近年來，仿真軟件取得了長足的進步，2020年仍將繼續(xù)保持這一發(fā)展趨勢。而在這一年，將會出現(xiàn)許多定義上的轉(zhuǎn)變。仿真軟件得到顯著發(fā)展并對各行業(yè)產(chǎn)生影響。

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人工智能和機器學(xué)習(xí)

像許多其他行業(yè)和技術(shù)一樣，人工智能和機器學(xué)習(xí)將在2020年將扮演重要角色。對于仿真技術(shù)來說，顯然有機會利用人工智能和機器學(xué)習(xí)來完成基本流程和管理，以節(jié)省工程師的時間或簡化程序。參數(shù)的設(shè)置就是這樣的領(lǐng)域之一。機器學(xué)習(xí)引擎可以監(jiān)控高級工程師對仿真工具的使用，包括他們?nèi)绾问褂梅抡婀ぞ咭约霸O(shè)置哪些參數(shù)，然后在一定程度上為經(jīng)驗不足的工程師準確地重新創(chuàng)建仿真工具，并使他們能夠使用該工具。

對于一家擁有數(shù)千名員工的航空航天公司來說，目前只有5%的員工可以使用仿真技術(shù)，而人工智能和機器學(xué)習(xí)將使其更易于使用，因此也許有15%～20%的員工可以使用它。顯然這是該公司的勝利，它現(xiàn)在可以在仿真過程上投入更多的時間和精力，而無需雇用更多的高級工程師。

人工智能/機器學(xué)習(xí)可以幫助仿真技術(shù)的另一個領(lǐng)域是使用數(shù)據(jù)驅(qū)動的或具有物理信息的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解算器將仿真速度提高幾個數(shù)量級。這些更新的人工智能/機器學(xué)習(xí)方法不是使用傳統(tǒng)的數(shù)值方法(例如有限元或有限體積方法)來求解二階偏微分方程(PDE)，而是使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來求解二階偏微分方程(PDE)。這些方法已顯示可用于簡單的幾何形狀和邊界條件，行業(yè)專家正在努力將這些新方法應(yīng)用于現(xiàn)實世界中的復(fù)雜問題。

多物理場交互

多物理場作為一個概念可以追溯到50年前。隨著它的發(fā)展，已經(jīng)面臨許多挑戰(zhàn)，而如今是不同物理工具之間的相互作用。從歷史上看，工程師會使用不同的物理模擬工具來克服產(chǎn)品的各種設(shè)計問題。以計算機芯片為例：用戶可以模擬芯片散發(fā)的熱量，然后分析其如何影響其所容納的電路板，然后找到解決方案以冷卻芯片以保護電路板免受損壞開裂。

雖然提到的逐步方法多年來一直是最好的選擇，但工程師們要求同時解決這些問題。

這種多學(xué)科的優(yōu)化將減少分析產(chǎn)品(無論是芯片還是其他產(chǎn)品)，并減少工程師面臨的任何問題找到正確解決方案所需的時間。這樣能夠以更低的成本獲得更好的產(chǎn)品。

ANSYS公司收購了仿真過程集成和設(shè)計優(yōu)化領(lǐng)導(dǎo)者Dynardo公司，使該公司可以更進一步地實現(xiàn)多物理場交互，并使客戶能夠更快、更經(jīng)濟地確定最佳產(chǎn)品設(shè)計。在未來的一年中，將進一步推動仿真技術(shù)的發(fā)展。

模擬微服務(wù)

人們還將看到“用于仿真的微服務(wù)”領(lǐng)域的進展，由此將仿真的主要部分(例如，幾何、網(wǎng)格劃分、求解器、最后是后處理服務(wù))從一個整體過程轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ｓ眠^程。從一個整體過程轉(zhuǎn)換為專用的單獨部分。模擬所需的步驟將是獨立的;將有幾何服務(wù)、網(wǎng)格劃分服務(wù)、解算器服務(wù)和后處理服務(wù)，而不是一個單一的過程。

然后，這些服務(wù)可以由不同的產(chǎn)品使用，通過應(yīng)用程序編程接口(API)相互集成，并在Microsoft Azure或AWS等云平臺上可擴展運行，其結(jié)果是將實現(xiàn)更高的可訪問性、更高的靈活性、可重復(fù)使用性的許多不同的任務(wù)。這些API還可以使仿真用戶將ANSYS工具與其他任何公司的系統(tǒng)連接起來，從而實現(xiàn)真正的開放平臺。

超大規(guī)模仿真

許多類型的軟件對用戶的主要挑戰(zhàn)之一是運行時間。他們越來越要求更快的運行時間，而仿真也是如此。而在2020年將重點放在仿真上。

一種運行速度更快的方法是通過并行計算。多年來，并行計算已經(jīng)涵蓋了許多不同的形式，從共享內(nèi)存處理(SMP)到消息傳遞接口(MPI)到基于精細GPU的并行性再到基于任務(wù)的并行性。對于超大規(guī)模，使用所有形式的算法，包括GPU、SMP、MPI，并采用基于超大規(guī)模計算機的算法。這意味著客戶將能夠利用超大規(guī)模仿真技術(shù)并運行以前可能需要10,000個小時才能完成的仿真，并且由于它在更多的內(nèi)核上運行，因此可以顯著減少運行時間，并且可能僅需幾分鐘或幾小時即可完成。

在這方面有很多工作要做。到2020年，要達到所描述的程度的超大規(guī)模還為時過早，但它將在未來十年內(nèi)實現(xiàn)。

預(yù)測性強健的設(shè)計

為了提高效率和節(jié)省成本，許多制造商和服務(wù)提供商已消除了過度設(shè)計，而將重點放在了簡約設(shè)計上。例如高速公路旁需要建設(shè)一個50平方米的停機坪，那么只建設(shè)50平方米，而不是以往“以防萬一”的100平方米。問題在于，所有因素都可能發(fā)生變化，這意味著所需停機坪面積的計算可能因項目而異。因此在某種場合下適合建設(shè)50平方米的停機坪，而在另一種場合則不適合。

通過仿真進行的穩(wěn)健設(shè)計可解決此類不確定性，并且在2020年將越來越多地采用這種不確定性。使用模擬評估材料并計算不確定性，可防止產(chǎn)品和服務(wù)的過度設(shè)計和設(shè)計不足;與其說500%的安全系數(shù)過高并且低效，不如說是100%的安全系數(shù)沒有任何變化的余地，但穩(wěn)健的設(shè)計可以在110%的安全系數(shù)下進行。

了解材料變量以及隨后計算理想安全系數(shù)的能力的關(guān)鍵是材料智能化。這是ANSYS公司決定收購Granta Design的決定的背后原因，后者決定提高ANSYS在該領(lǐng)域的能力，并使仿真工具的用戶能夠在不確定性的情況下量化，以驗證其產(chǎn)品和服務(wù)，并確保最佳的安全系數(shù)。

走向數(shù)字化

仿真已經(jīng)是數(shù)字化了，對嗎?是的，但是它也越來越涵蓋物理世界。最近，由于物聯(lián)網(wǎng)(IOT)、數(shù)字孿生的使用量猛增，并將繼續(xù)增長。在這里，工程師正在對物理部件的信息進行數(shù)字化處理，從而使他們能夠分析性能并監(jiān)控系統(tǒng)，以在實際組件或機器出現(xiàn)問題之前解決它們。現(xiàn)在，該技術(shù)已經(jīng)確立了自己的地位并證明了其價值，通過幫助減少停機時間和相關(guān)成本，其采用率將呈上升趨勢。

然后要考慮增強現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR)。目前，工程師可以在2D屏幕上可視化其模擬設(shè)計，但是隨著增強現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)的加速和可訪問性，他們很快將在3D環(huán)境中的增強現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR)耳機(例如Oculus產(chǎn)品組合)中可視化其設(shè)計。數(shù)據(jù)將更易于評估，設(shè)計將更易于理解、編輯和測試，從而使流程更精簡、更有效。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型

設(shè)計、測試、維護——仿真在這些活動中起著至關(guān)重要的作用。但是，產(chǎn)品或零件在哪里出現(xiàn)故障呢?那么，仿真又能有什么幫助呢?通過制造商數(shù)字化改造他們的運營，他們可以調(diào)整所有活動，從最初的設(shè)計，到制造，到銷售和追蹤每一個部分。因此，如果某一車型的剎車出現(xiàn)問題，可以追溯到最初的模擬設(shè)計，并對該設(shè)計進行審查，快速識別出缺陷。然后，如果模型被召回，那么問題可以比通過人工測試過程更快、更具成本效益地解決，而人工測試過程可能需要更長的時間和更高的成本來確定問題。

這種數(shù)字化轉(zhuǎn)型對大多數(shù)企業(yè)來說是一項艱巨的任務(wù)，但許多企業(yè)已經(jīng)開始進行轉(zhuǎn)型。預(yù)計2020年這一進程將加快，大型制造商將在年底前完成這一過程。

新領(lǐng)域的模擬

在許多現(xiàn)實世界中的多物理場的條件下，仿真技術(shù)已經(jīng)得到了認可，并且在2020年，將看到模擬軟件提供商突破技術(shù)的邊界來解決物理的其他領(lǐng)域中的問題。用于醫(yī)療保健的化學(xué)是當(dāng)前未被多物理場模擬廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，但將從中受益。

實際上這是什么樣的?新藥的臨床試驗需要在人體上進行測試，但是有一天，通過仿真技術(shù)，可以完全通過模擬進行試驗。消除了在數(shù)千名測試對象上使用該藥物的需要，并且消除了巨大的試驗成本，并且在無法進行試驗的地方(例如，針對兒童進行試驗)，模擬的應(yīng)用也非常廣泛。類似地，在醫(yī)療保健領(lǐng)域，心臟病發(fā)作是由于血液凝塊引起的，仿真可以用來識別正確的藥物來稀釋血液和溶解凝塊。

進行創(chuàng)新

當(dāng)今技術(shù)的本質(zhì)是，任何人都可以創(chuàng)建工具以替代已經(jīng)使用多年的工具。硅谷的一家初創(chuàng)公司可以創(chuàng)建一種全新的方式來完成任務(wù)或解決問題并顛覆現(xiàn)有任務(wù)。過去許多被遺忘的企業(yè)未能為這種風(fēng)險做好準備，因此必須不遺余力地通過創(chuàng)新來應(yīng)對風(fēng)險，而不是忽略這種情況發(fā)生的幾率。

不要等到被顛覆才改變自己!在實踐中，iPhone就是一個很好的例子。蘋果公司用更新的產(chǎn)品取代原有的產(chǎn)品。仿真技術(shù)也是如此，行業(yè)廠商需要努力通過新技術(shù)顛覆仿真技術(shù)。