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ANSYS,推进无处不在的工程仿真

2017年3月26日     来源:e-works        作者:e-works  赵栋       
关键字:ANSYS  工程仿真  数字双胞胎  Digital Twin  
基于仿真的“数字探索”到“数字原型”能力的交付,是ANSYS多年以来在工程仿真领域深厚积淀的见证。下一步,ANSYS要助力打造基于模型的数字双胞胎(Digital Twin),推进仿真技术在产品(或设备)运行和维护过程中的应用,从而贯穿整个产品生命周期。
    2017年3月8日,ANSYS 18.0新产品发布会上海站盛大举行。会议期间,e-works记者采访了ANSYS全球行业总监Robert Harwood先生,请他介绍ANSYS公司最新的发展战略,以及在物联网时代ANSYS如何为企业提供所需仿真技术和平台,帮助企业获取全新价值。接受采访的还有ANSYS亚太区市场、业务总监David Street先生和ANSYS医疗行业总监Thierry Marchal先生。
 
工程仿真贯穿产品全生命周期
 
    作为产品研发创新最重要的手段之一,仿真技术对企业的重要性毋庸置疑。过去,仿真通常被当作产品设计工作中的可选项,用来验证试验结果是否合理,或是在研发后期进行设计校核。
 
    随着仿真技术本身易用性增强,以及对于仿真理念理解的加深,企业逐渐认识到在产品早期的概念设计以及参数优化阶段,就能通过引入仿真技术,以最低成本和最快时间来迅速探索各种不同的设计方案,建立较为理想的产品模型,并避免潜在的设计缺陷。
 
    仿真技术在设计早期的引入,彻底革新了传统的设计流程,仿真驱动产品研发的策略开始得到推广。
 
    在Robert Harwood看来,在早期借助仿真进行数字探索(Digital Exploration)方法得以实现,很重要的一点就是快速建模、通用优化等工具的不断成熟,以及仿真难度的降低。ANSYS于2014年收购直接建模软件SpaceClaim,就是为了简化并加快仿真中的几何前处理工作,而ANSYS AIM平台的推出也旨在为那些并非仿真专家出身的人员制定简单易用的仿真流程。
 
    如今汽车、航空航天、通信、电子高科技等诸多行业的产品及设备复杂程度不断增大,在仿真分析过程中所涉及的学科越来越多。Robert Harwood认为,要实现对产品更为全面可靠的分析,精确仿真产品在现实环境中的真实表现,就必须考虑不同物理场的耦合作用和影响,来建立产品数字原型(Digital Prototype)。
 
    目前ANSYS已经拥有业界领先的结构、流体、电磁、嵌入式软件等各物理场的成熟求解器技术,并整合为多物理场仿真解决方案,帮助工程师单独和综合分析多种物理场的效果,实现更完备的数字原型。
 
    而每次版本更新,ANSYS软件也会应用最新技术来增强仿真能力。比如在最新的ANSYS 18.0中,ANSYS CFD重叠网格技术、ANSYS CFX谐响应分析、ANSYS结构仿真材料库扩展、HFSS天线设计等多方面实现了突破性改进。针对复杂系统仿真的并行计算能力加强也加快了仿真速度。
 
 工程仿真贯穿产品全生命周期的数字支撑
工程仿真贯穿产品全生命周期的数字支撑
 
    基于仿真的“数字探索”到“数字原型”能力的交付,是ANSYS多年以来在工程仿真领域深厚积淀的见证。而谈到下一步战略方向,Robert Harwood指出ANSYS要助力打造基于模型的数字双胞胎(Digital Twin),推进仿真技术在产品(或设备)运行和维护过程中的应用,从而贯穿整个产品生命周期。
 
打造基于模型的数字双胞胎
 
    所谓数字双胞胎,是以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型,来模拟其在现实环境中的行为。物理对象可以是企业内部不同的运营资产,也包括消费者手中正在使用的产品。
 
    过去产品投放到市场之后,由于观念和技术限制,企业很少会去关心产品使用情况如何,是否能在某些恶劣环境下正常操作。
 
    随着消费能力的提升和理念的转变,能够带来最佳使用体验的产品才能赢得消费者的亲睐。越来越多新兴的商业模式中,开始从出售设备走向出售基于设备运行状态的服务,设备维护阶段甚至会创造高于设备本身的价值。
 
    因此了解产品上市后的性能表现意义重大,日益先进的工业传感器和其它物联网技术使这成为可能。而丰富的传感器数据与仿真技术的预测性功能双剑合璧,则能让数字双胞胎发挥真正的价值。
 
    以实时工作数据作为工况载荷进行仿真分析,来预测产品和设备未来的性能,这样可帮助企业分析并预测设备潜在故障点,实施预测性维护,减少计划外停机造成的成本和风险,还可以提供能带来最佳使用体验或者机械效率的操作方式建议。
 
    Robert Harwood认为,ANSYS多域多维的系统级仿真能力,是成功利用数字双胞胎预测产品潜在问题的关键。而通过仿真技术来解决物联网中通信系统、传感器等设备在功耗冷却、感应互联、安全可靠、系统集成以及耐用性等方面的挑战,则是保证物联网系统正常运转从而成功建立数字双胞胎的前提。
 
ANSYS工程仿真技术在物联网领域的应用
ANSYS工程仿真技术在物联网领域的应用
 
    此外,过去仿真中的载荷条件往往基于理想工况,而在数字双胞胎中获得的产品数据是真实的,将这些真实的数据直接用于下一代产品设计中,有助于研发出功能更加完善、更能满足在真实使用条件的产品。
 
仿真价值日久弥新
 
    在如今科技快速更迭的时代,大数据、云计算、虚拟现实、人工智能等轮流吸引着大众的眼球。工程仿真不算一项新技术,然而它仍在推动各行各业的发展与革新中扮演重要角色。
 
    Robert Harwood指出,过去两年,汽车产业迎来了新一轮强劲的增长,仿真技术在汽车的传统开发中已经得到成熟应用。而在联网汽车、先进驾驶辅助系统、无人驾驶、新能源汽车等颠覆性的突破中,仿真也发挥着不可或缺的作用。
 
    比如联网汽车技术依靠由传感器、天线、嵌入式软件和通信技术组成的广泛网络,基于仿真能有效分析这些设备和系统的鲁棒性、可靠性关系,从而确保驾驶安全。而电动汽车中电池组管理、电磁干扰分析等复杂难题的解决也离不开仿真技术。
 
    在航空航天行业,当前最大的压力来自于技术更新换代,需要处理多功能复合材料、新一代推进系统、集成平台天线以及嵌入式代码等问题,为旅客创造最舒适的乘坐环境和体验。
 
    新一轮的太空竞赛中,世界各国都想在时间上占得先机。由于太空严酷的环境,产品设计必须做到一次性成功,同时成本永远需要考虑在内。当这一切问题汇集,物理测试根本无法满足需求,唯有借助综合的仿真技术才能解决。
 
    而在智慧城市建设中,智慧楼宇是很重要的一点,有望借助热和流体分析来分析在合适的时间、选择合适的管路系统,实施制冷和供暖,从而提高整体能效,减少排放。
 
    高科技电子领域,包括连接在内的物联网属性已经成为推动产品走向智能的必选项,众多新兴公司都选择使用仿真技术来加速具有物联网功能的产品开发。
 
    作为ANSYS医疗行业总监,Thierry Marchal先生对于仿真技术在医疗领域的应用有着长远的憧憬。他指出,最近几年随着仿真技术使用门槛的降低,逐渐为医院中从外科医生到临床医生所使用,为他们解决在心血管疾病、骨科以及个性化医疗方面的问题带来全新的方法,同时确保安全可靠。
 
    每当在其它行业已经得到成功应用的新设备或技术被引入医疗行业时,都需要通过更加严格的安全法规验证,仿真技术则能帮助最小化医疗设备故障几率,满足监管测试要求。ANSYS已经在和政府、监管机构紧密合作,推动在未来的审批流程中强制使用仿真技术。
 
后记
 
    在采访最后,ANSYS亚太区市场、业务总监David Street先生总结了他所看到的仿真市场趋势。第一,越来越多的非专业仿真用户进入到仿真领域,仿真用户群体在不断扩大;第二,对于复杂产品系统的大规模仿真需求在扩大,而要以最快的时间完成大规模仿真需要借助先进的高性能计算能力;最后,仿真不再局限于设计本身,仿真在产品运行和维护阶段的潜力还有待挖掘。
 
    基于这三点,ANSYS未来也将持续在推进仿真技术易用性、用于仿真的高性能计算、以及数字双胞胎深入应用等方面加大投入,来为客户创造更多价值。
责任编辑:赵栋
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