虚拟世界是否会成为下一个大事件？一些科技行业最有影响力的人物给出了肯定的回答。旗下拥有Facebook、Instagram和WhatsApp的Meta公司每年投资约150亿美元（142亿欧元）来开发公司创始人马克·扎克伯格所设想的“元宇宙”愿景 —— 一个人们可以在此工作、娱乐和购物的虚拟现实空间。

然而，对于设计工程师来说，在虚拟环境中投入更多时间的想法并不新鲜。多年来，他们一直朝着这个方向努力。借助强大的计算机和先进的模拟软件，早在单个部件被制造之前，许多产品便在完全虚拟的环境中完成设计、组装和测试。

虚拟工程技术加速发展

虚拟工程技术好处众多。工程师们可以在无需投入时间和成本制造物理原型的情况下，提升工作速度、评估更多模型以及开展更多测试。但是对工程零部件的供应商来说，虚拟化则带来了一些有趣的挑战。

与传统的型录手册查询相比，它们使计算变得更快速、更容易，并帮助客户获得更先进的方法。

SKF工程软件产品经理Hedzer Tillema

以工程师选择轴承的过程为例。轴承选型是众多机械设计中一项必须完成的任务，选型正确与否能决定最终获得一个可靠、高性能的设计，还是代价不菲的失败设计。然而，目前已有的轴承选型过程是在一个只有绘图板和电话的世界里发展起来的。

“工程师通过两种传统方法为他们的应用选择具有正确性能特点和使用寿命的轴承，”SKF工程软件产品经理Hedzer Tillema解释说，“他们可以使用SKF和其他轴承供应商在产品型录中提供的公式，或者咨询供应商的应用工程师以获取专有数据和计算工具”。

这些方法至今仍然有效，但随着互联化、计算机化的世界的出现令轴承供应商们能够提供其他选择。Tillema说：“多年来，我们提供了一系列能够帮助客户进行轴承选型计算的在线和离线软件工具，与传统的型录手册查询相比，它们使计算变得更快速、更容易，并帮助客户获得更先进的方法。”

效率提升

但是，随着工程设计软件越来越复杂，连在线计算工具也开始显得有些不够精确。Tillema解释说：“我们意识到，我们的许多客户有自己喜欢的设计工具和工作流程，设计工程师们的大部分时间都花在这些工具和流程上，而且使用这些工具和流程让他们感到最自在和最有效率。为什么要强迫他们离开那个工作环境去使用一个完全不同的轴承选型工具呢？”

认识到工程师们需要更精简的工作方式后，SKF现在可以提供与一系列不同工程设计软件平台无缝对接的集成式轴承选型和计算服务。通过将自身的产品数据和计算方法整合到这些平台中，设计师可以在他们惯用的产品开发环境中选择并评估合适的轴承。

无缝对接模拟平台

集成式轴承选型服务简化并加快了虚拟设计过程，不过虚拟测试是一个更加复杂的挑战。“为了寻求更短的投放市场时间，我们的客户越来越希望以更高的精度模拟他们的产品模型，并在产品开发周期的早期进行模拟。在工程领域，我们称之为‘ 测试左移’”，Tillema说。

如果轴承就像在电机或齿轮箱等应用中一样扮演着一个关键角色，那么有效的模拟取决于轴承精确而详尽的表示法。Tillema介绍说：“但是给轴承建模是一个复杂的过程。从本质上讲，轴承是高度非线性部件，它们需要承受非常高的接触压力。哪怕是几何形状上极其微小的差异也会对轴承的运行造成影响，而这种微观层面的几何形状是轴承制造商通常想要保密的知识产权。”

这些特点为轴承模拟的用户造成不小困扰。Tillema说：“使用有限元工具的客户通常面临两种选择，要么过度简化，将轴承用一个简单的刚性环来表示；要么在不了解轴承设计细节的情况下试图建立一个更为详细的模型。” Tillema表示，无论哪种方式都会导致不可靠的结果。

模拟软件显身手

现在还有另一种方法。为了解决模拟难题，我们开发出能比现有方法更快地提供更优结果的全新集成方法。越来越多广受欢迎的模拟工具都能够使用SKF的数据和计算服务，包括最新加入的Ansys有限元建模系统。

Tillema介绍说：“根据不同的主系统，这些集成的工作方式稍有不同，但基本工作原理是相同的。” 这些原理基于模拟平台和SKF云服务器之间的后台无缝交互。

例如在Ansys集成中，用户首先通过一个用户友好的向导程序选择他们所选中的SKF轴承。该轴承在他们的建模中表示为一个专用物体。不过Ansys并不是依靠猜测或粗略估计来确定轴承的物理特性，而是通过访问SKF的服务器来精确表示真实轴承的刚度。

客户在他们的模型中使用真实的轴承参数，就可以通过模拟来评估完整产品的性能。Tillema解释说：“我们的计算考虑了轴承滚动体和滚道之间的接触，以及微观几何形状的全部细节，我们正在把轴承模拟从用户的系统中剥离出来，然后由我们自己来完成。”

用于Ansys的SKF轴承软件可以模拟SKF产品型录中约10,000种常见轴承中的任何一种，并且产品数据不断更新，以确保用户始终能够获得最新的、准确的信息。该软件支持两种建模类型，一种是针对优化后的静态分析，另一种是针对将谐波或振动作为重要考虑因素的动态分析。

集成人工智能

服务和软件的集成使设计工程师只需点击几下鼠标就能选择和模拟轴承，而即将推出的研发成果将使这一过程更加简化。Tillema说：“到目前为止，我们关注的是简化现有方法，但我们也在研究全新的办法，利用现代计算优化技术来应对轴承选型的挑战。”

他解释说，下一步需要创建工作流程，在为特定任务选择最适用的轴承时，实现决策过程的自动化。 SKF正在开发一些可以分析载荷、转速和其他运行参数的工具，并利用这些信息从SKF的数千种轴承产品中找到最合适的轴承。SKF轴承选型在线工具旨在实现电机应用中的轴承自动选型，这项新技术的首例应用程序最近已作为该工具的全新功能被推向市场。

随着工程师们每天使用的工具中嵌入了越来越复杂的专业知识，他们的工作将变得更快速、更简便，并且减少了反复试验。这将为终端用户带来更优质、更可靠的产品。而对于工程师来说，也许他们会有一些空闲时间可以花在“元宇宙”上。