在仿真部门的这几年

几年前，我作为一个计算机专业与技术的毕业生，意外的，进入了一个硬件平台部门。也不曾想过，会在这里度过自己职业生涯的前几年。现在，简单记录一下一个仿真部门的组织结构与工作内容。

硬件部分是指什么呢？这里指一个电子产品的结构设计。这个结构设计需要满足各种硬件参数的要求，外形设计，以及内部空间设计，力学设计，热学设计，声学设计，涵盖内容非常广泛。仿真又是做什么的呢？由于结构设计复杂，生产验证的周期太长，而仿真可以在初期的设计过程中，及早的给出反馈，缩短设计周期，节约设计成本，提高设计质量。所以仿真对于结构设计来说，还是非常重要的。

那么对于一个完整的仿真部门来说，需要包含哪些部分呢？至少应该包含以下几个小组：

• 仿真技术的研究组，这是一个专家团队，需要负责对材料属性、仿真方法、建模方式、评判标准等，给出决定性的意见
• 仿真平台的技术组，该组主要负责仿真平台的建设，提供各种各样的工具供团队使用，增强团队的能力，提高团队的效率
• 仿真项目的支持组，该组主要对每一个需要仿真的项目进行分析评估，运用专家团队的知识和技术团队的工具，支撑主要业务流程的运转

建设一个仿真平台是一个复杂的事情，需要计算资源的支持，软件的支持，业务流程的梳理，操作流程的定义，软件平台的开发等各个方面均有必要的支持才可以。

计算资源和软件支持主要指仿真模型建立之后，需要大量的计算资源来完成计算，得出仿真的结果。这些内容主要通过采购获得。
业务流程主要包含以下过程：

• 结构文件的输入，仿真工况的定义。在明确对什么模型，进行哪种类型的仿真之后，这个任务就定义清楚了
• 仿真模型的前处理。这个过程几乎是最复杂，且是最重要的一个过程。在这个过程中，一个几何模型会被划分成数以百万计的网格，定义好各种连接方式，设定运动方式，最终输出一个几百兆的文本文件用来计算。
• 仿真计算。提交计算任务到计算资源池中，根据资源情况需要几个小时甚至上天的计算时间
• 仿真结构后处理。从计算的结果中，提取有用的数据、图片
• 仿真报告生成。根据计算的结果进行分析，生成报告，标记各项指标并报告风险
• 报告的分享与下载
• 实际测试反馈，修正仿真的参数和标准。

仿真平台在这个过程中可以做的事情：

• 对整个仿真过程进行管理
• 对计算资源的池化，存储资源的管理
• 自动化前处理
  • 几何模型的自动化前处理。如去掉一些细小的倒角与薄壁
  • 网格划分的自动化处理。包括几何清理，2D网格生成，2D网格质量调整，3D网格生成，3D网格质量调整，连接关系建立等。需要熟悉网格划分的软件，网格划分的规则，网格划分的代码实现，平面几何与立体几何的一些知识等。
  • 材料属性的赋予
  • 仿真工况的定义
  • 多角度、多强度仿真文件的导出
• 自动化后处理
  • 数据的采集、入库
  • 报告的自动生成

其中，计算资源的池化、存储的管理主要是硬件资源的管理。自动化前处理则是仿真与软件开发结合比较紧密的部分。自动化后处理与报告的自动生成，对于数据库的建模提出了比较高的要求，多维度数据的定义、存取。报告的自动生成使用微软的 API 可以实现，参考对应的模板抓取数据并生成即可。

网格划分过程中，2D网格的处理是最麻烦的部分，几何清理，2D网格生成，处理穿插和自由边，调整网格质量均比较繁琐，考验操作者的耐心。自动化的过程也比较复杂，对一些特殊的情况往往不能完全自动化处理，需要人工介入。

整体而言，仿真也是一件挺有意思的事情，在后面元宇宙、数字孪生等内容发展的同时，也一定会促进仿真技术的发展。仿真的价值也会被广泛认可。