數據，猶如推動第一次工業革命的蒸汽動力，以及第二次工業革命的電氣網絡。當下的數據便是最新演進趨勢，掀起了由計算機技術催生的數字化革命。

工業4.0的概念在誕生十年后的今天，各類制造商幾近淹沒在工業物聯網（IIoT）、信息物理系統（CPS）和人工智能（AI）等輸入輸出的數據中。

在制造業的新時期要想成為贏家，就必須能夠連接正確的數字主線，加快產品上市進程，避免停工，迅速響應供應鏈突發狀況，解決可持續發展問題。

仿真是在雙向通信網絡中連接這些節點的關鍵。有助于充分運用工業4.0獲得四大優勢：加快產品上市進程、減少制造停工時間、及時充分發揮增材制造的優勢，并支持可持續發展舉措。

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借助仿真加快產品上市進程

在產品設計與開發過程中，仿真可幫助工程人員在虛擬環境下以數字化方式測試不同環境、不同運行條件如何影響部件、子裝配體或完整系統，無需投入時間和資金構建、測試多種實體原型。仿真幾乎可以支持任何虛擬環境下的產品功能表現，有助于在設計流程之初發現和減少潛在故障，降低成本。

僅數字化原型開發這一項優勢就能顯著加速產品開發流程，如果制造商再結合使用設計優化軟件，便能夠進一步加快產品上市進程。該軟件運用先進算法自動運行各種仿真場景，針對給定參數集建議最佳設計方向，幫助制造商在競爭中超越對手。而且一旦通過云端與高性能計算結合使用（HPC），還可提升復雜仿真與優化的速度。

與傳統產品設計開發方法相比，集成化的仿真驅動設計流程可節省數月時間。

舍弗勒集團開發出一款高效靈活的工具，支持產品設計師和工程師對任何電機設計概念運用相同的優化工作流程，幾分鐘內即可取得結果。在舍弗勒集團從事電機仿真與方法研究工作的Pierre Millithaler表示：“再也不必花50個小時使用有限元分析仿真100個樣本，這種基于元模型的優化只要幾分鐘就能仿真10,000個樣本。”

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采用數字孿生減少停工時間

在設計流程中盡早開展仿真并利用車間生成的智能制造數據，企業就能連接數字主線。IIoT傳感器已在各類型的工業應用中獲得不同程度的應用，針對可能影響生產工作的產品和流程生成海量實時數據。所有這些數據均可直接饋入數字孿生，這是一種以特定頻率和保真度與實體或流程同步的虛擬模型。

數字孿生不止是真實資產的數字版本。它也是運營中真實資產的聯網虛擬復制品，通過集成多域系統仿真，再現真實資產的生命周期與體驗。

制造商借助數字孿生，可以構建、驗證和部署真實系統的完整虛擬原型，從而預測停工現象，有助于管控產能下降、勞動力浪費和庫存枯竭引起的運營成本。仿真結果為設計真實資產提供信息，同時來自實體資產的真實數據可以饋送給數字孿生，據以開展更深入的仿真。

即便遭遇供應鏈突發狀況，企業也能利用數字孿生優化制造性能。在新冠疫情暴發初期，有些產品需求陡降而某些產品需求劇增，需要重組以及重新配置生產環境。

Ansys研發部門高級總監Sameer Kher指出：“企業可以開展 ‘假設條件’分析與仿真，管理負載平衡，以最小風險增產，從而緩解某些此類的供應鏈突變挑戰。” 他總結說：“羅克韋爾自動化和Ansys正合作開發針對工業客戶的相關數字孿生技術與應用，以應對此類挑戰。”

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通過仿真與增材制造推進創新

增材制造提供了另一種快速應對動蕩的方法。當需要制作臨時替代件，按需制造部件以最大程度減少倉儲和貨運，或設計通過傳統制造難以或無法生產的產品時，制造商可以借助仿真實現增材制造。

Predator Cycling近期使用具備拓撲優化功能（根據載荷狀況優化材料布局的算法方法）的仿真軟件，設計出據稱是市面上最高效、最耐久、最易使用的水壺架。

Predator Cycling首席設計工程師Aram Goganian表示：“我們早就有開發能完美契合3D打印工藝的水壺架的構想，但在我們接觸Discovery之前，對此類問題一直是一籌莫展。” 使用Ansys Discovery，Goganian開發出一種既便于收納水壺，也符合自身獨特的重量、靈活性和耐久度要求的水壺架。

航空航天產品制造商Relativity Space也尋求通過仿真為金屬增材制造探索新解決方案。Relativity Space聯合創始人兼首席技術官Jordan Noone指出：“我們正利用增材制造技術來創建全球最大規模的3D打印機。我們要用這部打印機3D打印一個火箭。借助Ansys簡化的增材制造解決方案，我們的設計迭代速度加快了10倍，部件數量減少了100倍。我們正在應用諸多前人眼中認為是天方夜譚的方法開展創新。”

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推動制造邁向更可持續的未來

讓數字化的優勢不僅局限于企業內部，貫穿產品的生命周期，是制造商面臨的一項重大挑戰。氣候目標正在讓可持續發展挑戰成為企業的首要任務和許多工程設計原始草圖的主題。

仿真正在助力制造商研發聚焦可持續發展的新產品，如碳捕捉技術、潮汐能發電機和更優質的電池。企業也在運用仿真理解如何重新設計現有產品以減少碳足跡，這包括了他們制造產品的方式和產品在其生命周期中所形成的能耗。

運用仿真支持可持續發展在航空航天領域和汽車領域卓有成效。在這兩個領域，輕量級材料意味著可減少燃料耗用或延長電池續航里程。

為滿足重量要求，蒂森克虜伯普利斯坦工程師需要在不影響助力轉向單元結構完整性的情況下，為其減重。使用Ansys仿真軟件后，蒂森克虜伯普利斯坦在原始金屬部件的基礎上減重50%，同時也滿足了全部機械性能和原始設備制造商（OEM）要求。

創新性的輕量化產品外殼也符合蒂森克虜伯普利斯坦的生態與經濟目標，并鞏固其汽車轉向系統領先供應商的地位。使用與仿真設計軟件集成的材料智能軟件，更多的制造商能快速評估材料，做出材料決策。

仿真連點成線

要完全實現工業4.0的優勢，制造商需要采集、理解數據，以便通過日益自動化的AI以及分布化的流程運用數據來優化生產。仿真技術有助于制造商可視化數據定義、在信息物理系統（CPS）間共享數據、利用數據進行持續改進，充分實現數據智能帶來的價值。

在貫穿企業各方面的數字主線中集成仿真，可成倍增長其效益，幫助制造商借助其數據洞悉未來，在瞬變萬千的市場中把握先機。