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怎么理解仿真软件的本质?再来理解怎么做数字化。

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1、仿真软件的本质只是提供一种服务

汽车的仿真分析大体上还是属于刀耕火种的阶段,别看用上了各种高大上的软件:hyperworks、MSC Nastran、Abaqus、Ls-dyna...,但基本上工作效率还是依赖于工程师的个人经验,依赖于工程师的软件操作熟练程度。

在主机厂的汽车研发中,一般完成一个虚拟性能评价节点的周期在4-6周,这之中分属于不同的CAE学科,需要不同学科背景的工程师来完成仿真工作,但不同的学科仿真工作之间有一部分工作是相同的,例如基础的网格剖分。为了提高整体效率,整个仿真团队之间分工协作,模型共享、半自动化自动化的工具开发,但无论怎样,仿真周期很难压缩,所以,基于传统的那种仿真分析的分工协作的工作模式,限制了仿真效率的提升。

传统的仿真分析是基于桌面有限元软件客户端来完成前后处理工作,基于客户端形式的仿真软件,限制了个人只能通过人-软件交互来完成相关工作,无论外围效率如何提升、半自动化工具如何应用,归根到底还是工程师的个人熟悉程度决定了最终的工作效率,这种工作模式是无法从根本上改变的,仿真效率无法从根本上改变。

回归到仿真这件事情本身,我们使用的仿真软件从广义上讲提供的是一种服务,例如前处理软件,提供的是几何模型进入、可求解器计算的有限元模型的输出;而商用求解器软件,提供的是有限元模型的输入,输出的是仿真结果文件;而后处理软件,提供的是仿真结果文件输入,输出的是仿真的最终结果。这些,都是划分的比较粗,但其实还可以往细的来分,例如前处理软件,提供的服务又可以细分为:几何网格剖分、部件模型之间的连接、材料属性的赋予、工况的设置等,我们通过这些服务,来一步一步完成我们的前处理工作,唯一不同的就是,这些服务不一定是自动完成,有些需要人工干预,才最终输出满意的结果。所以,用户使用仿真软件,实际上是来获取某种服务,这才是仿真软件的真正内涵。


理解了这个本质,对仿真软件的开发一下也就开放了思维,他的形态不一定是桌面客户端形式,宏观意义上来说,凡是能在仿真工作中提供某种服务,是一个独立完整的功能模块,那他就是属于仿真相关软件,它可以是客户端形式,也可以只是一个单纯的后端的一个服务接口。

仿真软件的开发,无非就是做好用户提交的每一次服务,高效的还给他符合质量标准的结果,至于是否是刀耕火种,就看服务有多贴近用户了。

2、再来说说数字化
上文中讲到仿真软件的本质是提供服务,目前仿真分析还属于刀耕火种的阶段,仿真效率低下,仿真门槛太高;其次是仿真软件的的本质是提供服务,无论前处理、求解、后处理,均可以看做一种输入输出之间的服务本质关系。前者说明仿真分析的工作需要依赖数字化,提高仿真效率,降低仿真门槛,固化仿真经验,后者说明仿真分析的工作实现数字化本身就是可行的。
2.1. 唯有数字化才能实现效率的本质改善
主机厂做过汽车仿真工作的小伙伴可能都知道,一款新车型的研发在数字阶段主要分为3-4个阶段,数据状态将不断迭代更新,仿真分析也需要依赖不同的数据状态进行虚拟性能仿真评估,查找问题要因,提出改善仿真,驱动设计最终实现性能目标。
但现实问题是这种虚拟的数字节点是人为规定的,实际上在整个开发过程中,各零部件子系统之间的设计是在不停的变更的,仿真团队不会一有零件变更就去评估,而是选择跟随设计的几个数字阶段,分别评估这几个设计节点时候汽车的性能状态。
那么,为什么不随时随地依据变更的规模,而建模仿真分析呢?我想主要的原因还是仿真效率更不上。当前完成一个数字阶段的虚拟性能评估大概是4~6周,之后还要1、2个月的性能优化,如此长的时间开销,还是在各种不同团队配合、各种自动化半自动化工具使用之后的结果。
但当再想提高整体的仿真效率,却很难提高了,各种工具的非自动化是一些原因,但我想最主要的还是现在团队的仿真工作模式问题,即仿真团队之间工作配合、工作沟通的关系已经很难提高整体的工作效率了,一句话:仿真的工作关系之间影响了仿真的整体效率的提高,而数字化将改变原先的工作关系
2.2. 仿真数字化发展的最后是低代码化
这里提一个论断,仿真分析的数字化发展的最后必将是一个低代码化开发的结局。仿真数字化的发展过程中首先将细分仿真分析的流程步骤,并对不同流程步骤中实现的模拟工程师实现自动化、半自动化。前面我们讲过,仿真软件的本质是提供一种服务,而这种服务具体将表现在对各种仿真步骤完成的效果上。
最开始的过程是基于过程的,这个时候基本上是一种基于过程的数字化过程,但这种开发应付简单的仿真工作还能应付,但业务并不是一成不变的,更多的业务、更多的仿真流程的需求,原先的基于流程的数字化将让开发工作越来越臃肿,越来越疲于应付。
那么,基于对象的仿真服务就要开始考虑了,这是必然会到来的,一旦开始基于对象的仿真服务的开发,统一各流程接口就势在必行。当一个又一个的仿真服务实现,应对复杂的业务场景,无非是不断完善的链条上的各仿真服务,不断优化代码适应不同的业务场景。但呈现给仿真工作来讲,不同的仿真服务的组合即可实现不同的业务需求,那个时候,服务模块化、低代码开发就已经来了。
3. 仿真数字化中切勿为了数字化而数字化
仿真数字化的本质是改变仿真工作团队合作关系,最终的目标当然是实现仿真效率的提升。我们用一个模型来阐述这个问题。仿真工作在刀耕火种时候,人在完成仿真工作的时候,大部分是人和软件的交互关系,达成事情,譬如这样:
一旦引入数字化,必将依赖于系统,那整体的关系将变成如下:
人面对的将不再是仿真软件,因为这个时候,仿真软件已经不复存在,取而代之的将是系统,所有和仿真软件相关的,都将变成人与系统之间的关系,但系统毕竟不是万能的,或者说要实现人与系统之间的直接交流,必须满足系统的一些条件,那么,额外的事情需要额外的人去做,而这一部分工作内容是原先的工作状态中没有的,属于引入了数字化之后带来的额外支出。
所以,数字化大范围上来讲是好事,但仿真分析的工作内涵复杂,具体内容还是需要具体分析,不能为了数字化而数字化,表面上看效率是提升了,但这提升的背后反而带来更多的人力开销、带来整个团队的职责细化工作琐碎,是不划算的。
来源:CAEer
NastranAbaqus汽车材料
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首次发布时间:2023-06-29
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