在工程和工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，仿真技術(shù)正逐漸成為創(chuàng)新的核心工具。本文探討了仿真技術(shù)如何通過(guò)結(jié)合人工智能（AI）和工業(yè)元宇宙的概念，推動(dòng)設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的革新。
2024 年，仿真工具被廣泛接受為工業(yè)創(chuàng)新的基礎(chǔ)工具，并被廣泛部署以解決人類當(dāng)前面臨的重大挑戰(zhàn)。隨著計(jì)算軟件和硬件能力的加速增長(zhǎng)，仿真在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中變得無(wú)處不在。
一、仿真既要拓寬應(yīng)用，也要提高準(zhǔn)確度
20 世紀(jì) 70 年代末，第一臺(tái)個(gè)人電腦需要一周時(shí)間才能完成的計(jì)算，如今在消費(fèi)級(jí)筆記本電腦上只需幾毫秒即可完成。軟件開(kāi)發(fā)也大大加快了模擬的速度。
然而，目前的模擬技術(shù)已經(jīng)成熟，并達(dá)到了可擴(kuò)展性的上限。我們已經(jīng)從計(jì)算限制的范式轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟悓I(yè)知識(shí)正在成為稀缺商品的范式（其中獲取適當(dāng)?shù)挠?jì)算資源是一個(gè)主要障礙，而人工工作可以忽略不計(jì)）。能夠操作復(fù)雜模擬軟件的專家的可及性是瓶頸。
拓寬仿真的應(yīng)用范圍：讓任何人都能使用仿真技術(shù)，并讓仿真在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段都能得到應(yīng)用對(duì)于超越當(dāng)今的增長(zhǎng)限制至關(guān)重要。
技術(shù)創(chuàng)新必不可少：未來(lái)的創(chuàng)新需要超越僅僅提高準(zhǔn)確性和速度，由此才能不斷降低復(fù)雜性，這是仿真行業(yè)面臨的一個(gè)主要障礙。
就像誠(chéng)智鵬科技的主張觀點(diǎn)：仿真分析類工業(yè)軟件（例如：CAE、CAT、數(shù)字孿生等）的終極目標(biāo)是通過(guò)虛擬世界對(duì)各類數(shù)據(jù)仿真、驗(yàn)證和預(yù)測(cè)來(lái)反饋物理世界，指導(dǎo)最優(yōu)決策以提高效率和產(chǎn)品迭代。首要指標(biāo)是“真實(shí)、準(zhǔn)確”，其次“高效、直觀”。
因此，對(duì)于國(guó)產(chǎn)仿真類工業(yè)軟件而言，其驗(yàn)證方式既要與商業(yè)軟件對(duì)比、更要與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比。
二、仿真在新技術(shù)下不斷降低復(fù)雜性
人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 和大型語(yǔ)言模型 (LLM) 自動(dòng)化為實(shí)現(xiàn)模擬的大眾化提供了新的、令人興奮的機(jī)會(huì)。它們可以讓每個(gè)需要執(zhí)行模擬的人都能從中受益，這一轉(zhuǎn)變有望顯著改變整個(gè)行業(yè)，擴(kuò)大模擬技術(shù)的影響將釋放新的市常
例如，marketandmarkets.com 預(yù)測(cè)數(shù)字孿生市場(chǎng)的規(guī)模將以超過(guò) 60% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到 2028 年將達(dá)到 1000 億美元以上。同樣，工業(yè)元宇宙預(yù)計(jì)將保持相同的規(guī)模并以相同的速度增長(zhǎng)。
工業(yè)元宇宙和生成式人工智能可以使模擬變得民主化，讓更廣泛的受眾能夠使用它。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，未來(lái)的設(shè)計(jì)環(huán)境需要提供像視頻游戲一樣引人入勝和互動(dòng)的體驗(yàn)，同時(shí)保持其工業(yè)品質(zhì)。用戶體驗(yàn)和云計(jì)算訪問(wèn)等當(dāng)前障礙正在得到積極解決，這將使我們能夠重新思考當(dāng)前的民主化方法。
通過(guò)與現(xiàn)實(shí)世界保持持續(xù)同步，數(shù)字孿生旨在將現(xiàn)實(shí)與數(shù)字相結(jié)合，以期改善產(chǎn)品、服務(wù)等。這只是一個(gè)開(kāi)始，工業(yè)元宇宙還可以充當(dāng)人類與人工智能協(xié)同合作創(chuàng)造工業(yè)創(chuàng)新的地方，以解決現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題并創(chuàng)造更多機(jī)會(huì)。
理想的未來(lái)場(chǎng)景是設(shè)計(jì)和工程數(shù)據(jù)在后臺(tái)不斷被分析。這些分析可以讓設(shè)計(jì)師和工程師不斷了解情況并優(yōu)化系統(tǒng)，工作流程不僅無(wú)縫，而且高度自動(dòng)化進(jìn)一步統(tǒng)一虛擬世界和物理世界。因此，設(shè)計(jì)師只會(huì)部分意識(shí)到后臺(tái)的預(yù)測(cè)技術(shù)。
在未來(lái)幾年，模擬將與更廣泛的用戶配置文件相關(guān)，適用于更多的用例，并存在于產(chǎn)品和工業(yè)流程的整個(gè)生命周期中。
1. 模擬正在向左移動(dòng)：模擬將越來(lái)越多地應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段，從而提高決策能力和成本效益。 隨著計(jì)算速度的提高，模擬將成為早期設(shè)計(jì)構(gòu)思中的關(guān)鍵工具，使設(shè)計(jì)師和銷售專業(yè)人員等非專家用戶能夠進(jìn)行初步評(píng)估并提高投資回報(bào)率。
2. 模擬也在向右移動(dòng)：隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的興起，模擬將擴(kuò)展到制造和運(yùn)營(yíng)階段。 模擬復(fù)雜生產(chǎn)流程和定制產(chǎn)品的能力將成為運(yùn)營(yíng)效率不可或缺的一部分。自主模擬將成為資產(chǎn)管理的核心，數(shù)字孿生將使用虛擬傳感器來(lái)增強(qiáng)有限的物理數(shù)據(jù)。
3. 模擬正在走向衰落：模擬將徹底走向民主化，其優(yōu)勢(shì)將不再局限于專業(yè)工程師，而是惠及更廣泛的受眾。 用戶友好的界面將迎合中小企業(yè)、業(yè)余愛(ài)好者和普通民眾的需求，從而刺激創(chuàng)新和市場(chǎng)擴(kuò)張。這種轉(zhuǎn)變將使模擬工具變得更加容易獲得，從而大幅增加用戶群。
4. 模擬正在升級(jí)：模擬的未來(lái)是自主的，并且在工業(yè)元宇宙和生成式人工智能框架中無(wú)處不在。 基于云的模擬微服務(wù)將促進(jìn)從依賴人類的模擬向自我進(jìn)化的模擬的轉(zhuǎn)變，最大限度地減少對(duì)人類輸入的需求，最大限度地提高效率和適應(yīng)性。
5. 模擬越來(lái)越深入：模擬工具將深入到更高的分辨率，從而能夠?qū)男行堑絹喎肿铀降母鞣N系統(tǒng)進(jìn)行建模。這種深度模擬能力將釋放先進(jìn)材料設(shè)計(jì)和其他領(lǐng)域的新潛力，突破效率和設(shè)計(jì)精度的極限。
6. 模擬將更加完整：系統(tǒng)之系統(tǒng)的日益復(fù)雜化將推動(dòng)向更敏捷和協(xié)作的工程方法轉(zhuǎn)變。 基于模型的系統(tǒng)工程 (MBSE) 和系統(tǒng)建模語(yǔ)言 (SysML) 標(biāo)準(zhǔn)將變得更加普遍，因?yàn)閺脑敿?xì)的 3D 模型中得出的降階模型 (ROM) 對(duì)于快速原型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析至關(guān)重要。這將簡(jiǎn)化從概念到完成的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程。
四、人人都會(huì)使用模擬
簡(jiǎn)而言之，在不久的將來(lái)，工程模擬將用于輔助產(chǎn)品或流程的設(shè)計(jì)、工程、制造和操作。任何有需要的人都可以輕松預(yù)測(cè)所有相關(guān)行為，解決方案將在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)（從實(shí)時(shí)到隔夜）以指定的精度水平實(shí)現(xiàn)，或以盡可能快的速度達(dá)到規(guī)定的精度（從足夠好到可認(rèn)證）。
最終，工具將通過(guò)數(shù)字孿生和工業(yè)元宇宙嵌入 AI、ML 和 LLM。因此，每個(gè)人都會(huì)有意或無(wú)意地使用模擬。
在全球工程專家團(tuán)隊(duì)的支持下，未來(lái)的產(chǎn)品或流程實(shí)際性能的洞察，使用戶能夠在整個(gè)生命周期內(nèi)加速創(chuàng)新，更快地打造更美好的未來(lái)。
專欄作家
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