仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于各行各業(yè)，已對制造業(yè)的研發(fā)、制造模式帶來了深刻的變革。然而，大部分制造企業(yè)的仿真技術(shù)還處于單元技術(shù)應用和驗證階段，對于解決企業(yè)研發(fā)和制造過程中實際的工程問題，例如系統(tǒng)仿真、多學科仿真與優(yōu)化、仿真結(jié)果的確認與驗證（V&V），仿真流程和仿真數(shù)據(jù)管理、仿真規(guī)范和知識庫建設(shè)等方面還涉足很少，仿真技術(shù)的實際應用存在諸多問題，制造企業(yè)亟待建立仿真體系。

仿真應用參差不齊，共性問題突出

    目前，制造企業(yè)對于仿真技術(shù)的應用水平參差不齊，存在以下共性問題：

    缺乏仿真平臺。除了軍工、汽車、船舶、電子等行業(yè)的大型企業(yè)搭建了仿真平臺之外，多數(shù)企業(yè)對于仿真平臺建設(shè)還沒有成熟思路，各部門獨立設(shè)計、資源難以協(xié)調(diào)，各級模型管理松散，難以實現(xiàn)綜合仿真，難以通過仿真軟件真正提升產(chǎn)品的研發(fā)水平。

    仿真流程管理不足。企業(yè)內(nèi)部的仿真流程不夠清晰和規(guī)范，單次仿真設(shè)計循環(huán)率較高，仿真的過程和結(jié)果難以重現(xiàn)。項目的執(zhí)行和監(jiān)控仍主要依賴于大量會議的協(xié)調(diào)，項目的狀態(tài)和進度難以掌控。

    仿真數(shù)據(jù)管理缺失。仿真數(shù)據(jù)分散獨立，缺乏完整的管理體系，數(shù)據(jù)利用率低。仿真軟件沒有集成，大部分數(shù)據(jù)流銜接需要依靠人工完成，數(shù)據(jù)孤島造成仿真效率低，可靠性差。

    復雜產(chǎn)品仿真能力弱。復雜產(chǎn)品涉及機械、控制、電子、液壓、氣動等多學科領(lǐng)域，多數(shù)企業(yè)還未掌握多學科協(xié)同仿真技術(shù)的應用，復雜產(chǎn)品開發(fā)依然面臨周期長、成本高等難題。

    企業(yè)仿真技術(shù)應用分散。多數(shù)企業(yè)的仿真技術(shù)應用分散在各個產(chǎn)品研發(fā)部門，沒有組建專門的仿真技術(shù)應用部門，仿真技術(shù)應用缺乏整體規(guī)劃，不利于形成多個專業(yè)之間的協(xié)作，解決實際的工程問題。

    仿真知識管理不足。大部分企業(yè)還缺乏對仿真技術(shù)應用的知識與經(jīng)驗進行挖掘和傳承，知識共享程度低，仿真專家離職導致造成企業(yè)仿真知識的流失。

    此外，企業(yè)缺乏綜合型仿真人才，也導致仿真資源的極大浪費。追溯這些問題的癥結(jié)在于仿真體系建設(shè)的缺失。為了進一步提升企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新能力，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，建立一套完整的仿真體系就顯得尤為必要。

評估仿真現(xiàn)狀 規(guī)劃體系建設(shè)路線圖

    仿真體系是指企業(yè)將仿真戰(zhàn)略、組織、人才、流程、需求、數(shù)據(jù)、軟件、硬件等要素按照一定的秩序和內(nèi)部聯(lián)系組合而成的整體系統(tǒng)。仿真體系建設(shè)就是將各種要素融合在一起，更好地體現(xiàn)仿真技術(shù)的價值，為企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮作用。

    在仿真體系架構(gòu)中，戰(zhàn)略屬于仿真體系的頂層設(shè)計，主要用來規(guī)劃仿真體系建設(shè)的路線圖；組織用來系統(tǒng)管理仿真人員與仿真業(yè)務(wù)的調(diào)度；數(shù)據(jù)是一個企業(yè)的無形資產(chǎn)，可以為未來的產(chǎn)品研發(fā)提供參考；軟件、硬件與人才等的基礎(chǔ)配備最能體現(xiàn)一個企業(yè)的仿真專業(yè)度，決定了企業(yè)可以開展仿真業(yè)務(wù)的難易程度。

圖1 仿真體系架構(gòu)圖

    制造企業(yè)可對照仿真體系架構(gòu)圖評估現(xiàn)有的仿真業(yè)務(wù)，然后以產(chǎn)品研發(fā)過程為主線，分別開展戰(zhàn)略層、組織層、專業(yè)層、數(shù)據(jù)層和基礎(chǔ)層的建設(shè)。在這個過程中，特別需要提醒的是，從制造企業(yè)的規(guī)模、成本、人員等因素進行考量，大中型制造企業(yè)可以組織內(nèi)部力量建立自己的仿真體系，小型制造企業(yè)可以選擇仿真業(yè)務(wù)外包。

構(gòu)建仿真體系，助力企業(yè)轉(zhuǎn)型

    建立仿真體系有哪些價值？ 第一，將仿真業(yè)務(wù)規(guī)范化、流程化和信息化，使仿真知識不斷更新；第二，歸納總結(jié)企業(yè)在仿真過程中的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，建立仿真數(shù)據(jù)中心；第三，提高仿真結(jié)果的精度和置信度，從而減少實物試驗，降低研發(fā)成本；第四，提升仿真人員的業(yè)務(wù)水平，快速培訓新員工，充分發(fā)揮仿真技術(shù)的價值。

    企業(yè)在搭建仿真體系時需要回答以下幾個方面的關(guān)鍵問題：

    1、企業(yè)的仿真業(yè)務(wù)有哪些？

    2、如果企業(yè)的仿真業(yè)務(wù)流程不成熟或者沒有條件對仿真業(yè)務(wù)進行詳細梳理的條件下，企業(yè)如何建立仿真體系？

    3、體系建設(shè)的框架設(shè)計是否留有余地？

    4、仿真知識如何在企業(yè)中很好地傳承？

    5、如何平衡仿真流程的規(guī)范化要求和仿真過程的靈活性之間的矛盾？

    以上這些問題是每個企業(yè)在建設(shè)仿真體系時應該認真思考的問題。個人認為，在體系建設(shè)過程中，不僅涉及到內(nèi)部企業(yè)仿真業(yè)務(wù)、仿真工具的問題，還涉及到很多難以預測的外部問題。例如如何應對市場上日益增多的仿真工具軟件？目前市場上大大小小的仿真軟件非常多，強度分析的主流軟件有ANSYS、Abaqus、Nastran、ADINA等；流體分析的主流軟件有Fluent、ANSYS CFX、FloEFD、Star-CD等；多體動力學分析的主流軟件有Adams、SIMPACK……，企業(yè)在構(gòu)建自己的仿真體系時，必須考慮到方便新舊仿真軟件的集成。

    此外，企業(yè)體系建設(shè)還涉及到仿真知識的概念。仿真知識涵蓋仿真流程、仿真工具、仿真規(guī)范、仿真的經(jīng)驗數(shù)據(jù)等內(nèi)容，企業(yè)只有建立自己的仿真知識庫，使企業(yè)原有的仿真知識得到有效的積累、集成和重用，并將后續(xù)仿真中產(chǎn)生的知識逐步納入到知識庫中，才能增強企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新能力，保證企業(yè)的核心競爭力的進一步提升。

    企業(yè)構(gòu)建仿真體系可以分三步進行：首先，在歷史仿真與試驗數(shù)據(jù)累積的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)應用成熟度評估體系引入到仿真業(yè)務(wù)管理；然后，逐步建立一套可以支撐多學科、多領(lǐng)域、多任務(wù)、多方案的協(xié)同仿真平臺；最后，實現(xiàn)各種商業(yè)及自用的分析軟件的集成應用，并實現(xiàn)與PLM平臺的集成。

    綜上所述，仿真體系建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，不僅包括仿真流程、模板的建立，還包括仿真標準、規(guī)范、經(jīng)驗庫、材料庫等數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，并考慮構(gòu)建仿真云平臺，部分仿真業(yè)務(wù)進行服務(wù)外包等。通過仿真體系的建設(shè)，企業(yè)可以實現(xiàn)仿真業(yè)務(wù)流程標準化、規(guī)范化，仿真數(shù)據(jù)清晰、可追溯，仿真軟件資源得以充分利用，任務(wù)調(diào)度方便快捷，從而助力制造企業(yè)提升創(chuàng)新能力，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。

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本文標題：構(gòu)建仿真體系，助力制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級

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