SOLIDWORKS Simulation - 加速创新和问题解决

工程师们不是被告知我们不能做某事，而是想弄清楚我们如何能做某事。工程学本质上就是解决问题，我们众所周知的箭袋中有无数的箭——方程式、计算器、教科书、penSOL 和纸张，甚至是 3D 打印的原型。本文重点介绍仿真，以及工程师如何使用它来帮助加速创新和解决问题。

你有没有听过这句话，“当有疑问时，让它变得粗壮？这句话鼓励工程师“在过度设计方面犯错”，但对于仿真来说，这已成为过去。对工程师来说，仿真意味着验证 — 回答“我的设计能成功吗？换句话说，使用仿真工具就像拥有一个水晶球，让工程师可以看到他们的设计在任何条件下的表现，而无需构建它。仿真创建了一个可以模拟真实世界情况的虚拟环境，并提供有助于确保或验证其设计是否有效的见解。

仿真是工程师获得问题答案的一种方式，例如，它是否足够强大？它会持续足够长的时间吗？它足够安全吗？

但这只是开始。仿真的真正强大之处在于它能够加速创新并使工程师能够创建尽可能出色的设计。

什么是仿真？

仿真是一种计算机辅助工程 （CAE） 工具。您可以将 CAE 视为将计算机辅助设计 （CAD） 提升一个档次。它用于解决工程师遇到的设计问题;具体来说，仿真是一种有限元分析 （FEA） 工具，指的是仿真解决问题的方式。

仿真将问题分解为许多小块（有限元）并解决问题（分析）。可视化这一点的最简单方法是考虑一个真正的砖房，甚至是用乐高积木制成的玩具屋。积木是组合在一起形成房屋的有限元。砖房的设计示例如下所示。你可以看到左边的房子比较粗糙，这意味着它的砖块越来越大（71 块砖），而右边的房子使用更多和更小的砖块（228 块砖）来制作相同的设计。

FEA 方程在每个单元内求解。使用的元素越多，问题的解决度就越高，解法就越准确。

但这需要付出时间和计算能力/资源的成本。除了上面超级简单的房屋示例之外，现实世界的模拟问题可能会以极快的速度变得非常复杂。工程师必须在使用足够的元素来确保准确性和保持计算时间实用之间找到一个微妙的平衡点 — 一半是艺术，一半是科学。简单支架的模拟可能需要 1,000 个元素并在几秒钟内求解，而车祸模拟可能需要 1,000,000 多个元素和几天才能求解。

工程师现在如何使用仿真？

工程师依靠仿真有两件事：

1） 加速设计流程并更快地将最终产品推向市场，以及

2） 验证或指导他们的设计决策。

将仿真想象成 CAD 的 GPS，为设计决策提供逐向指导。

这一点至关重要，因为当工程师戴上设计帽时，需要做出无数的决定和选择。这个支架应该有多厚？放这个剪纸的最佳位置在哪里？这太薄了吗？我应该在这里放多少个洞？还有很多。

SOLIDWORKS Simulation 是集成到 SOLIDWORKS 中的仿真工具，这意味着 CAD 和 CAE 之间可以无缝过渡。每当需要做出设计决策时，工程师都可以毫不费力地利用仿真来指导他们做出正确的选择，从而在初始设计过程中节省时间和金钱，并有效地消除昂贵的返工需求。

对于企业来说，这意味着显着的成本节省，因为在设计过程的早期进行更改更容易且成本更低。在流程的后期，每次更改都会变得更加昂贵和耗时。想象一下下面的示例，在零件已经制造并被许多客户在现场使用后识别故障的成本有多高。

但如今，强大还不够好。设计需要能够以更便宜的制造成本实现更高的性能。为了有效地优化他们的设计，工程师必须超越简单的强度测试，并考虑设计可能失败或表现不佳的所有其他方式。毕加索使用不止一种画笔来创作他的杰作;工程师难道不应该对他们的设计做同样的事情吗？

仿真可以通过多种不同的方式帮助工程师进行设计：

工程师过去是如何仿真的？

简而言之，他们没有——至少没有像我们今天那样。CAE 和仿真等验证工具在 40 年前不可用，因此优化设计的过程完全不同。工程师必须完成设计迭代，然后制作可用于测试的物理原型。这种代价高昂的反馈循环会让工程师陷入数月或数年的困境。

这个过程的要素对于今天的工程师来说是公认的。仿真并不能完全消除对物理原型和实验测试的需求;它只是让工程师更快地完成该过程。

工程师将来将如何仿真？

仿真等工具已经彻底改变了该行业;可以肯定地说，所有这些模拟都将持续存在。但下一步是什么？

这些工具的演变将包括 AI 驱动模拟和基于云的模拟的组件。如果您正在关注 SOLIDWORKS 工具生态系统，则不必看得太远。AI 已经在增强生态系统的其他领域，尤其是 SOLIDWORKS 2025 中的设计助手。只需一跳一跳，即可整合 AI 来帮助更快地预测最佳设计选择。甚至可以说，AI 仿真已经通过拓扑优化研究出现。

模拟的下一次发展将工具从桌面带到云端 — 但这也已经存在了。SOLIDWORKS 在 3DEXPERIENCE 平台上已有一套仿真工具。云平台解决了仿真的一大限制因素：计算资源。有些仿真问题非常复杂，需要数小时甚至数天才能完成。通过利用这些云资源和高级求解器，您可以获得更好的答案来解答更复杂的问题。

您将来如何使用仿真？

工程学一直是关于解决问题而不是接受限制的。工程师不再受制于试错过程或过度设计带来的代价高昂的低效率。仿真改变了游戏规则，为工程师提供了透视设计未来的宝球。

借助当今的仿真工具，工程师不会只问“它会奏效吗？相反，他们问如何让它变得更坚固、更轻、更快、更便宜？仿真不仅仅意味着验证;它涉及优化、创新和加速设计，将想法变为现实。