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)各個領(lǐng)域中，是推動工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的核心技術(shù)知識，在產(chǎn)品優(yōu)化和創(chuàng)新活動中扮演不可或缺的角色。近年來，在工業(yè)4.0時代，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，催生了大量觸動人心的新型應(yīng)用，讓仿真越來越成為“改變世界的技術(shù)”。

▌從正向設(shè)計視角看現(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)類型上來分，有人從應(yīng)用對象來分。但我主張用第三只眼睛——正向設(shè)計的視角看仿真，我認為從正向設(shè)計模型出發(fā)來解讀才能真正觸及到仿真的本質(zhì)及價值。《苦旅尋真》一書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)計模型出發(fā)來審視仿真的所在及價值，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，并解釋了為什么會有這么多仿真類型。

仿真處于產(chǎn)品設(shè)計體系核心位置

▌仿真技術(shù)的常規(guī)化應(yīng)用

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

越來越多的企業(yè)已經(jīng)充分理解仿真對創(chuàng)新設(shè)計能力提升的重要性。在汽車、航空、航天、船舶等工業(yè)領(lǐng)域的大量工程運用實踐，驗證了其適用性和準確性。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）、工藝和試驗領(lǐng)域的應(yīng)用。

仿真驅(qū)動研發(fā)的過程

▌深層次應(yīng)用：產(chǎn)品再設(shè)計

產(chǎn)品再設(shè)計是仿真技術(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)計方法。

工業(yè)再設(shè)計是仿真技術(shù)的升華應(yīng)用，是一種全新的工程設(shè)計思想和方法。讓研發(fā)設(shè)計回歸需求本源，重新審視原有設(shè)計，以最自然的方式來探索設(shè)計的本質(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，或糾正以往對客戶需求的錯誤認知或滿足偏差，重新設(shè)計核心零部件或整機，達到當(dāng)前技術(shù)條件和認知水平下的最優(yōu)。

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

▌深層次應(yīng)用：增材仿真

增材制造俗稱3D打印，是上世紀末出現(xiàn)的一種新的制造工藝。由于各種限制，沒能在工業(yè)界普遍應(yīng)用。在新工業(yè)時代的技術(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。

金屬增材制造過程中涉及到的多尺度和多物理場

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)量問題的一個重要手段和方法。通過提前預(yù)測并在此基礎(chǔ)上進行工藝優(yōu)化，可降低打印失敗概率，同時可較大程度地減少打印成本，不合格產(chǎn)品的數(shù)量和試錯次數(shù)也大為降低。

▌深層次應(yīng)用：虛擬實驗

虛擬試驗是仿真在試驗領(lǐng)域更為體系化的應(yīng)用，是試驗仿真的深層次發(fā)展。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)試驗方法已無法滿足客戶對加速裝備研制和部署、降低研制風(fēng)險和成本、提高經(jīng)濟可承受性的需求。于是，在信息技術(shù)、仿真技術(shù)等飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的推動下，從20世紀80年代起，各國開始尋求產(chǎn)品試驗驗證技術(shù)的變革，虛擬試驗技術(shù)是其中一項重要策略。

虛擬試驗是一種貫穿于復(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、分析和評價的系統(tǒng)工程。在產(chǎn)品研制過程中，采用虛擬試驗技術(shù)可以解決大型試驗設(shè)施能力不足問題，減少試驗投資，縮短研制周期。例如，美國在研制第四代攻擊機F-35項目時就提出目標(biāo)：從設(shè)計到飛行試驗全面數(shù)字化，研制周期比F-22縮短一半，風(fēng)洞吹風(fēng)試驗減少75％，試飛飛行架次減少40％，定型試驗周期縮短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，越來越成為從工業(yè)到產(chǎn)業(yè)、從軍事到民生各個領(lǐng)域的智慧新代表。在工業(yè)界，無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)字化兩只輪子來支撐。在中國，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，繼《黑客帝國》開創(chuàng)仿真巔峰以來，數(shù)字孿生把仿真應(yīng)用推向一個新的巔峰。

我們把數(shù)字孿生體的進化過程稱為數(shù)字孿生體成熟度模型，即：一個數(shù)字孿生體的生長發(fā)育將經(jīng)歷數(shù)化、互動、先知、先覺和共智等幾個過程。在每個過程中，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，至少在四個場景中將發(fā)揮巨大的作用：制造、產(chǎn)業(yè)、城市和戰(zhàn)場，而數(shù)字孿生體也因為仿真也在這些場景中無處不在而成為智慧的源泉與核心。