仿真軟件作為一款典型的工業(yè)軟件，符合工業(yè)軟件發(fā)展路線和價值規(guī)律。仿真堪稱世界工業(yè)軟件“大師兄”，是這個產(chǎn)業(yè)最早出現(xiàn)的物種，擁有普通工業(yè)軟件所不具有的獨(dú)特之處。我們曾經(jīng)圍繞仿真軟件，利用《讓仿真變成生產(chǎn)力》一文提到能力體系建設(shè)方法，挖掘其價值規(guī)律，求索將仿真變成生產(chǎn)力的策略，獲得較為系統(tǒng)化的成果。其中，“仿真驅(qū)動研發(fā)”的方法論就是這些成果中的一項(xiàng)。

一、仿真驅(qū)動研發(fā)的提出

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

圖1. 仿真驅(qū)動研發(fā)示意圖

本圖的確反映了仿真在產(chǎn)品設(shè)計(jì)單一過程中的驅(qū)動作用，但產(chǎn)品研發(fā)是具有更大時空框架的過程。研發(fā)過程就似南水北調(diào)工程，仿真就像是水泵。整個工程有無數(shù)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(fā)揮水泵們的作用是一個系統(tǒng)工程。

在企業(yè)中往往有兩種極端思維：一種是認(rèn)為仿真無所不能，應(yīng)該盡量多地用仿真來指導(dǎo)設(shè)計(jì)；另一種是認(rèn)為仿真就是錦上添花，在確定設(shè)計(jì)方案后做一定的確認(rèn)即可，有些企業(yè)甚至把仿真作為展示或做秀之用。

其實(shí)，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(chǎn)品的設(shè)計(jì)，在不必要的環(huán)節(jié)投入仿真，換取的回報(bào)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(yè)花重金購買仿真軟件變成了一種浪費(fèi)。

界定仿真能發(fā)揮最大價值的環(huán)節(jié)，以最高的性價比來引入仿真，并且在仿真執(zhí)行的過程中得到最有價值的結(jié)果，才是“仿真驅(qū)動研發(fā)”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(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。由于業(yè)界對“標(biāo)準(zhǔn)”和“規(guī)范”兩個詞匯的定義沒有一定之規(guī)，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(qū)別：

·“規(guī)范”用來回答在什么地方用仿真、用什么仿真的問題；

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

二、設(shè)計(jì)流程的仿真化改造

仿真標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范建設(shè)的前提是設(shè)計(jì)流程的仿真化改造。設(shè)計(jì)就像打仗，打仗就得熟悉兵力布局、作戰(zhàn)地形、行軍路線和作戰(zhàn)路線。設(shè)計(jì)流程就是反映設(shè)計(jì)地形和路線的地圖。

復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必然有著復(fù)雜的設(shè)計(jì)流程和大量設(shè)計(jì)活動，相當(dāng)于有著錯綜復(fù)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(zhàn)，必然處處受制。因此，設(shè)計(jì)流程既具有引領(lǐng)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(dāng)我們清楚了作戰(zhàn)地形和路線之后，我們可以在那些關(guān)鍵環(huán)節(jié)提前部署兵器，仿真工具就是這些兵器中的重要一類。經(jīng)過仿真化改造的設(shè)計(jì)流程稱為“綜合設(shè)計(jì)流程”。

設(shè)計(jì)流程仿真化的具體方法是重新審視設(shè)計(jì)流程，找到仿真價值最大的環(huán)節(jié)，將正確的仿真技術(shù)嵌入其中。仿真最直接的價值是替代試驗(yàn)，所以傳統(tǒng)上的試驗(yàn)環(huán)節(jié)往往是流程優(yōu)化工作的最先關(guān)注的地方。當(dāng)然，仿真的最終目的是創(chuàng)新，而不是驗(yàn)證，所以在設(shè)計(jì)早期，雖然沒有太多試驗(yàn)活動，但仿真的價值卻最大。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般劃分為以下幾個階段：方案論證階段、概念設(shè)計(jì)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段、試驗(yàn)驗(yàn)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(jìn)行快速論證。此時追求仿真的快速，不追求精確；

·概念設(shè)計(jì)階段——利用仿真進(jìn)行方案快速驗(yàn)證。系統(tǒng)仿真和多學(xué)科仿真是主要手段；

·技術(shù)設(shè)計(jì)階段——利用仿真完成關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化與確定。此處實(shí)物仿真是重點(diǎn)；

·試驗(yàn)驗(yàn)證階段——盡管仿真的目的是替代試驗(yàn)，但在實(shí)踐中必要的試驗(yàn)還需要保留，特別是某些行業(yè)規(guī)范要求如此。利用仿真幫助規(guī)劃試驗(yàn)方案，準(zhǔn)確定位測試點(diǎn)，減少試錯，精益地獲得數(shù)據(jù)，用較少的次數(shù)達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康模嵘囼?yàn)效率。

相同零部件的同類仿真分析在不同設(shè)計(jì)階段的分析目的不同，因此，采用的技術(shù)、工具、仿真模型、網(wǎng)格的處理方式、結(jié)果的處理與評價等也各不相同。

三、仿真規(guī)范用來排兵布陣

如何界定仿真能發(fā)揮最大價值的環(huán)節(jié)，確保必要的時候做正確的仿真，是 “仿真規(guī)范”建設(shè)的任務(wù)。

仿真規(guī)范規(guī)定了產(chǎn)品在不同設(shè)計(jì)階段、不同專業(yè)應(yīng)開展的仿真工作以及各仿真任務(wù)應(yīng)采用的技術(shù)和方法。本規(guī)范應(yīng)作為強(qiáng)制性文件要求全體仿真人員使用和遵守。

另外，考慮到企業(yè)仿真體系的成熟度是逐步進(jìn)化的，所以，仿真規(guī)范不僅要規(guī)定“理想情況下產(chǎn)品研發(fā)在什么時候要做什么仿真”，還應(yīng)該規(guī)定“在仿真體系不同成熟度級別，應(yīng)該做何種裁剪”。

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

圖2. 某企業(yè)在發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵仿真工作項(xiàng)

在相應(yīng)的仿真技術(shù)規(guī)范中，明確仿真任務(wù)的工作要求、輸入輸出、上下游工作關(guān)系、使用的技術(shù)和工具、執(zhí)行人要求、預(yù)測工作量、可參考的知識或規(guī)范等。

四、仿真標(biāo)準(zhǔn)用來精準(zhǔn)打擊

在中國，很多企業(yè)每天熱鬧地做仿真，其實(shí)都是在做“假仿真”！企業(yè)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)果都不是真的，不然怎么會用“仿”字呢？既然是用計(jì)算機(jī)模仿真實(shí)世界，必然不能和真實(shí)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(shù)怎么可能在世界工業(yè)中發(fā)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(guān)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(shí)時間，但A更具有參考性，因?yàn)锳手表清晰地給出了一個標(biāo)定：慢10分鐘，每次看表，加上10分鐘就是真實(shí)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(jì)算獲得結(jié)果與真實(shí)世界差異如果能被標(biāo)定的話，仿真的結(jié)果就是可以被參考的。即使與真實(shí)世界差距較大，只要這種差距是恒定的，可以用某個數(shù)據(jù)或方法修訂，那可以認(rèn)為仿真結(jié)果就是“精確”的。這種“精確”不是軟件、計(jì)算方法、處理方法等決定的，而是通過標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算，計(jì)算結(jié)果通過標(biāo)定的偏差來修訂，就可以獲得正確結(jié)果。某汽車企業(yè)曾用100個單元剖分一個車門，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)有20%的差距，但這個差距是穩(wěn)定的。有好事者認(rèn)為100個單元未免太粗糙了，把網(wǎng)格加密10倍，達(dá)到1000個單元。相比數(shù)年前標(biāo)準(zhǔn)建立的時候，計(jì)算機(jī)性能明顯提升了，10倍的計(jì)算量并不算什么。理論上講，細(xì)化網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果也的確更接近于現(xiàn)實(shí)，但問題是我們不知道1000個單元的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)的根本目的不是讓計(jì)算結(jié)果更接近真實(shí)世界，而是“保持計(jì)算結(jié)果的一致性”，解決 “大拿迷局”問題。只要遵守同一個標(biāo)準(zhǔn)，對同一個問題，不同的人、不同的軟件，仿真得到的結(jié)論都應(yīng)該是一致的。標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定未必是最優(yōu)的，但結(jié)果是可重復(fù)的，可以被重現(xiàn)和追溯的結(jié)果才是最可靠的。這就是仿真標(biāo)準(zhǔn)的意義所在。可重復(fù)！細(xì)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(fù)。

仿真標(biāo)準(zhǔn)是對仿真過程做出具體規(guī)定的技術(shù)準(zhǔn)則及強(qiáng)制執(zhí)行文件，包括某項(xiàng)仿真工作的技術(shù)原理、前提假設(shè)、計(jì)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(jì)算控制、結(jié)果檢查、結(jié)果處理及評價、試驗(yàn)標(biāo)定等。

圖3 仿真標(biāo)準(zhǔn)卡片實(shí)例

相對于仿真軟件使用，仿真標(biāo)準(zhǔn)要復(fù)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(diào)試，還需要大量的試驗(yàn)驗(yàn)證和誤差標(biāo)定。

仿真標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)成果是形成一套標(biāo)準(zhǔn)手冊，作為仿真工作的依據(jù)和準(zhǔn)則，是企業(yè)的核心資產(chǎn)。愿意的話，每個相對獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)、企業(yè)和產(chǎn)品相關(guān)度很高，所以，世界上不存在一個放之四海皆準(zhǔn)的仿真標(biāo)準(zhǔn)，但可以存在一個放之四海皆準(zhǔn)的《仿真標(biāo)準(zhǔn)的編制指南》。本指南是我參與數(shù)字仿真聯(lián)盟的一個項(xiàng)目的成果。

需要注意的是，企業(yè)應(yīng)當(dāng)在仿真體系成熟度的不同級別應(yīng)該選做相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并不是標(biāo)準(zhǔn)越多越好，與現(xiàn)狀不相匹配的豐富反倒是一種浪費(fèi)。

五、“仿真驅(qū)動研發(fā)”的真諦

在產(chǎn)品研發(fā)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(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)正確利用仿真技術(shù)，打通設(shè)計(jì)瓶頸。這里強(qiáng)調(diào)要讓仿真只出現(xiàn)在正確的地方，好鋼用在刀刃上，而不是將仿真泛濫在研發(fā)流程的所有環(huán)節(jié)。這是仿真能力體系建設(shè)的核心，也是“仿真驅(qū)動研發(fā)”真諦。（作者：田鋒）

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