仿真作為工業(yè)生產(chǎn)制造中必不可少的重要技術(shù)，已經(jīng)被世界上眾多企業(yè)廣泛應(yīng)用到工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中，是推動(dòng)工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的核心技術(shù)知識(shí)，在產(chǎn)品優(yōu)化和創(chuàng)新活動(dòng)中扮演不可或缺的角色。近年來(lái)，在工業(yè)4.0時(shí)代，智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等新一輪工業(yè)革命的興起，仿真技術(shù)與現(xiàn)代新型制造技術(shù)的結(jié)合，催生了大量觸動(dòng)人心的新型應(yīng)用，讓仿真越來(lái)越成為“改變世界的技術(shù)”。

▌從正向設(shè)計(jì)視角看現(xiàn)代工業(yè)仿真

傳統(tǒng)上，我們看到有多種分類仿真的方案，有人從技術(shù)類型上來(lái)分，有人從應(yīng)用對(duì)象來(lái)分。但我主張用第三只眼睛——正向設(shè)計(jì)的視角看仿真，我認(rèn)為從正向設(shè)計(jì)模型出發(fā)來(lái)解讀才能真正觸及到仿真的本質(zhì)及價(jià)值。《苦旅尋真》一書(shū)中我以不同以往的視角綜述現(xiàn)代工業(yè)仿真，從正向設(shè)計(jì)模型出發(fā)來(lái)審視仿真的所在及價(jià)值，把看似紛雜的仿真軟件做了理清，了解了仿真該有的所有類型，并解釋了為什么會(huì)有這么多仿真類型。

仿真處于產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系核心位置

▌仿真技術(shù)的常規(guī)化應(yīng)用

仿真是利用數(shù)字化手段對(duì)真實(shí)物理世界的模擬，在計(jì)算機(jī)中透視真實(shí)世界的各種現(xiàn)象，這種透視在物理世界往往成本高、難度大甚至做不到。

越來(lái)越多的企業(yè)已經(jīng)充分理解仿真對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力提升的重要性。在汽車(chē)、航空、航天、船舶等工業(yè)領(lǐng)域的大量工程運(yùn)用實(shí)踐，驗(yàn)證了其適用性和準(zhǔn)確性。仿真技術(shù)成為企業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型、研發(fā)創(chuàng)新和技術(shù)突破的最基本手段。

仿真技術(shù)的常規(guī)化應(yīng)用主要體現(xiàn)在產(chǎn)品（設(shè)計(jì)）、工藝和試驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用。

仿真驅(qū)動(dòng)研發(fā)的過(guò)程

▌深層次應(yīng)用：產(chǎn)品再設(shè)計(jì)

產(chǎn)品再設(shè)計(jì)是仿真技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)方面的體系化發(fā)展和深層次應(yīng)用，是近幾年業(yè)界提出的一套將仿真技術(shù)與突破性新工藝（本書(shū)稱為稱為精密制造，包括增材制造、精密鑄造等）相結(jié)合的一套產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。

工業(yè)再設(shè)計(jì)是仿真技術(shù)的升華應(yīng)用，是一種全新的工程設(shè)計(jì)思想和方法。讓研發(fā)設(shè)計(jì)回歸需求本源，重新審視原有設(shè)計(jì)，以最自然的方式來(lái)探索設(shè)計(jì)的本質(zhì)，效法自然。剔除以前由于各種原因或限制導(dǎo)致的不合理之處，或糾正以往對(duì)客戶需求的錯(cuò)誤認(rèn)知或滿足偏差，重新設(shè)計(jì)核心零部件或整機(jī)，達(dá)到當(dāng)前技術(shù)條件和認(rèn)知水平下的最優(yōu)。

工業(yè)品通過(guò)優(yōu)化手段再設(shè)計(jì)后會(huì)獲得明顯優(yōu)勢(shì)，有可能顛覆大量工業(yè)行業(yè)。從已經(jīng)完成再設(shè)計(jì)的產(chǎn)品來(lái)看，在維持原裝備性能、不改變裝備制造材料的前提下，通過(guò)再設(shè)計(jì)，普遍可以實(shí)現(xiàn)減重15%~60%。

▌深層次應(yīng)用：增材仿真

增材制造俗稱3D打印，是上世紀(jì)末出現(xiàn)的一種新的制造工藝。由于各種限制，沒(méi)能在工業(yè)界普遍應(yīng)用。在新工業(yè)時(shí)代的技術(shù)條件和應(yīng)用環(huán)境下，這一技術(shù)被工業(yè)界重新重視，并得到快速應(yīng)用，這種新工藝的仿真也自然而然成為仿真界的熱點(diǎn)。

金屬增材制造過(guò)程中涉及到的多尺度和多物理場(chǎng)

利用仿真技術(shù)提前獲取打印產(chǎn)品的性能特性，是解決金屬增材工藝質(zhì)量問(wèn)題的一個(gè)重要手段和方法。通過(guò)提前預(yù)測(cè)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝優(yōu)化，可降低打印失敗概率，同時(shí)可較大程度地減少打印成本，不合格產(chǎn)品的數(shù)量和試錯(cuò)次數(shù)也大為降低。

▌深層次應(yīng)用：虛擬實(shí)驗(yàn)

虛擬試驗(yàn)是仿真在試驗(yàn)領(lǐng)域更為體系化的應(yīng)用，是試驗(yàn)仿真的深層次發(fā)展。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)試驗(yàn)方法已無(wú)法滿足客戶對(duì)加速裝備研制和部署、降低研制風(fēng)險(xiǎn)和成本、提高經(jīng)濟(jì)可承受性的需求。于是，在信息技術(shù)、仿真技術(shù)等飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的推動(dòng)下，從20世紀(jì)80年代起，各國(guó)開(kāi)始尋求產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)的變革，虛擬試驗(yàn)技術(shù)是其中一項(xiàng)重要策略。

虛擬試驗(yàn)是一種貫穿于復(fù)雜產(chǎn)品研制全生命周期，涉及關(guān)鍵系統(tǒng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生、獲取、分析和評(píng)價(jià)的系統(tǒng)工程。在產(chǎn)品研制過(guò)程中，采用虛擬試驗(yàn)技術(shù)可以解決大型試驗(yàn)設(shè)施能力不足問(wèn)題，減少試驗(yàn)投資，縮短研制周期。例如，美國(guó)在研制第四代攻擊機(jī)F-35項(xiàng)目時(shí)就提出目標(biāo)：從設(shè)計(jì)到飛行試驗(yàn)全面數(shù)字化，研制周期比F-22縮短一半，風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)減少75％，試飛飛行架次減少40％，定型試驗(yàn)周期縮短30%。

▌仿真新巔峰：數(shù)字孿生體

這幾年，數(shù)字孿生體的概念炙手可熱，越來(lái)越成為從工業(yè)到產(chǎn)業(yè)、從軍事到民生各個(gè)領(lǐng)域的智慧新代表。在工業(yè)界，無(wú)論智能制造還是工業(yè)4.0，這些智能化體系都需要網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化兩只輪子來(lái)支撐。在中國(guó)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為其中一只，而數(shù)字孿生體將成為另外一只。在我看來(lái)，繼《黑客帝國(guó)》開(kāi)創(chuàng)仿真巔峰以來(lái)，數(shù)字孿生把仿真應(yīng)用推向一個(gè)新的巔峰。

我們把數(shù)字孿生體的進(jìn)化過(guò)程稱為數(shù)字孿生體成熟度模型，即：一個(gè)數(shù)字孿生體的生長(zhǎng)發(fā)育將經(jīng)歷數(shù)化、互動(dòng)、先知、先覺(jué)和共智等幾個(gè)過(guò)程。在每個(gè)過(guò)程中，仿真都扮演著不可或缺的角色。

數(shù)字孿生體成熟度模型

數(shù)字孿生體的應(yīng)用十分廣泛，在我們看來(lái)，至少在四個(gè)場(chǎng)景中將發(fā)揮巨大的作用：制造、產(chǎn)業(yè)、城市和戰(zhàn)場(chǎng)，而數(shù)字孿生體也因?yàn)榉抡嬉苍谶@些場(chǎng)景中無(wú)處不在而成為智慧的源泉與核心。