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工业仿真软件:技术与产业发展趋势分析

工业仿真技术作为工业生产制造中必不可少的首要环节,已经被世界上众多企业广泛地应用到工业各个领域中。随着智能制造、工业4.0和工业互联网等新一轮工业革命的兴起,新技术与传统制造的结合催生了大量新型应用,工业仿真软件也开始结合大数据、虚拟现实、大规模数值模拟等先进技术,在研发设计、生产制造、服务管理和维护反馈等工业各环节中凸显出更重要的作用。我国工业软件厂商需把握新技术新市场带来的机遇,弥补软件技术短板,找准定位,实现产业的升级与壮大。

  一、新技术引领,工业仿真软件走向智能化

  工业仿真是对实体工业的一种虚拟,将实体工业中的各个模块转化成数据整合到一个虚拟的体系中,在这个体系中模拟实现工业作业中的每一项工作和流程,并与之实现各种交互。工业仿真软件承担着对生产制造过程中的建模分析、虚拟现实交互、参数效果评估等重要作用,单纯的建模软件可视为CAD(计算机辅助设计)软件,而当前仿真和分析常常会结合在一起,通常提到仿真软件,主要是指CAE(计算机辅助工程)软件。随着3D、虚拟现实、大数据、云计算、人工智能等新技术逐渐进入工业仿真领域,工业软件对工业元素描述更精确、更细致,仿真模型得到持续动态优化,软件与工业实际应用结合更紧密,虚拟仿真软件成为了工业软件未来发展重点。工业仿真软件呈现以下发展趋势:

  工业仿真软件技术与性能不断演进提升。基于计算机群的并行计算、网格计算,基于云和互联网的集成化协同使仿真软件的计算能力不断提升,如美国ANSYS公司推出 Workbench仿真平台包含高性能计算(HPC)功能和并行可扩展性,提升复杂仿真求解能力。另一方面,工程数据库系统得到不断丰富与完善,更多部件模型、行业材料、设计方案和标准规范信息纳入仿真软件数据库,ANSYS 在其EKM产品平台中提供多物理场仿真数据管理,开放的数据交换功能可集成试验、第三方和其他物理场的工程数据。同时,计算机图形处理能力、三维图形算法和图形运算发展均有增强,虚拟现实等新技术应用促进实现了真三维和虚拟仿真,沉浸式交互系统使工业仿真更加立体,图形表现更加真实。

  多体多态多物理场复杂耦合仿真迅速发展。得益于计算处理、数据支持、图形化等基础支撑技术的持续提升,面向多相多态介质、多物理场、多尺度等复杂耦合仿真的新型工业软件日渐丰富,其实现形式主要有两种:一是通过开放的数据接口标准进行多仿真系统耦合的联合仿真,如法国达索系统公司推出Dymola平台软件,可基于FMI/FMU接口联合AMESim、PROOSIS、Simulink等十几种不同建模工具和机电分系统进行仿真,实现多领域模型联合求解仿真;二是通过增加仿真模块,融合先进仿真技术,单系统实现多领域仿真。如瑞典多物理场仿真软件公司COMSOL不断整合结构、热、流体、电磁等多领域世界领先公司和高校最先进求解器技术,推出多物理场复杂耦合仿真软件,具备超过 30 个专业领域附加模块,在Desktop?集成环境中提供专用物理接口和工具,并拥有世界先进的复合材料求解算法和工程库。

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