圖1 模擬仿真可提供令人感興趣的信息，在許多產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用

為了保持開(kāi)發(fā)過(guò)程中的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)最重要的是高效，故而需要模擬仿真技術(shù)。使用這種技術(shù)可以模擬物理特性，例如溫度、速度、壓力或變形情況。相比實(shí)物而言模擬方式花費(fèi)少，可隨時(shí)改變?cè)囼?yàn)條件、重復(fù)試驗(yàn)并進(jìn)行對(duì)比，如此一來(lái)，那些懸而未決的問(wèn)題，如整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)、單個(gè)組件的變化或物流的改變企業(yè)都能提前預(yù)見(jiàn)，從而避免了后期的改進(jìn)、浪費(fèi)時(shí)間和高昂的延遲成本。

大型企業(yè)已深諳模擬之道，與此相關(guān)的主要例子有碰撞測(cè)試模擬或流動(dòng)模擬。中型企業(yè)在這一領(lǐng)域仍有所保留，這主要是因?yàn)橹行∑髽I(yè)無(wú)法滿足使用類似技術(shù)的要求，這里需要大量的計(jì)算機(jī)容量，甚至需要在專門(mén)的數(shù)據(jù)中心運(yùn)行，相關(guān)投入往往是這些企業(yè)所無(wú)法承受的，更不用說(shuō)在大多數(shù)情況下中小型企業(yè)還缺乏必要的技術(shù)知識(shí)。換句話說(shuō)：許多企業(yè)雖然希望從模擬仿真技術(shù)中受益，但卻不知從何入手。

針對(duì)中小型企業(yè)的援助之手

援助來(lái)自于斯圖加特的Sicos BW有限公司，卡爾斯魯厄理工學(xué)院和斯圖加特大學(xué)于2011年夏天共同創(chuàng)立了這家公司，旨在為企業(yè)，尤其是中小型企業(yè)提供模擬仿真、高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)和智能數(shù)據(jù)方面的咨詢。由于得到了合作雙方以及巴登符騰堡州科學(xué)、研究和藝術(shù)部(MWK)的大力支持，該公司持中立立場(chǎng)并免費(fèi)提供服務(wù)。來(lái)自德國(guó)各地、對(duì)高性能計(jì)算感興趣的模擬用戶可從Sicos BW公司獲得有關(guān)應(yīng)用和工具的所有必要信息，模擬仿真專家?guī)椭麄兘⒁粋€(gè)可行的工作方案，其中包括訪問(wèn)高性能計(jì)算機(jī)。目標(biāo)是：企業(yè)最終能夠獨(dú)立或通過(guò)Sicos BW公司合作網(wǎng)絡(luò)中的相應(yīng)合作伙伴將高性能計(jì)算機(jī)上的模擬仿真集成到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中去。

圖2 先進(jìn)的可視化使復(fù)雜的模擬仿真變得更容易理解

除了以能夠吸引中小企業(yè)且純粹根據(jù)應(yīng)用制定的價(jià)格提供計(jì)算容量的大型數(shù)據(jù)中心外，目前還有許多其他合作伙伴加入進(jìn)來(lái)，包括研究機(jī)構(gòu)、軟件制造商和服務(wù)商，專門(mén)面向行業(yè)提供對(duì)相應(yīng)模擬技術(shù)進(jìn)行訪問(wèn)的模擬仿真，在國(guó)家和州一級(jí)也有各種提供財(cái)政補(bǔ)貼的推廣計(jì)劃，此外還有一個(gè)關(guān)于建立基于網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái)的歐盟項(xiàng)目“Fortissimo”，該項(xiàng)目旨在讓中小企業(yè)更加容易地使用高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，從而提高其競(jìng)爭(zhēng)力，Sicos BW公司可以幫助企業(yè)縱覽全局并找到合適的方案。

圖3 使用流動(dòng)模擬可以精確計(jì)算室內(nèi)空氣的流動(dòng)

像Optima Pharma這樣的中型企業(yè)也證明，模擬仿真同樣能為中小企業(yè)服務(wù)。這家企業(yè)擁有約550名員工，25年來(lái)一直是人類和動(dòng)物藥品無(wú)菌灌裝技術(shù)領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和建造的專家，Optima Pharma的客戶對(duì)質(zhì)量有著很高的要求。

成功的案例指明方向

因此總部位于巴登符騰堡州施韋比施哈爾的這家國(guó)際公司越來(lái)越多地使用模擬仿真和可視化技術(shù)，這種技術(shù)讓人們認(rèn)識(shí)到潔凈室系統(tǒng)中的氣流是關(guān)鍵質(zhì)量因素(避免懸浮顆粒和雜質(zhì))并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，由此最大限度地避免了錯(cuò)誤規(guī)劃的風(fēng)險(xiǎn)，加快了規(guī)劃和調(diào)試過(guò)程，最終節(jié)約了成本。

自1999年以來(lái)，斯圖加特Recom Services有限公司一直致力于分析問(wèn)題的計(jì)算機(jī)輔助研究以及工業(yè)爐膛的設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化。每次燃料更換和每次設(shè)備現(xiàn)代化改造以及整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的任何調(diào)整與變動(dòng)都會(huì)帶來(lái)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，可能危及設(shè)備的運(yùn)行安全并提高運(yùn)營(yíng)成本。借助Recom專門(mén)為工業(yè)爐膛設(shè)計(jì)的3D模擬軟件，該公司可在不影響實(shí)際操作的情況下，在虛擬中模擬設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中的燃燒和污染物形成過(guò)程。

圖4 通過(guò)訪問(wèn)高性能計(jì)算機(jī)，如斯圖加特高性能計(jì)算中心里的，較小型的企業(yè)也能進(jìn)行模擬仿真

第三個(gè)例子是Fellbacher Lauer&Weiss有限公司與來(lái)自Korb的Bollinger&Ohr UG激光系統(tǒng)技術(shù)公司的合作。這兩家中型企業(yè)的共同目標(biāo)是借助模擬仿真技術(shù)提高生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵元件的熱封工藝質(zhì)量，他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析一個(gè)加熱元件的熱封過(guò)程，并通過(guò)模擬實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，該元件是用于錫箔封貼的包裝設(shè)備所必需的，為此他們想知道熱封過(guò)程中加熱元件的熱量分布和變形如何影響其疲勞強(qiáng)度，因?yàn)榧訜嵩O(shè)計(jì)的常用方法非常復(fù)雜：必須切割一大堆用于分析的試驗(yàn)載體并進(jìn)行后續(xù)測(cè)試，在測(cè)試后雖然可以得到分析結(jié)果，但卻無(wú)法反映熱封過(guò)程，也無(wú)法回答過(guò)程運(yùn)行為何不夠理想的問(wèn)題，同樣情況下，模擬模型則會(huì)對(duì)此有所幫助，借助模擬可以更好地理解流程，并找到降低成本的方法。

這些成功案例表明，中小企業(yè)克服入門(mén)障礙、使用模擬仿真技術(shù)同樣物有所值，由此節(jié)約的時(shí)間和成本會(huì)讓中小型企業(yè)在市場(chǎng)上更具競(jìng)爭(zhēng)力。