仿真技術已經廣泛應用于各行各業，已對制造業的研發、制造模式帶來了深刻的變革。然而，大部分制造企業的仿真技術還處于單元技術應用和驗證階段，對于解決企業研發和制造過程中實際的工程問題，例如系統仿真、多學科仿真與優化、仿真結果的確認與驗證（V&V），仿真流程和仿真數據管理、仿真規范和知識庫建設等方面還涉足很少，仿真技術的實際應用存在諸多問題，制造企業亟待建立仿真體系。
仿真應用參差不齊，共性問題突出
目前，制造企業對于仿真技術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、電子等行業的大型企業搭建了仿真平臺之外，多數企業對于仿真平臺建設還沒有成熟思路，各部門獨立設計、資源難以協調，各級模型管理松散，難以實現綜合仿真，難以通過仿真軟件真正提升產品的研發水平。
仿真流程管理不足。企業內部的仿真流程不夠清晰和規范，單次仿真設計循環率較高，仿真的過程和結果難以重現。項目的執行和監控仍主要依賴于大量會議的協調，項目的狀態和進度難以掌控。
仿真數據管理缺失。仿真數據分散獨立，缺乏完整的管理體系，數據利用率低。仿真軟件沒有集成，大部分數據流銜接需要依靠人工完成，數據孤島造成仿真效率低，可靠性差。
復雜產品仿真能力弱。復雜產品涉及機械、控制、電子、液壓、氣動等多學科領域，多數企業還未掌握多學科協同仿真技術的應用，復雜產品開發依然面臨周期長、成本高等難題。
企業仿真技術應用分散。多數企業的仿真技術應用分散在各個產品研發部門，沒有組建專門的仿真技術應用部門，仿真技術應用缺乏整體規劃，不利于形成多個專業之間的協作，解決實際的工程問題。
仿真知識管理不足。大部分企業還缺乏對仿真技術應用的知識與經驗進行挖掘和傳承，知識共享程度低，仿真專家離職導致造成企業仿真知識的流失。
此外，企業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在于仿真體系建設的缺失。為了進一步提升企業的研發創新能力，提高產品的設計質量，建立一套完整的仿真體系就顯得尤為必要。
評估仿真現狀 規劃體系建設路線圖
仿真體系是指企業將仿真戰略、組織、人才、流程、需求、數據、軟件、硬件等要素按照一定的秩序和內部聯系組合而成的整體系統。仿真體系建設就是將各種要素融合在一起，更好地體現仿真技術的價值，為企業的轉型升級發揮作用。
在仿真體系架構中，戰略屬于仿真體系的頂層設計，主要用來規劃仿真體系建設的路線圖；組織用來系統管理仿真人員與仿真業務的調度；數據是一個企業的無形資產，可以為未來的產品研發提供參考；軟件、硬件與人才等的基礎配備最能體現一個企業的仿真專業度，決定了企業可以開展仿真業務的難易程度。
圖1 仿真體系架構圖
制造企業可對照仿真體系架構圖評估現有的仿真業務，然后以產品研發過程為主線，分別開展戰略層、組織層、專業層、數據層和基礎層的建設。在這個過程中，特別需要提醒的是，從制造企業的規模、成本、人員等因素進行考量，大中型制造企業可以組織內部力量建立自己的仿真體系，小型制造企業可以選擇仿真業務外包。
構建仿真體系，助力企業轉型
建立仿真體系有哪些價值？ 第一，將仿真業務規范化、流程化和信息化，使仿真知識不斷更新；第二，歸納總結企業在仿真過程中的經驗和數據，建立仿真數據中心；第三，提高仿真結果的精度和置信度，從而減少實物試驗，降低研發成本；第四，提升仿真人員的業務水平，快速培訓新員工，充分發揮仿真技術的價值。
企業在搭建仿真體系時需要回答以下幾個方面的關鍵問題：
1、企業的仿真業務有哪些？
2、如果企業的仿真業務流程不成熟或者沒有條件對仿真業務進行詳細梳理的條件下，企業如何建立仿真體系？
3、體系建設的框架設計是否留有余地？
4、仿真知識如何在企業中很好地傳承？
5、如何平衡仿真流程的規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在建設仿真體系時應該認真思考的問題。個人認為，在體系建設過程中，不僅涉及到內部企業仿真業務、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……，企業在構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，企業體系建設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、仿真規范、仿真的經驗數據等內容，企業只有建立自己的仿真知識庫，使企業原有的仿真知識得到有效的積累、集成和重用，并將后續仿真中產生的知識逐步納入到知識庫中，才能增強企業的研發創新能力，保證企業的核心競爭力的進一步提升。
企業構建仿真體系可以分三步進行：首先，在歷史仿真與試驗數據累積的基礎上，將仿真技術應用成熟度評估體系引入到仿真業務管理；然后，逐步建立一套可以支撐多學科、多領域、多任務、多方案的協同仿真平臺；最后，實現各種商業及自用的分析軟件的集成應用，并實現與PLM平臺的集成。
綜上所述，仿真體系建設是一個系統工程，不僅包括仿真流程、模板的建立，還包括仿真標準、規范、經驗庫、材料庫等數據庫的建設，并考慮構建仿真云平臺，部分仿真業務進行服務外包等。通過仿真體系的建設，企業可以實現仿真業務流程標準化、規范化，仿真數據清晰、可追溯，仿真軟件資源得以充分利用，任務調度方便快捷，從而助力制造企業提升創新能力，實現轉型升級。
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本文標題：構建仿真體系，助力制造企業轉型升級
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