仿真这一抽象概念有着悠久的历史。工匠借助作品模型来分享愿景或探索新思路，建筑师也构建复杂的建筑沙盘模型，帮助构思协调光影与空间。仿真好比二维图纸和三维产品之间的踏脚石，在工程领域具有新的重要意义。更重要的是，它允许工程团队在成本低得多的虚拟世界里开发多种场景。

数字化转型助力定义了仿真的整个生命周期。计算机的诞生意味着建模可以进驻虚拟领域。此领域支持较现实世界模型更多的功能，允许轻松地操作、变更和改进模型。更重要的是，它允许将其他因素引入虚拟领域，从而得以洞见模型对其他变量的反应。由此，仿真科学实现了飞跃，成为了一项真正的使能技术。

如今，仿真软件现身于最苛刻的环境中。例如，NASA 自有的任务仿真设施 (MSF) 是一个支持自主行星探测技术开发的框架，范围涵盖了虚拟机器人。航空航天工业借助虚拟现实模拟人机界面，以提高优化水平，又在采用增材制造时应用仿真软件，以成功实现“一次就打印正确”。

随着这些应用的发展，对更优秀的仿真解决方案的需求也在增加。这意味着有力支持更多的细节、更快的计算和实时响应。仿真不再单纯用于估量最终产品的外形，如今也成为了设计和制造过程的基本组成环节。

在围绕此主题的两篇博客的第一篇中，我们将了解仿真软件的重要性及其在各个层面上的使用方式——从改进组件设计方式，到改进组件在自动化生产环境中的制造方式，乃至在现实世界中的使用方式。

此级别的仿真在很大程度上依赖于数学计算，主要使用有限元分析（FEA）、有限体积法（FVM）和时域有限差分法（FDTD）等技术。所有这些都采用了“有限”这个词，这基本上意味着将大问题分解为更小、更易于管理的任务，而不会在过程中丢失信息。 “有限”是指在模拟过程中可以达到的缩减水平。随着计算资源的改进，这个限制正在不断放宽。

尽管在高性能计算（HPC）和超大规模架构的推动下，可用资源不断增加，但在模拟所能达到的精度和得到这些结果所需的时间之间，总是会有一个折衷。人工智能（AI）和机器学习（ML）等新技术正在被用来重新定义这种平衡。仿真中的人工智能技术引入了一个概念，即：使用专家系统来加速仿真模拟中的决策和分析，并在仿真技术标注问题时探索替代方案。随着系统学会把事情做得更好，人工智能技术也有望加速仿真速度和提高仿真准确性。

现在用于模拟的工具，基于底层的方法和技术，可以实现几乎无限多种功能。在非常基本的层面上，各种物质（包括从非常小的电子到相对大的物体在内的各种物质）的行为都会受到电磁力等基本力的影响，当这些物质暴露于其它力时（如以热或振动形式存在的能量），其行为会发生变化。由于可以对这些因素进行建模，因此仿真软件环境是模拟这些场景的理想环境。

这一层面上的仿真在很大程度上依赖于数学计算，主要采用有限元分析 (FEA)、有限体积法 (FVM)、时域有限差分法 (FDTD) 等手段。所有这一切的共同点是“有限”，在本质上这意味着把大问题分解成更小、更易于管理的任务，而且在此过程中不丢失信息。“有限”是指在仿真过程中可以达到的降阶程度。随着计算资源的升级，这一限制正在不断扩展。

尽管在高性能计算 (HPC) 和超大规模架构的支持下，可用资源不断增加，但通过仿真实现的准确性与达成这些结果所需的时间之间总是存在折中。人工智能 (AI)、机器学习 (ML) 等新技术正被用于重新定义这种平衡。仿真中的人工智能引入了使用专家系统来加速仿真决策和分析环节的概念，但当仿真标记出问题时，人工智能也将用于探寻替代方案。随着系统在学习中不断改进，依托人工智能加速的仿真也有望随着时间的推移而提高速度和准确性。

如今仿真中用到的工具，基于底层方法和技术，可以处理几乎无限的各种功能。在非常基本的层面上，电磁力等基本力影响着从很小的属性（电子）到相对较大的属性（物体）在受到其他力（如热或振动形式的能量）时的行为方式。这些元素可以建模，因而仿真是运行这些场景的理想环境。

对于像 Molex 莫仕这样的设计和制造公司来说，每一次生产效率的提高对整个公司的业务都很重要，因此使用仿真已成为当务之急。该技术用于产品设计，它告诉我们产品将如何在自动化过程中使用，它还模拟最终产品将如何在生产线上制造。在每个阶段，仿真技术考虑不同的关键因素，其中一些因素可能仅在生命周期模拟过程中变得明显。

例如，可以从机械的角度模拟塑料部件的成型过程，并分析其输出。这通常包括分析潜在的缺陷及其对总体成品率的影响。修改模拟组件的设计可以在工具发布之前就对其进行优化。此外，模拟塑料部件如何在下一个生产阶段中使用，也凸显了增加提高效率的机会。

Molex莫仕在模具设计阶段使用流动模拟来找出填充形状不佳、收缩、翘曲和壁厚等问题。这种模拟有助于发现问题并预测故障的实际发生位置，并据此在仿真阶段优化模具和工艺参数。

在实践中，模具的形状问题可能造成不合标准的填充形状，注塑件缺少特征结构或高度翘曲，太多注塑件会因此不合格。在模拟阶段解决这些潜在的缺陷可能需要通过更改模具设计来添加、移除或重新分配一些注塑材料。每个阶段的模拟都可以创建更具预测性和更全面的图片，从而减少因返工而导致的时间和成本浪费。

型钢失效预测是模具优化的关键，可以提高成品率，进而降低单价。它还会显著影响工具的寿命。如果出现不利条件，就会以意想不到的方式给工具施加压力。这将大大降低工具的使用寿命。

仿真模拟技术可以产生积极效果的另一个关键因素是缩短成型过程的整体周期时间。整体周期时间是指模具总共需要多长时间才能生产出一个制件，包括填充、保压、冷却和开模时间。仿真软件允许我们调整这些参数中的每个参数，并测量这些调整的影响，并预测缩短填充时间或冷却时间将如何影响最终产品。通过进行数千次模拟循环，效果可能非常显着，如果能在整个周期时间中节省几秒钟的时间，就意味着可以在每小时生产更多注塑件。

制造最终产品需要使用元器件，而元器件是由多种材料制成的。金属冲压是产品设计的重要因素。冲压涉及通过在表面上均匀施加的力将一块金属冲压成预定形状的制件。冲压是仿真技术能带来积极影响的另一个领域。冲压仿真软件可预测如何进行冲压。

Molex 莫仕正在使用这些仿真工具来改进冲压产品的设计方式，首先模拟产品以评估其设计可行性，然后通过增量模拟步骤来设计模具和/或冲头，以及毛坯的尺寸或形状。事实证明，这项工作有助于减少设计期间所需的迭代。

增量模拟允许以虚拟方式评估工具的微小变化，而无需花费时间和费用来制备新工具。由于所有数据都是已知的，因此可以分析任何微小变化的影响，而在“实物世界”中做这项工作会困难得多，在实物世界中，我们首先要制备工具，然后仔细测量所得产品，最后做出对设计更改的结论。当然，仿真也支持轻松回滚到以前的设计，如果微小变更的影响被证明是有害的，那么我们可以在仿真软件中轻松回滚到以前的设计。

仿真软件正在不断进步，人工智能和机器学习等新技术只会加速这一过程，进步的目的是确保建模和仿真工具能够提供可靠且具有成本效益的解决方案来优化设计和制造。Molex莫仕在设计周期的每个阶段都使用各种模拟工具，从流程模拟到生产线时间框架模拟，所有这些都使我们能够确保最大的生产效率并减少时间和成本浪费 – 所有这些最终都会使我们的合作伙伴受益。

在第二部分，我们将更详细地探讨仿真如何优化装配过程以及我们对仿真未来的设想，包括数字孪生和人工智能的使用。

对于像 Molex 莫仕这样的设计和制造公司，每一次生产力的提升都对整体业务至关重要，因此，采纳仿真已然势在必行。该技术用于产品设计，它展现了产品在自动化过程中的使用方式，也模拟了最终产品在生产线上的生产。在每个阶段，仿真要处理不同但至关重要的元素，其中一些可能只有在生命周期仿真中才会变得明显。 

例如，模拟塑料组件的成型并从机械角度分析其输出。这通常涉及到分析缺陷隐患及其对总产率的影响。修改组件的仿真设计方便了组件在放行加工之前早早优化。此外，建模展示塑料组件如何在下一个生产阶段中使用，也能凸显出提升效率的增量机会。

Molex 莫仕在工装设计阶段借助流体仿真识别填充型样不良、收缩、翘曲、壁厚等问题。这样的仿真有助于识别问题的存在，预测故障的实际位置，从而允许在仿真阶段优化模具和工艺参数。

在实践中，模具形状可能存在不合格的填充型样，导致生产出的太多零部件缺少特征或严重翘曲。要在仿真阶段解决这些潜在缺陷，可能需要通过添加、移除或重新分配一些模具材料来变更模具设计。每个阶段的仿真都可以创建出更具预测性且全面的展示物，从而减少返工导致的耗时、浪费和成本。

模具钢失效预测是成型工艺优化的关键，可以提高良率，从而降低单价。它也显著影响了工具的使用寿命。如若存在不利条件，它会以意想不到的方式对工具施加压力。这会大大缩短工具的使用寿命。

仿真能造就积极结果的另一个关键因素在于，成型工艺的整体周期时间。这是用模具生产一个单元所需的累积时间，包括充模、封装、冷却和开模时间。仿真允许调整这些参数中的每一项，衡量这些变更带来的影响，预测缩短充模时间或冷却时间将如何影响最终产品。通过执行数以千计的仿真循环，结果更为显著，在整体周期时间中节省几秒钟就能大幅增加每小时产出的件数。

制造最终产品需要由多种材料制成的组件。金属冲压是产品设计的重要组成环节。冲压是指在一块金属表面均匀施力，让其变为预定义的形状。冲压是仿真发挥积极影响的另一个领域。冲压仿真软件能预测冲压产品的成形过程。

Molex 莫仕正在运用这些工具，改进冲压产品的设计方式，首先通过仿真评估产品的设计可行性，而后采取增量仿真步骤，设计模具和/或冲床以及坯件的尺寸或形状。事实证明，这项工作有助于减少设计期间的迭代需求。

增量仿真允许虚拟评估工具的细微变更，避免了创建新工具所需的时间和费用。因为所有数据都是已知的，任何小型变更的影响都可以分析，这在现实世界中要困难得多，在现实中首先需要制造工具，再仔细测量最终产品，然后才能从设计变更中得出结论。当然，若能证实这些小型变更带来了不利影响，仿真也支持轻松回滚至先前设计。

仿真软件正在不断改进，人工智能、机器学习等新技术只会加速这一进程，以确保建模和仿真工具能够提供可靠且具有成本效益的解决方案，进而优化设计和制造。 从流体仿真到生产线时间框架，Molex 莫仕在设计周期的每个阶段运用各种仿真工具，这些工具帮助我们保障最高生产率，减少耗时、浪费和成本。而这一切最终都惠益我们的合作伙伴。

在第二部分中，我们将进一步详细探讨仿真如何优化装配过程，畅想我们对仿真未来的愿景，包括采用数字孪生和人工智能。