工业仿真设计促进制造业升级的作用机制研究

①基于仿真的产品设计。产品设计阶段是仿真技术应用的基础阶段。在这个阶段的仿真技术应用主要是对不同零部件的功能性进行验证，以确定其是否能够满足产品的功能要求，而且仿真既可以是系统级的也可以是某个单独的零件。这些仿真的结果能够为产品设计者提供很好的参考,对于加快产品设计速度有着重要作用。

②产品仿真测试。在整个产品的设计周期中，产品性能的试验是最为关键的环节。产品仿真测试中仿真技术的大规模应用对于降低产品试验阶段的时间和试验次数有着显著效果。仿真设计的数值化分析起到的“虚拟样机”作用，在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性。

③试制与样品测试。当样品试制出来后，结合实际工况的仿真模拟测试和实际环境测试，一旦发现存在的问题,可以结合仿真的数值化分析和人工的经验进行多学科分析，找出问题所在，进一步优化设计。

④设计优化。工程设计中，设计优化可以通过已建立的数字模型经过一系列分析后，得到若干测试数据,根据对测试数据的分析，重新修改模型原始尺寸和结构，再重复分析直至得到满意的结果。

⑤基于仿真的批量生产。在产品制造阶段的计算机仿真主要是对产品制造的工艺进行分析，通过仿真技术的应用可以有效地简化产品的加工工艺，同时可以有效地避免产品设计中的缺陷问题,使得产品具有实际的产品化特点，降低产品制造中的成本支出。

2.2.2 以仿真驱动的研发组织创新。工业仿真设计的应用也改变了企业研发机构与组织合作方式的发展。从图5可以看出，这种工作模式要求在设计中尽可能地并行开发产品和工艺，成立跨职能小组,通过仿真校核把测试推到了设计的前端，目的在于縮短产品开发周期、提高产品质量与可靠性,降低产品成本。

2 . 3 以仿真驱动的产品研发新模式的主要优势

①确保设计合理性，不断减少成本。以仿真驱动的产品研发方法通过不同阶段对产品制造的工艺进行分析，有效地简化产品的加工工艺,避免产品设计中的缺陷问题,使得产品具有实际的产品化特点,降低产品制造中的成本支出。在汽车产业,应用仿真驱动的产品研发模式后，新车开发期的费用占开发成本的比例从80% ~ 90%下降到8% ~12% ,对汽车产业发展带来深远影响63。

②縮短研发设计周期。以仿真驱动的产品研发方法把大量问题暴露在设计初期，同时仿真技术的大规模应用大大降低产品试验阶段的时间和试验次数,可以大幅度的縮短产品设计的周期。

③优化设计。通过比较分析,找出产品最佳实践。以仿真驱动的产品研发方法可以通过分析比较不同的设计方案和测试数据，找到最佳实践。产生的测试分析和设计数据，利用数据挖掘进行数据重用，找到产品研发的最佳实践到行业标准。美国福特汽车公司2000 年应用CAE 后，开发后期设计修改率减少50%，原型车制造和试验成本减少50%，投资收益提高50%。

④设计数据的有效利用。把人工经验固化成量化数据形式，提升企业的设计能力。以仿真驱动的产品研发方法首先利用人工经验指导仿真模拟与测试，在产生测试分析和设计数据后，再用分析测试数据替代人工经验，解决企业工程师经验数据化和共享的问题