數(shù)據(jù)，猶如推動第一次工業(yè)革命的蒸汽動力，以及第二次工業(yè)革命的電氣網(wǎng)絡。當下的數(shù)據(jù)便是最新演進趨勢，掀起了由計算機技術催生的數(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)品上市進程，避免停工，迅速響應供應鏈突發(fā)狀況，解決可持續(xù)發(fā)展問題。

仿真是在雙向通信網(wǎng)絡中連接這些節(jié)點的關鍵。有助于充分運用工業(yè)4.0獲得四大優(yōu)勢：加快產(chǎn)品上市進程、減少制造停工時間、及時充分發(fā)揮增材制造的優(yōu)勢，并支持可持續(xù)發(fā)展舉措。

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借助仿真加快產(chǎn)品上市進程

在產(chǎn)品設計與開發(fā)過程中，仿真可幫助工程人員在虛擬環(huán)境下以數(shù)字化方式測試不同環(huán)境、不同運行條件如何影響部件、子裝配體或完整系統(tǒng)，無需投入時間和資金構建、測試多種實體原型。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)，有助于在設計流程之初發(fā)現(xiàn)和減少潛在故障，降低成本。

僅數(shù)字化原型開發(fā)這一項優(yōu)勢就能顯著加速產(chǎn)品開發(fā)流程，如果制造商再結合使用設計優(yōu)化軟件，便能夠進一步加快產(chǎn)品上市進程。該軟件運用先進算法自動運行各種仿真場景，針對給定參數(shù)集建議最佳設計方向，幫助制造商在競爭中超越對手。而且一旦通過云端與高性能計算結合使用（HPC），還可提升復雜仿真與優(yōu)化的速度。

與傳統(tǒng)產(chǎn)品設計開發(fā)方法相比，集成化的仿真驅(qū)動設計流程可節(jié)省數(shù)月時間。

舍弗勒集團開發(fā)出一款高效靈活的工具，支持產(chǎn)品設計師和工程師對任何電機設計概念運用相同的優(yōu)化工作流程，幾分鐘內(nèi)即可取得結果。在舍弗勒集團從事電機仿真與方法研究工作的Pierre Millithaler表示：“再也不必花50個小時使用有限元分析仿真100個樣本，這種基于元模型的優(yōu)化只要幾分鐘就能仿真10,000個樣本?！?/span>

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采用數(shù)字孿生減少停工時間

在設計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)應用中獲得不同程度的應用，針對可能影響生產(chǎn)工作的產(chǎn)品和流程生成海量實時數(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體或流程同步的虛擬模型。

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

制造商借助數(shù)字孿生，可以構建、驗證和部署真實系統(tǒng)的完整虛擬原型，從而預測停工現(xiàn)象，有助于管控產(chǎn)能下降、勞動力浪費和庫存枯竭引起的運營成本。仿真結果為設計真實資產(chǎn)提供信息，同時來自實體資產(chǎn)的真實數(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)部門高級總監(jiān)Sameer Kher指出：“企業(yè)可以開展 ‘假設條件’分析與仿真，管理負載平衡，以最小風險增產(chǎn)，從而緩解某些此類的供應鏈突變挑戰(zhàn)?！?他總結說：“羅克韋爾自動化和Ansys正合作開發(fā)針對工業(yè)客戶的相關數(shù)字孿生技術與應用，以應對此類挑戰(zhàn)?！?/span>

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通過仿真與增材制造推進創(chuàng)新

增材制造提供了另一種快速應對動蕩的方法。當需要制作臨時替代件，按需制造部件以最大程度減少倉儲和貨運，或設計通過傳統(tǒng)制造難以或無法生產(chǎn)的產(chǎn)品時，制造商可以借助仿真實現(xiàn)增材制造。

Predator Cycling近期使用具備拓撲優(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，設計出據(jù)稱是市面上最高效、最耐久、最易使用的水壺架。

Predator Cycling首席設計工程師Aram Goganian表示：“我們早就有開發(fā)能完美契合3D打印工藝的水壺架的構想，但在我們接觸Discovery之前，對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)始人兼首席技術官Jordan Noone指出：“我們正利用增材制造技術來創(chuàng)建全球最大規(guī)模的3D打印機。我們要用這部打印機3D打印一個火箭。借助Ansys簡化的增材制造解決方案，我們的設計迭代速度加快了10倍，部件數(shù)量減少了100倍。我們正在應用諸多前人眼中認為是天方夜譚的方法開展創(chuàng)新?！?/span>

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推動制造邁向更可持續(xù)的未來

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

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、潮汐能發(fā)電機和更優(yōu)質(zhì)的電池。企業(yè)也在運用仿真理解如何重新設計現(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。

運用仿真支持可持續(xù)發(fā)展在航空航天領域和汽車領域卓有成效。在這兩個領域，輕量級材料意味著可減少燃料耗用或延長電池續(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)向單元結構完整性的情況下，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上減重50%，同時也滿足了全部機械性能和原始設備制造商（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)濟目標，并鞏固其汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領先供應商的地位。使用與仿真設計軟件集成的材料智能軟件，更多的制造商能快速評估材料，做出材料決策。

仿真連點成線

要完全實現(xiàn)工業(yè)4.0的優(yōu)勢，制造商需要采集、理解數(shù)據(jù)，以便通過日益自動化的AI以及分布化的流程運用數(shù)據(jù)來優(yōu)化生產(chǎn)。仿真技術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)進行持續(xù)改進，充分實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能帶來的價值。

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千的市場中把握先機。