對(duì)于使用軟件進(jìn)行模擬仿真，在工業(yè)3.0時(shí)代已經(jīng)是很成熟的作法。作為仿真軟件領(lǐng)域的巨頭企業(yè)之一，ANSYS公司認(rèn)為仿真技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)體系發(fā)展的路線(xiàn)類(lèi)似，也經(jīng)過(guò)了幾個(gè)時(shí)代：即模擬單物理場(chǎng)的仿真1.0、模擬多物理場(chǎng)的仿真2.0、可模擬全系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)的仿真3.0，以及可模擬整個(gè)產(chǎn)品全壽命周期情況的仿真4.0。而當(dāng)前的仿真技術(shù)就處于仿真3.0時(shí)代，在未來(lái)的工業(yè)4.0體系下，仿真4.0則可能是支持工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

提到工業(yè)4.0就要提到所謂的“賽博物理系統(tǒng)”（CPS），而這其中非常重要的內(nèi)容就是的“數(shù)字雙胞胎”（Digital twin）。所謂的數(shù)字雙胞胎是模擬產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)直到最終成品的階段，甚至要模擬產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)的運(yùn)行情況，模擬產(chǎn)品在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，從而可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品未來(lái)的潛在問(wèn)題。這一手段可以將現(xiàn)實(shí)世界以數(shù)字化的方式表達(dá)出來(lái)，讓產(chǎn)品制造企業(yè)可以有效利用數(shù)字化工具提升競(jìng)爭(zhēng)力。

“數(shù)字雙胞胎”不只是生成一個(gè)物體的數(shù)字模型，而是要把這個(gè)物體的整個(gè)運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)都要模擬出來(lái)，例如這條船和船下面的水和船周邊的空氣。

例如設(shè)計(jì)一架飛機(jī)，飛機(jī)上除機(jī)械結(jié)構(gòu)以外，還有包括動(dòng)力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)等在內(nèi)的多個(gè)子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出來(lái)的飛機(jī)要經(jīng)過(guò)各種實(shí)驗(yàn)，最終要在各種環(huán)境中運(yùn)行。而“數(shù)字雙胞胎”的概念，則是在設(shè)計(jì)真實(shí)飛機(jī)之前或同時(shí)，在虛擬的環(huán)境中也生成這樣一架模擬的飛機(jī)，其中包括模擬了飛機(jī)的各種子系統(tǒng)，然后利用這架飛機(jī)的數(shù)字模型進(jìn)行各系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，最終在一個(gè)數(shù)字化的虛擬環(huán)境中運(yùn)行，以驗(yàn)證飛機(jī)及其各子系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中是否有潛在的問(wèn)題，可能會(huì)告訴你這個(gè)架飛機(jī)的哪個(gè)部分將要發(fā)生故障，以及如何維護(hù)等等。

這個(gè)數(shù)字雙胞胎背后的核心技術(shù)是仿真，而仿真技術(shù)在未來(lái)已經(jīng)不僅僅是驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)了，而是驅(qū)動(dòng)了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)營(yíng)、維護(hù)的整個(gè)流程。

雖然上述“數(shù)字雙胞胎”的概念并不是ANSYS提出的，但ANSYS建立了一套平臺(tái)，利用最新發(fā)布的ANSYS18系列軟件可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)未來(lái)的設(shè)想。這個(gè)平臺(tái)有三大支柱：綜合仿真、可以擴(kuò)展解決方案、可擴(kuò)展生態(tài)系統(tǒng)。

利用ANSYS18構(gòu)建的平臺(tái)，工程人員可以完成從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的連貫仿真，每種物理場(chǎng)包括力學(xué)仿真、流體仿真、電磁場(chǎng)仿真等，都可以利用不同的軟件工具進(jìn)行，最終結(jié)合在一起。據(jù)估計(jì)，在應(yīng)用這種仿真平臺(tái)的條件下，產(chǎn)品研發(fā)的軟件總體應(yīng)用成本減少50%，研發(fā)時(shí)間縮短37%，從而可以更高效的完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。

熱學(xué)模擬——發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道口的結(jié)冰狀態(tài)仿真

流體力學(xué)模擬——機(jī)翼表面空氣流動(dòng)模擬

電磁場(chǎng)模擬——飛機(jī)機(jī)身雷擊模擬。