工作的Pierre Millithaler表示：“再也不必花50個(gè)小時(shí)使用有限元分析仿真100個(gè)樣本，這種基于元模型的優(yōu)化只要幾分鐘就能仿真10,000個(gè)樣本?！?/span>

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采用數(shù)字孿生減少停工時(shí)間

在設(shè)計(jì)流程中盡早開展仿真并利用車間生成的智能制造數(shù)據(jù)，企業(yè)就能連接數(shù)字主線。IIoT傳感器已在各類型的工業(yè)應(yīng)用中獲得不同程度的應(yīng)用，針對(duì)可能影響生產(chǎn)工作的產(chǎn)品和流程生成海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。所有這些數(shù)據(jù)均可直接饋入數(shù)字孿生，這是一種以特定頻率和保真度與實(shí)體或流程同步的虛擬模型。

數(shù)字孿生不止是真實(shí)資產(chǎn)的數(shù)字版本。它也是運(yùn)營(yíng)中真實(shí)資產(chǎn)的聯(lián)網(wǎng)虛擬復(fù)制品，通過集成多域系統(tǒng)仿真，再現(xiàn)真實(shí)資產(chǎn)的生命周期與體驗(yàn)。

制造商借助數(shù)字孿生，可以構(gòu)建、驗(yàn)證和部署真實(shí)系統(tǒng)的完整虛擬原型，從而預(yù)測(cè)停工現(xiàn)象，有助于管控產(chǎn)能下降、勞動(dòng)力浪費(fèi)和庫存枯竭引起的運(yùn)營(yíng)成本。仿真結(jié)果為設(shè)計(jì)真實(shí)資產(chǎn)提供信息，同時(shí)來自實(shí)體資產(chǎn)的真實(shí)數(shù)據(jù)可以饋送給數(shù)字孿生，據(jù)以開展更深入的仿真。

即便遭遇供應(yīng)鏈突發(fā)狀況，企業(yè)也能利用數(shù)字孿生優(yōu)化制造性能。在新冠疫情暴發(fā)初期，有些產(chǎn)品需求陡降而某些產(chǎn)品需求劇增，需要重組以及重新配置生產(chǎn)環(huán)境。

Ansys研發(fā)部門高級(jí)總監(jiān)Sameer Kher指出：“企業(yè)可以開展 ‘假設(shè)條件’分析與仿真，管理負(fù)載平衡，以最小風(fēng)險(xiǎn)增產(chǎn)，從而緩解某些此類的供應(yīng)鏈突變挑戰(zhàn)。” 他總結(jié)說：“羅克韋爾自動(dòng)化和Ansys正合作開發(fā)針對(duì)工業(yè)客戶的相關(guān)數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用，以應(yīng)對(duì)此類挑戰(zhàn)。”

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通過仿真與增材制造推進(jìn)創(chuàng)新

增材制造提供了另一種快速應(yīng)對(duì)動(dòng)蕩的方法。當(dāng)需要制作臨時(shí)替代件，按需制造部件以最大程度減少倉儲(chǔ)和貨運(yùn)，或設(shè)計(jì)通過傳統(tǒng)制造難以或無法生產(chǎn)的產(chǎn)品時(shí)，制造商可以借助仿真實(shí)現(xiàn)增材制造。

Predator Cycling近期使用具備拓?fù)鋬?yōu)化功能（根據(jù)載荷狀況優(yōu)化材料布局的算法方法）的仿真軟件，設(shè)計(jì)出據(jù)稱是市面上最高效、最耐久、最易使用的水壺架。

Predator Cycling首席設(shè)計(jì)工程師Aram Goganian表示：“我們?cè)缇陀虚_發(fā)能完美契合3D打印工藝的水壺架的構(gòu)想，但在我們接觸Discovery之前，對(duì)此類問題一直是一籌莫展。” 使用Ansys Discovery，Goganian開發(fā)出一種既便于收納水壺，也符合自身獨(dú)特的重量、靈活性和耐久度要求的水壺架。

航空航天產(chǎn)品制造商Relativity Space也尋求通過仿真為金屬增材制造探索新解決方案。Relativity Space聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Jordan Noone指出：“我們正利用增材制造技術(shù)來創(chuàng)建全球最大規(guī)模的3D打印機(jī)。我們要用這部打印機(jī)3D打印一個(gè)火箭。借助Ansys簡(jiǎn)化的增材制造解決方案，我們的設(shè)計(jì)迭代速度加快了10倍，部件數(shù)量減少了100倍。我們正在應(yīng)用諸多前人眼中認(rèn)為是天方夜譚的方法開展創(chuàng)新?！?/span>

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推動(dòng)制造邁向更可持續(xù)的未來

讓數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)不僅局限于企業(yè)內(nèi)部，貫穿產(chǎn)品的生命周期，是制造商面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。氣候目標(biāo)正在讓可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)成為企業(yè)的首要任務(wù)和許多工程設(shè)計(jì)原始草圖的主題。

仿真正在助力制造商研發(fā)聚焦可持續(xù)發(fā)展的新產(chǎn)品，如碳捕捉技術(shù)、潮汐能發(fā)電機(jī)和更優(yōu)質(zhì)的電池。企業(yè)也在運(yùn)用仿真理解如何重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有產(chǎn)品以減少碳足跡，這包括了他們制造產(chǎn)品的方式和產(chǎn)品在其生命周期中所形成的能耗。

運(yùn)用仿真支持可持續(xù)發(fā)展在航空航天領(lǐng)域和汽車領(lǐng)域卓有成效。在這兩個(gè)領(lǐng)域，輕量級(jí)材料意味著可減少燃料耗用或延長(zhǎng)電池續(xù)航里程。

為滿足重量要求，蒂森克虜伯普利斯坦工程師需要在不影響助力轉(zhuǎn)向單元結(jié)構(gòu)完整性的情況下，為其減重。使用Ansys仿真軟件后，蒂森克虜伯普利斯坦在原始金屬部件的基礎(chǔ)上減重50%，同時(shí)也滿足了全部機(jī)械性能和原始設(shè)備制造商（OEM）要求。

創(chuàng)新性的輕量化產(chǎn)品外殼也符合蒂森克虜伯普利斯坦的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，并鞏固其汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領(lǐng)先供應(yīng)商的地位。使用與仿真設(shè)計(jì)軟件集成的材料智能軟件，更多的制造商能快速評(píng)估材料，做出材料決策。

仿真連點(diǎn)成線

要完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的優(yōu)勢(shì)，制造商需要采集、理解數(shù)據(jù)，以便通過日益自動(dòng)化的AI以及分布化的流程運(yùn)用數(shù)據(jù)來優(yōu)化生產(chǎn)。仿真技術(shù)有助于制造商可視化數(shù)據(jù)定義、在信息物理系統(tǒng)（CPS）間共享數(shù)據(jù)、利用數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，充分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能帶來的價(jià)值。

在貫穿企業(yè)各方面的數(shù)字主線中集成仿真，可成倍增長(zhǎng)其效益，幫助制造商借助其數(shù)據(jù)洞悉未來，在瞬變?nèi)f千的市場(chǎng)中把握先機(jī)。