在工程和工業(yè)設(shè)計領(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)如何通過結(jié)合人工智能（AI）和工業(yè)元宇宙的概念，推動設(shè)計和制造過程的革新。

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)。隨著計算軟件和硬件能力的加速增長，仿真在新產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)中變得無處不在。

一、仿真既要拓寬應(yīng)用，也要提高準確度

20 世紀 70 年代末，第一臺個人電腦需要一周時間才能完成的計算，如今在消費級筆記本電腦上只需幾毫秒即可完成。軟件開發(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，并達到了可擴展性的上限。我們已經(jīng)從計算限制的范式轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟悓I(yè)知識正在成為稀缺商品的范式（其中獲取適當(dāng)?shù)挠嬎阗Y源是一個主要障礙，而人工工作可以忽略不計）。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)品生命周期的各個階段都能得到應(yīng)用——對于超越當(dāng)今的增長限制至關(guān)重要。

技術(shù)創(chuàng)新必不可少：未來的創(chuàng)新需要超越僅僅提高準確性和速度，由此才能不斷降低復(fù)雜性，這是仿真行業(yè)面臨的一個主要障礙。

就像誠智鵬科技的主張觀點：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)是通過虛擬世界對各類數(shù)據(jù)仿真、驗證和預(yù)測來反饋物理世界，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、準確”，其次“高效、直觀”。

因此，對于國產(chǎn)仿真類工業(yè)軟件而言，其驗證方式既要與商業(yè)軟件對比、更要與實驗實測數(shù)據(jù)對比。

二、仿真在新技術(shù)下不斷降低復(fù)雜性

人工智能、機器學(xué)習(xí) (ML) 和大型語言模型 (LLM) 自動化為實現(xiàn)模擬的大眾化提供了新的、令人興奮的機會。它們可以讓每個需要執(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行業(yè)，擴大模擬技術(shù)的影響將釋放新的市場。

例如，marketandmarkets.com 預(yù)測數(shù)字孿生市場的規(guī)模將以超過 60% 的復(fù)合年增長率增長，到 2028 年將達到 1000 億美元以上。同樣，工業(yè)元宇宙預(yù)計將保持相同的規(guī)模并以相同的速度增長。

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。為了實現(xiàn)這一點，未來的設(shè)計環(huán)境需要提供像視頻游戲一樣引人入勝和互動的體驗，同時保持其工業(yè)品質(zhì)。用戶體驗和云計算訪問等當(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。

通過與現(xiàn)實世界保持持續(xù)同步，數(shù)字孿生旨在將現(xiàn)實與數(shù)字相結(jié)合，以期改善產(chǎn)品、服務(wù)等。這只是一個開始，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)實世界的問題并創(chuàng)造更多機會。

理想的未來場景是設(shè)計和工程數(shù)據(jù)在后臺不斷被分析。這些分析可以讓設(shè)計師和工程師不斷了解情況并優(yōu)化系統(tǒng)，工作流程不僅無縫，而且高度自動化——進一步統(tǒng)一虛擬世界和物理世界。因此，設(shè)計師只會部分意識到后臺的預(yù)測技術(shù)。

在未來幾年，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)流程的整個生命周期中。

三、綜上所述，未來模擬的六個主要趨勢

1. 模擬正在向左移動： 模擬將越來越多地應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計的早期階段，從而提高決策能力和成本效益。 隨著計算速度的提高，模擬將成為早期設(shè)計構(gòu)思中的關(guān)鍵工具，使設(shè)計師和銷售專業(yè)人員等非專家用戶能夠進行初步評估并提高投資回報率。

2. 模擬也在向右移動： 隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的興起，模擬將擴展到制造和運營階段。 模擬復(fù)雜生產(chǎn)流程和定制產(chǎn)品的能力將成為運營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增強有限的物理數(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)余愛好者和普通民眾的需求，從而刺激創(chuàng)新和市場擴張。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： 模擬的未來是自主的，并且在工業(yè)元宇宙和生成式人工智能框架中無處不在。 基于云的模擬微服務(wù)將促進從依賴人類的模擬向自我進化的模擬的轉(zhuǎn)變，最大限度地減少對人類輸入的需求，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)進行建模。這種深度模擬能力將釋放先進材料設(shè)計和其他領(lǐng)域的新潛力，突破效率和設(shè)計精度的極限。

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)建模語言 (SysML) 標(biāo)準將變得更加普遍，因為從詳細的 3D 模型中得出的降階模型 (ROM) 對于快速原型設(shè)計和系統(tǒng)分析至關(guān)重要。這將簡化從概念到完成的整個開發(fā)過程。

四、人人都會使用模擬

簡而言之，在不久的將來，工程模擬將用于輔助產(chǎn)品或流程的設(shè)計、工程、制造和操作。 任何有需要的人都可以輕松預(yù)測所有相關(guān)行為，解決方案將在規(guī)定的時間范圍內(nèi)（從實時到隔夜）以指定的精度水平實現(xiàn)，或以盡可能快的速度達到規(guī)定的精度（從足夠好到可認證）。

最終，工具將通過數(shù)字孿生和工業(yè)元宇宙嵌入 AI、ML 和 LLM。因此，每個人都會有意或無意地使用模擬。

在全球工程專家團隊的支持下，未來的產(chǎn)品或流程實際性能的洞察，使用戶能夠在整個生命周期內(nèi)加速創(chuàng)新，更快地打造更美好的未來。