《苦旅寻真》读书笔记1：仿真在现代工业中的应用

   “ 仿真技术在企业研发体系中的定位应该是什么样子？”

注：原文写于2021年1月。

收到了《苦旅寻真 求索中国仿真解困之道》这本书。在此之前，在安世亚太的号上已经多次连载过这本书中的很多内容，我也一直对这个话题很感兴趣。我以为的推送已经把这本书的内容剧透差不多了，但翻开书发现，书中的逻辑脉络还是比推送更全面，内容也更丰富。

接下来几天，我就一边读一边分享一些我的收获、体会和额外的思考。

当然……我只是一个学生，没遭过社会的毒打，很多想法经常会一厢情愿，比较幼稚，更是肯定不能和田总相比。只不过，如果不是里写出来的话，可能这些话就零零碎碎断断续续的变成我和身边朋友，师弟的聊天。和朋友的聊天倒还好，要是我跟女票聊天时候聒噪说这些……估计还没等我说完，她就要睡着了。

这一篇，以及接下来的读书笔记，如果读到文章的你有和我不同的观点的话，欢迎来找我聊聊呀

去年重读了《如何阅读一本书》。讲到阅读的四个层次，分别是基础阅读、检视阅读、分析阅读和主题阅读。

和许多其他同类书籍一样，第一篇总览全书，后面几篇分细节论述。

第一篇第一章先介绍了仿真在企业里的地位、现代工业仿真的技术和未来方向。然后针对大企业、中小企业和仿真自主研发的现状分别提出了面临的困境。

第二章讲，对于大企业，不缺软件，也不缺人才，但经常出现“大拿迷局”，同一个问题，大拿们仿真出来的结果不具有一致性和可重复性。最后导致“假仿真”，即使在大企业里，仿真也往往沦为动画制作的工具，为了给客户宣传“显得很专业的样子”。于是提出，破局之道是【综合仿真体系建设】。对应全书第二篇【迷途破晓：仿真体系修炼】。

第三章讲，对于中小企业，研发经费少，买不起那么多正版软件；人才不足，仿真深度不够；技术积累也不足，工程师难以完成仿真任务。所以提出解决方案是上云，建设仿真云平台和仿真APP。对应全书第三篇【云桥飞架：仿真生态衍进】。

第四章触及仿真软件自主研发问题。讲了国际上和国内的仿真软件如何同时起步却走了不同的道路。仿真自主研发面临重重障碍——1)技术不及；2)开发成本高；3)难以盈利；4)替换难度大；5)盗版猖獗。针对这些问题，后面提出了中国仿真自主发展的策略：高点起跳、基础免费、赋能开道、云化普及、人才聚合、政府推动。对应全书最后一章【天路漫漫：仿真自主征途】。

其实早在安世亚太读到推送的时候，我就和师弟打电话聊过好长时间这个话题。后面很多内容我都有些想法。但更多的东西等我读完以后再写，今天先写第一篇，主要是其中第一章的读书笔记。因为从第二章开始每章都对应了书里一篇展开的内容。

先从序和前言聊起。这本书的序是航空工业信息技术中心原首席顾问宁振波先生写的。宁振波先生2020年出版的新书《铸魂：软件定义制造》在得到电子书上也能读到。

前言开篇第一句“要么仿真，要么被打败！”掷地有声。早在2017年ANSYS用户大会上，田锋先生就发表过以这句话为名的演讲。我第一次下载读到这个PPT的时候，当时给我的感觉是……做仿真的嘛，总要宣传一下自己学科的重要性，这也是人之常情。搞内燃机的说内燃机不会轻易被淘汰，做电动车的鼓吹电动化才是未来……大家都这样。

（当然，作为仿真行业的一员，我当然希望仿真技术对企业越重要越好）

这本《苦旅寻真》书中第一章里的很多图片在2017年的报告PPT中都能找到，或许这些图片形成的时间要比2017年更早。接下来，我就不再按书里的逻辑和内容重复了，只写对我自己有启发的部分。

仿真技术，在企业研发中应该处于一个怎样的地位？

ANSYS在广告里说，Realize Your Promise，仿真技术能帮企业实现产品对用户的承诺。

Altair在广告里说，Simulation Driven Design，要用仿真和优化技术来驱动设计。

还有各种巨头（西门子、达索、欧特克 etc.）说，基于仿真技术又是实现创成式设计Generative Design，又是数字孪生Digital Twin，ESI集团在此基础上还提出了一个混合孪生Hybrid Twin……

理想很丰满，现实……大概也的确比较骨感。

很多中国的仿真工程师说，仿真是锦上添花，算不准，是试验的附属品。仿真是为设计做辅助校核的。有些人说，仿真学起来难，赚钱不多，职业又有天花板。

——为什么呢？

可以来看看设计研发的这个 V 字模型。对一个产品进行正向设计，在建立三维CAD模型之前，还有很多步骤。需要对产品进行需求定义、功能分解、系统综合等步骤。设计出产品的每个部分以后，要考虑如何制造，然后在部件层次、系统层次对产品进行多维度多方面的仿真和验证，最终验收得到产品。

但很多中小企业，往往是从仿制国外或者知名企业的产品入手。这个V字流程，起点不是需求定义，而直接是物理设计。拿到别人的模型甚至图纸，直接抄图画图，做逆向工程。画出来三维图以后，稍作修改，也不一定要做仿真，靠工程师的经验投入制造，最多迭代个几回，拿出来的产品也基本能用，而且很便宜。

——这其实不是一件很low的事。相反，这就是后发优势的真实逻辑。

因为从零开始研发、创新，不仅成本很高，而且是有很大可能失败的。创新的本质就伴随着不确定性，100个创新的想法，可能90个胎死腹中，剩下10个项目有9个最终失败了，只有1个成功脱颖而出在技术和市场上获得了成功。作为追赶者，即使我们花费巨资，比如那一个成功项目研发成本的一半以上，买到他们的一个产品然后仿制出来，或者买到他们的一些技术，那我们也是赚的。因为我们无需为剩下的9个失败的项目付出成本。以上观点来自北大林毅夫教授讲的中国经济课程，可能我理解的有些偏差，但事实上 仿制、以先驱者为鉴，就是处于追赶阶段的我们最理智的选择。

工业软件，尤其是仿真软件，它是今天企业进行正向研发的核心竞争力。但如果是相对较低端产品的逆向、仿制，则不一定需要仿真。基于已有的成熟产品型号，做小修小补的改进设计，仿真要来何用？

工业软件是制造业皇冠上的明珠（皇冠上的明珠好像有点多，发动机也是，芯片也是……嘛随便了反正皇冠上明珠又不止一颗）。它的全部市场规模不大，但却是各类大国重器研发当中知识含量最高的一部分。改革开放前，整个国家的工业体系主要靠计划经济扭曲供需关系，由举国的体制维持重工业和军工等先进制造业；改革开放以后，我们国家最初顺应自身比较优势，做的大部分是低端制造业，一亿件衬衫换一架飞机。如果整个国家的工业体系大部分都处在低端，那么高端的仿真软件怎么会有土壤呢？

但是今天，中国在很多领域已经从追赶逐渐变成了引领。中国的港珠澳大桥世界第一，中国高铁里程和技术全球领先。中国的盾构机、挖泥船、破冰船、深海探测器等大国重器频繁刷屏网络，嫦娥5号成功登月取土。在这样的转变下，中国大大小小各类企业，都逐渐开始对仿真软件有了越来越多的需求。

在正向研发和仿真驱动模式的体系下，企业对仿真的需求一定是逐渐增加的。

在《苦旅寻真》第一章中，提到了几个仿真应用的领域。分别是

1. 产品仿真

2. 工艺仿真

3. 试验仿真

   
   

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对于产品仿真，当前比较先进的技术之一就是拓扑优化和参数优化。基于现有的一个成熟产品，使用新的技术和工艺，提取其边界条件和指标参数，用优化技术对产品进行再设计。往往能在性能不降低、材料不改变的前提下，减重15% ~ 60%. 最让我印象深刻的一个案例是，航天某院武器系统（我无责任猜测这大概是个导弹？）壳体重量实现了50%轻量化，在动力系统明显落后的情况下，实现了航程、航速、精确性等方面对仿制对象的全面超越。

说到工艺仿真，各家软件公司也推出了很多专用工具。像Altair就有一大堆产品是专门做不同的工艺仿真的。Inspire品牌下也有好几个专用工具。

而工艺仿真方面比较尖端的就是对增材制造过程进行的仿真。

ANSYS和安世亚太最近几年也在宣传他们的增材制造仿真方案。ANSYS Advantage杂志里放了好多使用增材制造仿真来提高3D打印产品成功率的案例。读了这章感觉，增材制造仿真比我想象中的还更复杂，涉及宏观、介观、微观不同尺度下很多复杂的问题。

而到了试验仿真，常见的比如虚拟风洞、碰撞仿真、跌落仿真等都属于这个范畴。Discovery Live的案例库里就有虚拟风洞的例子，Altair也有Virtual Wind Tunnel等相对简便的工具用来做虚拟风洞分析。碰撞和跌落仿真，当然是LS-Dyna的天下。

至于未来，仿真技术会发展成什么样子，这件事能扯的就很多了。比如产品、工厂、城市的数字孪生，战场的仿真系统等。再结合虚拟现实，反正你就想吧。大部分技术基本都在实验室实现了，有些工业领域也已经引入了。对于我们来说是未来的东西，在很多行业先驱者那里，今天已经习以为常。比如下面这个。

ESI 虚拟现实技术帮助赛峰集团发动机公司获得科技创新奖

最近我还读完了一本书，《“芯”想事成 中国芯片产业的博弈与突围》。芯片、操作系统这两样东西和工业软件一样，多年来一直是从业者心中的痛。中国是一直想自己搞，一直没搞成。工业软件关注的人还相对少，芯片的产业链、关注度要更大一些。我们一直说中国“缺芯少魂”，有中国工业软件的大佬借用说这个魂是指工业软件，但其实它最初指的是操作系统。

中国芯是倪光南院士为之奔走呼吁，工业软件是钟万勰院士等人为之奋斗一生。但好在，今天的中国终于没有让老院士们失望。在芯片领域，我们有了龙芯、兆芯、申威、鲲鹏和海光，还有华为的麒麟、巴龙和昇腾系列。今天中国自主的工业软件，无论是CAE还是EDA，也都有了一大批自己的软件企业。即使是被卡脖子的芯片制造领域，其实也并没有看上去那么惨。中国除了光刻机，大部分其他芯片加工设备不仅能够自产，甚至很多都达到了国际先进水平。

今天发芽的小树苗背后，可能是过去十年、二十年如一日的辛勤浇灌。我相信，当然我想今天中国大部分的年轻人都相信，中国未来一定会比现在更好。今天中国的这些小树苗一样的企业，未来都会成长为参天大树。而且这一天应该没有那么遥远了。十四五规划里都明确指出，要发展现代产业体系，补齐产业链供应链短板。还要提升产业链供应链现代化水平，坚持自主可控。这些都是机会呀。

希望未来有一天，我也能有机会参与到这个进程中来。

共勉