能源與公用事業(yè)行業(yè)正面臨增產(chǎn)減排與微薄利潤的雙重擠壓，而設(shè)備與系統(tǒng)開發(fā)仍嚴(yán)重依賴物理原型——先制造、再驗證、后迭代的傳統(tǒng)流程，早已無法適應(yīng)市場變化。針對這一困境，西門子日前發(fā)布《改進(jìn)開發(fā)流程》解決方案簡報，提出借助多物理場仿真技術(shù)實現(xiàn)從“物理試錯”到“虛擬驗證”的根本性轉(zhuǎn)變。

1. 告別物理原型依賴，縮短開發(fā)周期

傳統(tǒng)開發(fā)中，物理原型在測試和迭代之前就已創(chuàng)建，導(dǎo)致成本攀升、部署延遲。多物理場仿真的介入打破了這一僵局——工程師可在虛擬環(huán)境中測試設(shè)計在結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、流體、電磁等多物理場耦合條件下的真實表現(xiàn)。

西門子指出，經(jīng)此驗證的新設(shè)計成功率遠(yuǎn)高于物理測試預(yù)期，通過減少昂貴的迭代，最終產(chǎn)品設(shè)計更快完成，成本大幅降低。以可再生能源為例，全球領(lǐng)先制造商正借助西門子方案將光伏組件、風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)、熱管理系統(tǒng)及電池儲能系統(tǒng)等開發(fā)流程全面數(shù)字化，運(yùn)用虛擬原型和設(shè)計優(yōu)化技術(shù)，在設(shè)計階段早期預(yù)測性能，將物理測試周期縮短數(shù)倍。

2.消除學(xué)科孤島，賦能協(xié)同設(shè)計

開發(fā)效率的另一大障礙是多學(xué)科間協(xié)作不暢。能源企業(yè)長期依賴多種互不兼容的學(xué)科專用軟件，最高價值的知識工作者在執(zhí)行核心任務(wù)時無法有效協(xié)同，創(chuàng)新被扼殺。此外，傳統(tǒng)設(shè)計中數(shù)據(jù)管理分散、版本混亂時有發(fā)生，不僅降低了效率，也使寶貴的數(shù)據(jù)資源無法轉(zhuǎn)化為企業(yè)知識資產(chǎn)。

西門子倡導(dǎo)建立統(tǒng)一的數(shù)字化骨干平臺，在通用數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上將機(jī)械、電氣和電子設(shè)計從概念到驗證全過程整合，實現(xiàn)跨學(xué)科同步，避免因信息缺失導(dǎo)致的返工。通過自動評估數(shù)千種配置，CAE分析時間可減少80%，開發(fā)時間縮短一半。

3.設(shè)計與仿真深度融合，驅(qū)動可持續(xù)創(chuàng)新

仿真不應(yīng)止步于驗證，更應(yīng)融入設(shè)計全流程。西門子將高級工程仿真與集成式設(shè)計和數(shù)據(jù)分析結(jié)合，形成可執(zhí)行數(shù)字孿生，幫助團(tuán)隊預(yù)測和優(yōu)化系統(tǒng)行為。

在儲能領(lǐng)域，西門子1D-3D多學(xué)科集成工作流顯著提升研發(fā)效率，而AI賦能的可執(zhí)行數(shù)字孿生更支持全生命周期內(nèi)的實時決策與創(chuàng)新應(yīng)用。在西門子數(shù)控（南京）原生數(shù)字化工廠，這種集成能力已取得可量化成果——通過Smart ECX平臺實現(xiàn)綠電100%消納，年減少碳排放3300噸。

4.持續(xù)迭代：從單一產(chǎn)品到全供應(yīng)鏈優(yōu)化

高級工程仿真的價值不止于單一設(shè)備優(yōu)化。無論是重新設(shè)計供應(yīng)鏈還是依靠可再生能源脫碳，企業(yè)都需要改進(jìn)作業(yè)能力、糾正性能缺陷。通過將高級工程仿真與高性能計算結(jié)合，并實現(xiàn)數(shù)字孿生與物理資產(chǎn)的連通，團(tuán)隊可更深入理解復(fù)雜物理現(xiàn)象，持續(xù)優(yōu)化整個供應(yīng)鏈。

面向光伏、儲能、氫能加速融合，電、熱、冷、蒸汽多能流交織成網(wǎng)的現(xiàn)實，多物理場仿真和可執(zhí)行數(shù)字孿生技術(shù)的融合，正在為能源行業(yè)開辟一條從虛擬設(shè)計直達(dá)卓越運(yùn)營的數(shù)字化新通路。市場數(shù)據(jù)同樣印證了這一前景——全球核電數(shù)字孿生領(lǐng)域市場規(guī)模預(yù)計將從2025年的9.29億美元增長至2032年的22.8億美元，年復(fù)合增長率達(dá)13.57%。

當(dāng)開發(fā)流程從“先制造后驗證”轉(zhuǎn)向“先仿真后生產(chǎn)”，每一次迭代都在虛擬世界中完成，成本與時間的桎梏便被徹底打破。對于每一位能源行業(yè)的研發(fā)管理者而言，此刻正是重構(gòu)開發(fā)邏輯、邁向數(shù)字化創(chuàng)新的最佳時機(jī)。