仿真軟件作為一款典型的工業軟件，符合工業軟件發展路線和價值規律。仿真堪稱世界工業軟件“大師兄”，是這個產業最早出現的物種，擁有普通工業軟件所不具有的獨特之處。我們曾經圍繞仿真軟件，利用《讓仿真變成生產力》一文提到能力體系建設方法，挖掘其價值規律，求索將仿真變成生產力的策略，獲得較為系統化的成果。其中，“仿真驅動研發”的方法論就是這些成果中的一項。

一、仿真驅動研發的提出

      如果你的業務涉獵仿真產業和技術，一定聽說過“仿真驅動研發”這一詞匯。該詞最初被某供應商提出，之后被更多供應商使用，然后被媒體采納，被企業接納……說多了就成了“成語”。但什么是“仿真驅動研發”，仿真到底是怎么驅動研發的？似乎很多人的理解有一定偏差，許多仿真技術供應商對“仿真驅動研發”表述都不盡正確。關于此成語，見過比較多的一張圖如1所示：

圖1. 仿真驅動研發示意圖

      本圖的確反映了仿真在產品設計單一過程中的驅動作用，但產品研發是具有更大時空框架的過程。研發過程就似南水北調工程，仿真就像是水泵。整個工程有無數個不同類型的水泵，在哪地方安置何種水泵才能最高效地發揮水泵們的作用是一個系統工程。

      在企業中往往有兩種極端思維：一種是認為仿真無所不能，應該盡量多地用仿真來指導設計；另一種是認為仿真就是錦上添花，在確定設計方案后做一定的確認即可，有些企業甚至把仿真作為展示或做秀之用。

      其實，仿真是個高投入、高成本的活動，不僅軟件價格昂貴，使用人員的成本也較高，時間投入也相對較長。對于一個產品的設計，在不必要的環節投入仿真，換取的回報也許會小于投入，所以，仿真并不是用的越多越好。相反，把仿真完全看成是花瓶和做秀，就過于輕視了仿真的價值，企業花重金購買仿真軟件變成了一種浪費。

      界定仿真能發揮最大價值的環節，以最高的性價比來引入仿真，并且在仿真執行的過程中得到最有價值的結果，才是“仿真驅動研發”的精髓。

      在正文展開之前，我們先界定兩個容易混淆的詞匯——標準與規范。由于業界對“標準”和“規范”兩個詞匯的定義沒有一定之規，所以這里有必要對這兩個詞匯做一定的定義。我們用以下兩句話來概括這兩個詞匯的區別：

      ·“規范”用來回答在什么地方用仿真、用什么仿真的問題；

      ·“標準”用來回答如何做好仿真的問題，定義所謂好的評判標準（依據）。

二、設計流程的仿真化改造

      仿真標準與規范建設的前提是設計流程的仿真化改造。設計就像打仗，打仗就得熟悉兵力布局、作戰地形、行軍路線和作戰路線。設計流程就是反映設計地形和路線的地圖。

      復雜產品的設計必然有著復雜的設計流程和大量設計活動，相當于有著錯綜復雜的地形和路線。如果缺少這樣一張地圖，從布局、行軍到作戰，必然處處受制。因此，設計流程既具有引領作用，又具有樞紐作用，同時又具有保障和管控作用。

      所謂兵馬未動糧草先行，當我們清楚了作戰地形和路線之后，我們可以在那些關鍵環節提前部署兵器，仿真工具就是這些兵器中的重要一類。經過仿真化改造的設計流程稱為“綜合設計流程”。

      設計流程仿真化的具體方法是重新審視設計流程，找到仿真價值最大的環節，將正確的仿真技術嵌入其中。仿真最直接的價值是替代試驗，所以傳統上的試驗環節往往是流程優化工作的最先關注的地方。當然，仿真的最終目的是創新，而不是驗證，所以在設計早期，雖然沒有太多試驗活動，但仿真的價值卻最大。

      產品設計一般劃分為以下幾個階段：方案論證階段、概念設計階段、技術設計階段、試驗驗證階段等。仿真在不同階段的用途不同，例如：

      ·方案論證階段——利用仿真進行快速論證。此時追求仿真的快速，不追求精確；

      ·概念設計階段——利用仿真進行方案快速驗證。系統仿真和多學科仿真是主要手段；

      ·技術設計階段——利用仿真完成關鍵設計參數的優化與確定。此處實物仿真是重點；

      ·試驗驗證階段——盡管仿真的目的是替代試驗，但在實踐中必要的試驗還需要保留，特別是某些行業規范要求如此。利用仿真幫助規劃試驗方案，準確定位測試點，減少試錯，精益地獲得數據，用較少的次數達到試驗目的，提升試驗效率。

      相同零部件的同類仿真分析在不同設計階段的分析目的不同，因此，采用的技術、工具、仿真模型、網格的處理方式、結果的處理與評價等也各不相同。

三、仿真規范用來排兵布陣

      如何界定仿真能發揮最大價值的環節，確保必要的時候做正確的仿真，是 “仿真規范”建設的任務。

      仿真規范規定了產品在不同設計階段、不同專業應開展的仿真工作以及各仿真任務應采用的技術和方法。本規范應作為強制性文件要求全體仿真人員使用和遵守。

      另外，考慮到企業仿真體系的成熟度是逐步進化的，所以，仿真規范不僅要規定“理想情況下產品研發在什么時候要做什么仿真”，還應該規定“在仿真體系不同成熟度級別，應該做何種裁剪”。

      仿真規范最終應該形成一套仿真規范手冊，手冊中除了描述產品研發階段中所涉及的所有仿真任務清單外（圖2），還應該描述每個仿真任務的SIPOC模型中的具體信息。

圖2. 某企業在發動機設計中的關鍵仿真工作項

      在相應的仿真技術規范中，明確仿真任務的工作要求、輸入輸出、上下游工作關系、使用的技術和工具、執行人要求、預測工作量、可參考的知識或規范等。

四、仿真標準用來精準打擊

      在中國，很多企業每天熱鬧地做仿真，其實都是在做“假仿真”！企業的仿真能級被“封印”的1級成熟度無法突破，每天沉迷于“大拿迷局”無力自拔。“大拿迷局”中的這三句話有同一個令人煩惱的詞——不同。也就是說，我們一直在追逐它的反義詞——一致性而不得。這就是仿真標準為什么重要的最直接原因。

      “仿真”一詞本身就代表我們獲得結果都不是真的，不然怎么會用“仿”字呢？既然是用計算機模仿真實世界，必然不能和真實世界一模一樣，所以“假”是“仿真”的天然屬性。但“假”顯然也無礙大局，不然仿真技術怎么可能在世界工業中發揮那么重要的作用？雖然“假”不是問題，但弄清楚“假”到什么程度卻是關鍵問題。就像A、B兩塊手表，我很清楚A手表慢10分鐘，而我不知道B慢多少，只知道慢得不到10分鐘。顯然，B比A更接近真實時間，但A更具有參考性，因為A手表清晰地給出了一個標定：慢10分鐘，每次看表，加上10分鐘就是真實時間。

      仿真世界也是如此。一個工程問題，用某個軟件、某個處理方法，仿真計算獲得結果與真實世界差異如果能被標定的話，仿真的結果就是可以被參考的。即使與真實世界差距較大，只要這種差距是恒定的，可以用某個數據或方法修訂，那可以認為仿真結果就是“精確”的。這種“精確”不是軟件、計算方法、處理方法等決定的，而是通過標準獲得的。從此之后，每遇到這種問題，就按照相同的處理方法、相同的軟件來計算，計算結果通過標定的偏差來修訂，就可以獲得正確結果。某汽車企業曾用100個單元剖分一個車門，計算結果與試驗有20%的差距，但這個差距是穩定的。有好事者認為100個單元未免太粗糙了，把網格加密10倍，達到1000個單元。相比數年前標準建立的時候，計算機性能明顯提升了，10倍的計算量并不算什么。理論上講，細化網格的計算結果也的確更接近于現實，但問題是我們不知道1000個單元的計算結果與試驗的差距到底是多少，所以這種做法從理論上是正確的，對工程卻是無益的。

      所以，仿真標準的根本目的不是讓計算結果更接近真實世界，而是“保持計算結果的一致性”，解決 “大拿迷局”問題。只要遵守同一個標準，對同一個問題，不同的人、不同的軟件，仿真得到的結論都應該是一致的。標準的規定未必是最優的，但結果是可重復的，可以被重現和追溯的結果才是最可靠的。這就是仿真標準的意義所在。可重復！細心的朋友可能注意到我們提出的仿真能力體系成熟度模型中第二級別的名字就叫這個——重復。

      仿真標準是對仿真過程做出具體規定的技術準則及強制執行文件，包括某項仿真工作的技術原理、前提假設、計算方法、軟件工具、模型處理、材料選擇與等效、邊界條件確定、仿真步驟、計算控制、結果檢查、結果處理及評價、試驗標定等。

圖3 仿真標準卡片實例

      相對于仿真軟件使用，仿真標準要復雜得多，形成的難度也更大，不僅需要對仿真過程做大量的調試，還需要大量的試驗驗證和誤差標定。

      仿真標準的建設成果是形成一套標準手冊，作為仿真工作的依據和準則，是企業的核心資產。愿意的話，每個相對獨立的標準，提取其中的核心，可以做個一張紙的卡片，用起來就方便多了，如圖3所示。

      仿真標準與行業、企業和產品相關度很高，所以，世界上不存在一個放之四海皆準的仿真標準，但可以存在一個放之四海皆準的《仿真標準的編制指南》。本指南是我參與數字仿真聯盟的一個項目的成果。

      需要注意的是，企業應當在仿真體系成熟度的不同級別應該選做相適應的標準，并不是標準越多越好，與現狀不相匹配的豐富反倒是一種浪費。

五、“仿真驅動研發”的真諦

      在產品研發體系中，在正確的地方做正確的仿真，并且把仿真做正確。這意味著要在研發的關鍵環節正確利用仿真技術，打通設計瓶頸。這里強調要讓仿真只出現在正確的地方，好鋼用在刀刃上，而不是將仿真泛濫在研發流程的所有環節。這是仿真能力體系建設的核心，也是“仿真驅動研發”真諦。（作者：田鋒）

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