CAE杂谈 （一） 仿真是研发战略的转变

2018年10月1日，是我在西门子的第一天。

也许注定要和西门子结下不解之缘，2013年我从安世亚太离职加盟CD-adapco，三年后CD-adapco被西门子收购，因为前途的不确定性，我选择离开CD-adapco加盟Mentor，一个月后，西门子又全盘收购了Mentor，整合期终止在2018年9月30日。屈指算来，自2005年加盟安世亚太之日起，到如今我在这个行业已经干13年了。

所以我把这个订阅号命名为“西门吹CAE”，所言非干货，纯属个人偏见，请诸君斧正。

最早的CAE是从结构求解器开始的，后面逐步扩容至流体，电磁等领域，也有人的划分方式是把CAE特指结构软件，而流体叫CFD。总体说上，CAE是用计算机软件辅助求解产品的结构、流体，电磁等多学科领域的参数设计模拟及优化的一种近似数值分析方法。大白话就是，用软件来做实验。

工程实验是产品研发的主要方法，大发明家爱迪生就是一个实验大师，做实验其实就是试错，一个问题，先假定一个设计，做实验，折衷或改变方案，再实验，直到找到解决方案为止。如下图；

图一 试错法

工程实验在产品研发过程中的作用是不可替代的，但是随着工程问题的复杂，实验的难度越来越大，成本也越来越高，产品研发的周期也越来越不可控。

现代仿真技术给企业带来新的思路，仿真的好处显而易见：

• 减低研发成本（license价格不菲，不过是一次投入，使用时只是付一个电费）

• 缩短研发周期（配上好的机器，可以做大量的仿真）

• 不仅能得到结果，过程数据也非常容易得到；

• 概念设计阶段也可以做仿真；

• 可以定义产品开发的最佳实践；

• 容易标准化和流程化，有利于知识管理和传承；

• 配合企业的技术路线图，可以提前探索前沿技术的未知领域。

缺点也接踵而来：

• 需要专业人才（人很贵）；

• 需要购买软件（软件也很贵）；

• 需要仿真人员和设计人员之间的有效协同；

• 需要对仿真的可靠性和鲁棒性做详细的认证。

自从CAE产生以来，仿真精度的问题一直是被业内诟病最多的话题。有一句话是这么说的——“所有人都不相信仿真的结果，只有仿真的人自己相信，而所有人都会相信实验的结果，只有做这个实验的人自己不相信”。

做CAE软件销售多年，常常会听到客户的责问——“你这个软件精度如何？”

我想说的是，作为一个成熟的商业软件，其求解器是根据业内公认的数值算法开发出来的，精度大多数都不是问题。仿真误差的主要来源应该是仿真建模和参数输入。

而且仿真并不是精度越高越好。产品不同的研发阶段，对仿真的要求也有一些差异。

图二 不同的仿真目标

因为在同等的条件下，仿真精度和资源的投入成正比，而实际上，我们不必每次都投入大量的资源来做仿真，“恰到好处”才是最好的选择。

这个时候，企业的研发负责人就会问出一些问题：

• 我希望仿真在企业的作用是什么，我们企业需不需要做仿真？

• 如果要做仿真，如何建立企业自我的仿真体系？

• 仿真体系和其他研发体系之间关系是什么？

仿真的技术如何能成为设计过程中参考或者指导的依据？这需要一个过程，企业通常从简单的仿真工作开始，通过大量的工作，建立仿真和实验紧密结合的研发体系，从而实现仿真驱动设计这样一个终极目标。V&V流程包括对真实对象的抽象化，仿真，实验，仿真和实验的标定。，Verification 发生在仿真内部，Validation发生在仿真和实验的之间的标定。

一旦仿真流程合理，误差可控，恭喜您，您可以用软件来做实验了。

图三 企业仿真体系建设

个人认为，仿真有其不可替代的魅力，“虚拟探索，物理验证”将成为未来企业的常规研发手段，首席数字官（CDO）将是举足轻重的职位，如何建立企业自身的仿真体系，将是企业成败的关键。

这是一个战略的转变。