仿真“大拿迷局”的真相
在《中国仿真能级到底有多低》一文中，我们提到大拿迷局，认为该迷局形象地反映了中国仿真的现实和困局，是导致“假仿真”的主要原因。方便参阅，此处再重播一下这个迷局：
对同一个问题，使用同一款仿真软件，两个大拿做出来的结果不同！
同一个大拿，用不同的软件，做出来的结果不同！
用试验进行验证，发现这两个仿真结果与试验都不同！
很多读者肯定想问：那大拿迷局是怎么形成？其背后的真相到底是什么？为什么两个都是大拿，做出来的结果却不同，而且两者和试验都不同。既然两个软件都是被确认的可信软件，为什么他们的结果也不同，两者与试验还不同？那是不是代表这两个软件还是有优劣区分？
想弄清楚大拿迷局的真相，我们需要先回到仿真本质。仿真的本质是：建立反映真实世界的数字化模型，利用这个模型进行计算，获得真实世界的功能和性能参数。因此，仿真过程有项重要工作——模型化。你肯定也听说过设计需要建模，但仿真模型化和设计模型化的要求是相反的。设计模型化的目的是为加工服务，所以要求事无巨细地反映产品的每个特征，绝不遗漏任何细节。而仿真的模型化目的是提取出功能和性能参数，需要通过物理学原理计算而来。所以仿真的模型化恰恰要求简化，把只反映物理学本质的特征留下来，删去其他特征。多出来的细节不但无助于提取参数，反倒会产生坏影响。其实产品中的很多细节为了加工、维修、使用而设计的，譬如导油槽、维修孔、扶手柄等。这些特征并不反应物理学实质，但如果将他们加入计算，会徒增工作量，计算规模也无意义地提高，拖累计算。
有时，有些结构确实影响物理学响应，但如果按照真实结构来建立，一方面没必要，另一方面也会拖累计算，所以经常用等效结构，譬如梁壳单元、质量单元、弹簧单元等。这种结构在真实世界不长这样，但仿真模型中可以用这种结构来等效其物理学响应。
对于不同物理学问题的计算，其仿真模型也不同，因为不同物理学的本质不同，所需要保留的模型也是不同的。譬如用于结构计算的模型需要保留反映固体力学特征的模型，不会保留空气、水或油这样的介质。而流体力学正好相反，主要保留反映流体力学特征的空间，譬如空气或水油等。如果不考虑传热或者流固耦合，结构模型就不用建立。电磁学问题则关注导体和电磁源，对非导体一视同仁，不区分哪里是塑料、哪里是橡胶、哪里是空气，因为他们对计算结果只有微小的影响。但在结构计算中，他们的影响可就大了。
即使是相同的物理学问题，简化出来的几何模型是一样的，仍然有单元类型和具体参数的选择、网格密度分布等问题。此外，还有材料属性的选择问题。物理世界的材料模型有很多种，其属性参数并不完全清晰，往往需要在各种材料模型中做两难选择，在属性参数上也要抓耳挠腮。
仿真中的边界条件（载荷、激励和约束等）和初始条件其实也需要被简化。真实世界的边界条件和初始条件是复杂的、模糊的、混沌的，但在仿真时必须明确下来。有时候真实边界条件无法施加到数字模型上，则需要用等效模式。真实世界的边界条件和初始条件中还有很多干扰，这些干扰并不是核心影响因素，需要在模型化时简化、等效或者干脆忽略。
总之一句话，仿真的模型化贵在简化和等效。简化和等效之后肯定不能反映真实世界，所有计算结果和真实世界就都会有偏差。所以仿真必然是假的，不然怎么会用“仿”字。这就是仿真结果永远不可能与真实世界一致的原因。凡是追求或宣称追求与真实世界一致的所谓“精度”的人，如果不是他傻，那么就是自欺欺人，或者是想欺骗他人。
如果对产品的物理原理的理解没有偏差的话，那简化和等效方案是不是就一种？不同的人模型化的结果是一样的？答案是“非也”。只要符合物理学的规律和原则，同一个问题的简化和等效方法可以有很多，每一种都有其优势和劣势，都有其适合的场景，但这种场景之间的边界也有可能模糊。所以，不同的人选择不同的简化和等效方案，都是有道理的。只要不违反原则，就可以使用。但不同的等效方法，计算的结果与真实世界的结果偏差程度不同。有些场景下，某种方法偏差可能是10%，另外一些场景下可能是15%。偏差方向也不同，有些是偏大，有些是偏小。但这些偏差都是合理的，被允许的。这就是为什么不同的大拿对同一个问题用同一个软件做出来的结果却不同，因为他们选择的模型化方案不同。这种不同在一个模型中可能存在很多处，但他们都有道理，都是允许的，但计算出来的结果就是不同。这些结果都毫无例外地域与真实世界有偏差。
但如果相同的问题，用同一种模型化方案，计算出来的结果肯定一致的，与真实世界的偏差方向和偏差程度也一致。那些经验满满的大拿们对此心知肚明，不然他也称不上“大拿”。既然知道这些偏差，大拿一方面会修订自己的模型化方案，另一方面对仿真结果做一些“手脚”，其实就是计算结果再处理，在后处理中对结果进行一些修订，使它接近试验结果。同一类型的仿真做多了，你会发现，某大拿给出的仿真结果与试验结果越来越相似。大拿就此“封神”！
以上现象也会发生在不同仿真软件之间，尽管这些软件都是公认的好软件。不同软件采用的几何建立、网划分格、载荷处理、矩阵计算等底层算法的基本理论有可能不同，因为这种算法有很多种。即使是一致，其计算策略也会有所差异。这种不同和差异，只要不违反物理学原理和原则，都是允许的。但对于完全相同的模型化方案，即使是相同的人，用不同的软件做出来的结果也会有所差异。这解释了大拿迷局中的“对一个问题，同一个人用不同的软件做出来的结果不同”的原因。在不同软件之间游刃有余的大拿也深谙这种区别，所以，也会做适应性地调整。这种大拿就是“大神”级别的了。
前面讨论的都是模型、软件和人的问题，现在看看试验，既然大拿迷局的第三句话是仿真结果与试验的对比，似乎试验就是真实世界。其实，当你思考更深入的时候，也许会问一个惊世骇俗的问题：试验的本质是什么？在真实世界中的试验是不是就是真实世界？
对喽，这句话探到了另外一个实质：仿真替代试验。其实，试验并不能代表全部真实世界，只能代表它自己所占据的那点真实世界。本质上讲，试验也是对真实世界的仿真，也就是所研制的产品将要运行的那个世界。在试验中，试验对象、试验环境以及初始条件都不是产品将来运行的那个真实世界，也是一种模拟。所以试验也存在前文针对仿真所谈的“模型化”中的所有迷思：简化、等效、边界条件、初始条件、材料、试验台（对应仿真软件）、试验人员等等。
也有人说，仿真是虚拟的试验。看看，其实仿真和试验是对等的两个东西，没有高低贵贱之分，只有先来后到之别。既然试验不能代表全部真实世界，也是一种仿真，那当然也不能作为判断仿真结果的判据。因此，大拿迷局的第三句话其实是增加了一种新的仿真场景，发现在这个新的仿真场景下，他们也不一致。
既然你在仿真，我也在仿真，那必然有一天不是东风压倒了西风，就是西风压倒了东风。所以，“仿真替代物理试验”才是个有意义的话题。没人说仿真替代真实世界，至少目前还没有，除非哪一天元宇宙真的玩大了。设计人员更信赖试验，愿意将试验作为他们的设计依据，是基于社会技术学的试验体系比仿真体系更完备，应用更成熟和有效，经常发现试验还是能准确预测真实世界的。所以，仿真何时能替代物理试验，我想我们也应该有结论了。
