仿真与人工智能如何协同赋能虚拟孪生
SIMULIA 研发副总裁 Christian Whiting 探讨 AI 赋能的虚拟孪生、达索系统与 NVIDIA 的深度合作，以及工业人工智能的全新进展。
核心要点
‑ 虚拟孪生是真实产品的数字化表达，可精准还原其物理行为。设计师与工程师无需制作物理原型，就能够在虚拟环境中对各类设计构想开展测试。
‑ 虚拟孪生依托仿真技术，帮助工程师预判真实产品的实际表现。达索系统 SIMULIA 仿真被各行各业头部企业广泛采用，用于分析并优化产品设计。
‑ 建模仿真一体化（MODSIM）使用户能够快速创建、更新、分析虚拟孪生的行为表现，打通设计与分析之间的壁垒。
‑ 人工智能赋能新一代高速、高性能虚拟孪生，用户可在转瞬之间探究设计变更对产品性能带来的影响。
‑ 达索系统与 NVIDIA 达成合作，打造面向下一代 AI 赋能虚拟孪生所需的基础设施与技术体系。
什么是虚拟孪生？
想要认知现实世界，就需要对其进行建模。虚拟孪生是真实物理系统（或是其设计方案、原型）的数字化表达，能够捕获并复现系统行为。换言之，虚拟孪生包含与实物对象完全一致的信息，并遵循物理规律运行，可用于虚拟测试与试验。
我们与 SIMULIA 研发副总裁 Christian Whiting 就虚拟孪生、仿真以及人工智能带来的影响展开对话。“物理仿真的意义就是对虚拟孪生开展测试与试验，让设计师能够预判产品在真实环境下的行为表现。” 他如是说。
仿真与虚拟孪生
若要满足工程应用需求，虚拟孪生必须精准复现实物理系统的物理特性，这就离不开仿真技术。
“试想汽车碰撞场景，设计师和工程师需要了解如何保障驾驶员与乘员的安全。”Whiting 讲到，“又比如一瓶洗衣液掉落在地面：瓶子会不会摔裂？瓶盖会不会脱落，液体洒漏地面？再举个例子，如果口袋装着手机跳入泳池，水会不会渗入设备，损坏存储芯片？实际上，以上所有问题，都可以通过高保真物理仿真得到解答。”
借助人工智能进一步拓展仿真能力
图示：车顶设计空间样本，展示各项车顶压溃仿真结果。人工智能让这类大规模设计研究得以高效开展。
达索系统拥有数十年物理仿真积淀，是该领域的行业领军者。SIMULIA 仿真工具被高科技、航空国防、交通运输等行业头部企业用于新产品的开发、优化与虚拟验证。
要设计出在现实环境下稳健可靠、性能优异的产品，“设计师最希望在设计过程中就能够即时获取仿真结果。但当前绝大多数工作流程中，即便是常规计算，仿真也往往需要耗费数小时乃至数天，并且还要求使用者具备专业知识。”Whiting 解释道。
为消除设计师与仿真分析师之间的壁垒，达索系统率先推出建模仿真一体化技术，即 MODSIM。设计师输出的 CAD 几何可直接作为仿真的输入，保证虚拟孪生如实反映实际产品。设计更新会自动同步至仿真，仿真结果又可直接交付设计师用于优化设计。如今，机器学习与人工智能领域的最新技术突破，正在进一步拓展 MODSIM 的能力边界。
“这是一种全新模式的 MODSIM：仿真结果由经过训练、能够表征虚拟孪生物理行为的 AI 模型直接输出。”Whiting 表示，“分析师可以使用大量不同设计变体的仿真数据训练虚拟孪生物理行为模型。部署给设计师之后，设计师就可以执行快速物理仿真，便捷预判产品在真实工况下的表现。该能力的实现，离不开 GPU 加速计算所带来的海量算力，以及 NVIDIA 提供的 AI 物理程序库。”
AI 赋能的虚拟孪生如何工作？
图示：完整物理仿真结果（实际值）与虚拟孪生物理行为预测结果对比，二者高度吻合。
AI 赋能虚拟孪生物理行为的核心机制：由专业仿真分析师，基于 SIMULIA 经过行业验证的可信仿真工具所生成的仿真数据完成模型训练。仅需要对一组设计开展数量相对有限的仿真计算，AI 就能够学习到设计变更对产品性能的影响规律，随后快速计算出新设计变体的性能表现。
虚拟孪生物理行为可以让设计师 “在实物尚未制造出来之前，就对产品开展测试、探索、预测与试验。”Whiting 谈到，“设计师与工程师得以自主开展工作，朝着性能最优的方向迭代设计，并且可以确信，该物理行为模型是基于专家验证过的仿真方法训练得到。”
达索系统与 NVIDIA 携手打造 AI 驱动虚拟孪生
运行仿真、训练 AI 模型、调用虚拟孪生，全部都需要强大的计算硬件。近年来 GPU 加速计算技术的成熟，让 AI 赋能虚拟孪生成为现实。今年早些时候，达索系统与 NVIDIA 宣布建立合作伙伴关系，共建可规模化部署、融合虚拟孪生与 AI 能力的工业 AI 架构。
“虚拟孪生物理行为直接依托人工智能为用户输出这类性能预测结果，NVIDIA 在整个流程当中起到至关重要的作用。”Whiting 解释，“NVIDIA 所提供的基础设施，让用户得以生成规模庞大的物理 AI 模型。
“我们不仅借助 NVIDIA 的计算基础设施与硬件加速自有工具与应用，还与其研究人员、工程师深度协作，迭代计算算法，打造更加稳健、精度更高的新一代 AI 模型。简单来说，这一切助力设计师打造出更优质的产品。”
常见问题解答
什么是虚拟孪生？
虚拟孪生是真实产品的数字化表达，能够精准复现其物理行为。让设计师与工程师可以在产品实物问世之前，预判产品的性能表现。
为何使用虚拟孪生，而不制作物理原型？
借助虚拟孪生，团队可以在虚拟环境中验证构想，无需为每一轮设计迭代制作物理原型，节省原型制作的成本与时间。能够更快、更低成本开展方案探索，在早期阶段发现潜在问题。
仿真在虚拟孪生当中承担什么角色？
仿真赋予虚拟孪生预测能力，帮助工程师了解产品在真实工况下的行为。达索系统 SIMULIA 仿真被各行各业头部企业广泛采用，用于分析并优化产品设计。
什么是建模仿真一体化（MODSIM）？
MODSIM 将建模与仿真整合至同一套环境。用户能够快速创建、更新并分析虚拟孪生的行为表现，打破传统模式下设计与分析之间的壁垒。
人工智能会如何改变虚拟孪生？
人工智能催生新一代高速、高性能虚拟孪生。用户无需等待漫长的仿真求解，转瞬之间就能够探究设计变更对产品性能带来的影响。
