什么是仿真？
仿真是一种模拟表示，模拟的对象是现实世界里有可能存在的流程或者系统的功能。这个词语源自拉丁语词根，其意思为此间所谓的在模仿。仿真所具备的用途颇多、甚繁复，其中涵盖可预测系统行为、培训学生、排查异常行为、确认预期响应、验证方法、优化流程的各个方面以及预测未来响应等等。
当没办法接触真实的系统的时候，当实际状况过于危险的时候，当产品或是流程仍然处于设计阶段的时候，这便是仿真充分发挥作用的时候。
如何进行仿真？
用于仿真的方式包括利用物理原型，或者采用数学模型，亦或是借助计算机方法，工程师能够运用这些来开展仿真工作。先是要在模型当中输入一组变量，之后再去捕获一组输出值。完成此操作需要通过以下这些步骤：
常见的仿真应用
相关工作人员，包括研究人员、分析人员、决策者以及工程师，跨越多个学科领域去进行仿真操作，目的是获取洞察，以下是一些在不同领域当中应用仿真的示例：
为什么仿真是一种有价值的工具？
在各行业决策里头，仿真已然成为了绝对不能缺少的那一部分内容，随着用于建模以及仿真的计算机程序持续改进，仿真所具有的实时性以及价值也跟着提高了，在绝大多数情形之下，产品或者流程的利益相关方会借助仿真去知晓有关该产品或者流程的信息的情况，这些信息能够起到降低开发成本的作用，避免进行昂贵的物理测试，将在使用系统或者流程时进行变更的需求最大限度地予以减少，还能够加快各新产品或者服务的整体上市的进程。
仿真存在着好多优势呢，其中含括了降低成本这一情况，还有提高安全性这一方面，以及优化性能这一要点，另外还有缩短开发时间这种情形等，而这些优势能够被归类在以下的当中，是一个类别或者多个类别呢：
1.在设计空间内对外部性能进行全面映射分析
衡量实际产品的性能，仅能展现其于实际状况下的性能呈现，并且此前提是该产品已然被制造出来了。然而运用计算机模型，研究人员以及工程师能够依据需求尽可能众多地带去探寻系统有可能遭遇的各类情境。
该流程称作探索设计空间，此能帮工程师深入知晓产品于不能测量或者还未登场之际的行为表现，在此期间，所获取的信息能用来处理问题，于众多可用选项里做出抉择，或是提供产品或服务差异化优势的详尽信息。
2.了解内部性能
一些系统行为不能被直接测量，原因在于没有恰当的测量方法，或者在于一旦增添传感器或别的测量工具，系统行为就会被改变。计算机仿真让工程师得以查看他们正在设计的产品或流程的内部情形，并且获取相关信息钓鱼网，了解这些隐匿的数据，对解决问题以及进行更优决策有帮助。
3.优化性能
仿真的最后一个明显优势在于，它具备更改输入以及捕获输出的能力，借此来对正在进行仿真的系统或者流程加以优化，您能够探索源自多个仿真的数据，或是设置优化循环切实达成目标，不管采用的是哪种优化方法呀，都能够显著地削减成本、提升性能且增强稳健性。
仿真精度正在不断提升
自从二十世纪八十年代以来，伴随高性能计算这种计算功能的增强，数学模型以及计算机科学还有模型构建软件的发展，再加上最近人工智能取得的进步，仿真的精度以及价值已然获得了明显的提升。如今，更好的软件致使仿真变得更加便于使用，与此同时，改进的可视化以及优化工具给用户提供了更深入的洞察。要是应用恰当，仿真一直能够产生积极的影响；同时，精度的提高不但增强了仿真所具有的优势，还扩大了仿真的有效应用范围。
工程和制造业中不同形式的仿真
那架名为“机智号”的火星直升机，在即将开展火星飞行任务以前，美国国家航空航天局进行了数量可观的仿真工作。
在工程领域之内，针对绝大部分拥有相关行业背景人士来讲，一旦提及“仿真”这个专业化的术语之后，大多都会即刻联想到数值仿真这种十分具体的技术手段，像是有限元分析，还可以表述为FEA，或者计算流体力学，也能够缩写作CFD，尽管这二者均属于计算机辅助工程范畴之内的常见表现方式和具体运用形式，然而实际上，仿真技术所涵盖的应用形式是丰富多彩、多种多样的，接下来所要介绍的便是其中最为常见的几类应用种类集合，具体如下：
物理模型
曾经，于计算机仿真尚未出现之际，构建物理原型以开展测试乃是最为常见的仿真类别。那些模拟模型，被当作用以对系统予以实验以及了解系统的一种途径。举例而言，车辆碰撞测试里所用的假人测试模型便是一种典型的物理原型。它们被运用于在仿真情形中模拟人体在冲击进程里的表现，鉴于这类测试无法借助真人安全地达成。物理测试通常被用来验证计算机仿真仿真初中物理实验室，Ansys Hans人体模型是数字版物理仿真的一个实例。
一款名为Ansys Hans的人体模型替代了简易的物理人体模型，它能够给出关于人体怎样对冲击事件作出响应的细致数据经过剖析后的结果，且是解析得到的答案。
在一些情形下，工程师能够借助一个方程去描绘一个系统或者流程（尤其是制造流程）的行动表现，并且能够在实时状况里求解这个方程。这些解析出来的解既能够单独加以运用，又能够跟系统模型之中的降阶模型（ROM）以及数据分析一同结合起来运用。
数据分析
有一类仿真不同于其他，它是依据物理测试里收集到的数据，或者借助离散化方法，又或者利用解析解得出的计算机模型结果来开展预测。这种仿真方式，简单的话，像是运用一个方程去拟合数据那般；复杂起来，就如同最新的人工智能以及机器学习算法一样困难重重。
离散化
大多数现实世界当中的流程以及系统极为复杂，复杂到了无法采用简单的方程又或者数据集去进行建模的地步，为了针对于这些复杂的情形作出仿真，对象或者流程需要被划分成更小的部分，并且每一个部分皆使用更为简单的方程予以描述，接着，我们把这些方程组合成矩阵，随后运用数值方法来求解。
这种方法遭运用在了这样一些工具里，像是Ansys结构FEA软件等，还被用于Ansys流体仿真软件等CFD程序内，或者被使用于Ansys软件等1D有限差分仿真工具之中。
系统模型
构建系统模型，是通过把解析解或者降阶模型连接至方程组来达成的，在此之中仿真初中物理实验室，一个节点的输出会变成下一个节点的输入。系统仿真的范围极为宽泛，涵盖了诸多方面，像是借助Ansys -SC软件之类工具对微芯片里的晶体管阵列予以建模，以及运用Ansys Tool Kit（STK）软件对在轨卫星展开仿真等，各种各样。基于模型的系统工程（MBSE）是一种持续演进的系统设计方法，这种方法替代了传统的基于文档的方法。
在仿真中，用户的交互位置具有重要意义
存在着对不同仿真类型予以分类的另外一种办法，那就是查看用户处身于流程里的所在位置，举例来说，针对人在环仿真，也就是HiL仿真，借助图形用户界面，也就是GUI，就如同在Ansys SCADE软件当中那样，或者经由虚拟现实环境，如此这般将用户直接放置于仿真环节之中，借由把人员放置于仿真环境里，团队能够获取系统的实践经验，飞行仿真器便是一个常见的例子，在其中，用户能够实时与仿真开展交互。
然而，于多数仿真之时，人员并不投身求解部分，而是借助各类工具去捕获以及评估结果，之后凭此些信息做出明智之决策，又或者把它传递予利益相关方，使他们自身依此信息来进行决策。
单个物理场、多个物理场和多物理场
不同类型仿效之间的另外一个区分在于它们涵盖的什么物理领域，以及它们的交互形式。单独一个物理场仿效能够求解一种未知量，像是温度、应力、压力或者疲劳循环次数。处于这种情形下，您仅仅需要和该物理领域有关的方程以及输入。在具备多个物理场的仿效里，一个仿效的输出会变成另一个仿效的输入。举例来说，您能够算出微芯片因为功率损耗而形成的热量，接着把该数值输入到评估微芯片热管理选项的仿效中。
多物理场仿真能够达成闭环，下游仿真得出的结果，会被传送到上游仿真里面。依旧以微芯片作为例子，芯片的温度对其电磁性能以及电阻率会产生影响，从而影响芯片所产生的热量与电气性能。运用像Ansys -SC软件这类工具来开展多物理场仿真，能够自动达成电磁物理场与热物理场之间的双向耦合交互。多物理场仿真在涡轮发动机设计以及铸造、注塑成型还有金属成形等诸多制造流程中同样常见。
数值仿真方法的类型
我们按照软件编程里使用的下述数值方法，能对上述运用数学方法针对真实世界做仿真的所有方法予以分类。极为常见的数值方法含有：
现代仿真在工程和制造业中的5大示例
Ansys -SC软件用于功率分布建模，在多物理场模型里，它还能对温度进行建模，此软件在微芯片签核方面也有应用。
开发新型微芯片，其中不管是存储器件，还是最新的片上系统也就是SoC解决方案，造价都极为高昂。所以，制造这些芯片的半导体代工厂，进而要求开发人员在制造流程起始以前，借助一系列标准仿真来验证设计的可制造性。而这些验证步骤被称作签核。比如说，Ansys电源完整性以及片上电磁仿真工具取得了英特尔的认证，能够用于对其18A工艺技术予以验证。
2. 汽车喷漆机器人
汽车喷漆，于每条现代装配线而言，皆是关键步骤，且汽车制造商对机器人执行此项任务高度依赖。工程师会运用诸如CFD仿真工具这类软件对喷漆机建模；借助Ansys软件等程序对机器人建模，从而确保其高效运行，并避免碰撞；运用Ansys软件对机器人的电机驱动予以优化；利用Ansys SCADE One解决方案对控制软件与用户界面作仿真。
3. 量子计算机设计
仿真向来都被运用来推动计算机设计，在量子计算机的开发当中更是这样，因为这些新型设备所要求的运行环境温度极其低，并且还涉及复杂的量子物理原理，所以仿真在研发期间起到了非常关键的作用。专业工具比如Ansys软件以及Ansys软件，让工程师能够在开展成本高昂的制造以及测试之前，就对自身的设计予以优化。
4. 喷气式发动机的可持续燃料
飞机涡轮发动机，会消耗大量燃料，这就显著增加了大气中的碳排放，所以发动机制造商在转向利用仿真，来帮助他们开发替代燃料，从而能可持续性地有更少的碳产生或释放，他们运用化学反应仿真器，像Ansys -Pro软件，来优化新燃料的燃烧，并且运用或软件来修改发动机，以此支持氢基燃料。
5. 电动方程式赛车
最佳场所之一是推动技术创新的赛道，现代电动方程式赛车不断发展是个良好例证，车手和工程师们在赛事里测试最新电动车技术，泰格豪雅保时捷电动方程式车队为保持竞争优势高度依赖仿真来验证建议的设计变更。
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