CAE改革帶動工業(yè)創(chuàng)新

 如今，仿真技術(shù)不僅應(yīng)用于軍事、工業(yè)領(lǐng)域，而且日益廣泛地應(yīng)用于社會、經(jīng)濟(jì)、生物等領(lǐng)域，如環(huán)境污染防治、生產(chǎn)管理、市場預(yù)測、交通控制、城市規(guī)劃、資源利用、經(jīng)濟(jì)分析和預(yù)測、人口控制等。許多系統(tǒng)問題很難在真實(shí)環(huán)境中測試，使用仿真技術(shù)來研究這些復(fù)雜問題就更具重要意義。相信在智能制造時代，仿真技術(shù)將進(jìn)一步釋放其強(qiáng)大的生命力和發(fā)展?jié)摿Α?/span>

領(lǐng)先仿真軟件廠商并購頻繁，繼續(xù)引領(lǐng)新一輪工業(yè)變革

 自上世紀(jì)90年代開始，CAE技術(shù)進(jìn)入了成熟壯大期，最近幾年，國外的一系列大公司頻繁并購，整體布局已漸漸明朗，如2005年，達(dá)索購買了ABAQUS，填補(bǔ)了自己在機(jī)械仿真上的薄弱環(huán)節(jié)。ANSYS的并購史就非常豐富了，從2008年開始，先后收購了Ansoft（高性能電子設(shè)計(jì)自動化軟件開發(fā)公司），Apache Design Solutions（高級低功耗解決方案的仿真軟件提供商），Esterel Technologies（嵌入式軟件仿真解決方案提供商），EVEN（復(fù)合材料仿真領(lǐng)域的領(lǐng)先者），SpaceClaim（3D建模軟件廠商），NTI（開發(fā)和銷售高級計(jì)算流體動力學(xué)的軟件廠商），Delcross Technologies（高級計(jì)算電磁學(xué)仿真和射頻系統(tǒng)分析軟件開發(fā)商）……，通過一系列的并購整合，ANSYS表明其從單一領(lǐng)域向綜合領(lǐng)域進(jìn)軍的決心。西門子在2012年收購了LMS，作為HD-PLM中的一環(huán)，LMS補(bǔ)充了西門子在全生命周期的仿真與試驗(yàn)管理上的缺失，為西門子技術(shù)帶來新的融合與創(chuàng)新。

新技術(shù)的運(yùn)用，有助于仿真軟件走向智能化

仿真與大數(shù)據(jù)的碰撞

仿真的目的在于發(fā)現(xiàn)問題和預(yù)測未來，但在某些情況下，大數(shù)據(jù)可能做得更好。美國航空航天局（NASA）正是借助大數(shù)據(jù)來提前預(yù)知各種天文奇觀。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，對各行業(yè)的文化、組織、管理、方法、技術(shù)等均提出了挑戰(zhàn)，仿真技術(shù)也不例外。仿真是從模型到數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)則是數(shù)據(jù)到模型。大數(shù)據(jù)對建模仿真的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在思維方式、科研方式和方法手段等方面，利用現(xiàn)有建模仿真技術(shù)處理大數(shù)據(jù)還存在問題。比如，傳統(tǒng)的仿真思維方式認(rèn)為仿真是基于模型的活動，其科研方式是根據(jù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)建立系統(tǒng)模型，進(jìn)而建立仿真系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)模型，最后再分析、處理模型運(yùn)行結(jié)果。那么，未來，仿真結(jié)合大數(shù)據(jù)會有怎樣的發(fā)展？這個問題還在探索中，但從目前來看，至少大數(shù)據(jù)為仿真結(jié)果的分析提供了更好的手段，為復(fù)雜系統(tǒng)的建模提供可新的出路，更為長遠(yuǎn)地看，大數(shù)據(jù)有助于人類實(shí)現(xiàn)智能仿真。

圖1 仿真與大數(shù)據(jù)

 仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)的碰撞

 虛擬現(xiàn)實(shí)是時下非?；鸨募夹g(shù)，但是很多人對仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)都存在認(rèn)識上的誤差，認(rèn)為二者說得是一回事。其實(shí)，仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著一定的相似點(diǎn)，但也存在差異性。在感知方面，仿真以視覺和聽覺為主，而虛擬現(xiàn)實(shí)不僅有視覺、聽覺，還有觸覺等方面的感知，可以說仿真基本上將用戶視為“旁觀者”，而虛擬現(xiàn)實(shí)則將用戶視為“當(dāng)局者”；在逼真度方面，仿真技術(shù)，仿真技術(shù)是對真實(shí)物理系統(tǒng)某一層次上的抽象，而虛擬技術(shù)采用實(shí)時三維圖像與顯示、三維聲音定位與合成技術(shù)、傳感器等技術(shù)，做到了人與環(huán)境的交互性，有非常高的逼真度。縱觀當(dāng)下工業(yè)仿真軟件，可視化、智能化的仿真已成趨勢，在仿真中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅能更加形象直觀地顯示仿真全過程，而且會讓計(jì)算機(jī)與人之間的溝通更人性化，增強(qiáng)仿真系統(tǒng)的尋優(yōu)能力。

圖2 仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)

仿真與人工智能的碰撞

仿真優(yōu)化的應(yīng)用目標(biāo)是為用戶提供一個輔助決策支持工具，而實(shí)際工程設(shè)計(jì)問題一般比較復(fù)雜，涉及因素較多，完全依靠計(jì)算機(jī)來進(jìn)行決策很難考慮周全，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，將領(lǐng)域知識引入到仿真優(yōu)化系統(tǒng)中，建立決策支持系統(tǒng)，充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性和計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同決策功能。目前的仿真優(yōu)化系統(tǒng)要求用戶對仿真優(yōu)化算法和仿真建模工具有較深入的了解，才能夠開展工程應(yīng)用，如各種仿真優(yōu)化算法存在大量運(yùn)行參數(shù)需要選擇，仿真實(shí)驗(yàn)也需要設(shè)置各種參數(shù)，如仿真開始時間、仿真結(jié)束時間、仿真迭代次數(shù)和“預(yù)熱”時間等等，任何一項(xiàng)參數(shù)的變動對仿真優(yōu)化結(jié)果都會產(chǎn)生影響，要求非仿真專業(yè)人員來完成這些設(shè)置幾乎是一件不可能的事。因此，利用專家知識系統(tǒng)作為輔助，協(xié)助普通人完成這些專業(yè)工作是一個可行的實(shí)現(xiàn)方法。

圖3 人工智能與天氣模擬

總之，隨著中國2025、智能制造、工業(yè)4.0、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新一輪工業(yè)革命的興起，新技術(shù)與傳統(tǒng)制造的結(jié)合催生了大量新型應(yīng)用，仿真軟件也開始結(jié)合大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，在研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、服務(wù)管理和維護(hù)反饋等工業(yè)各個環(huán)節(jié)中凸顯更為重要的作用。