物理设置正确就能保证仿真结果可靠吗？

物理设置正确就能保证仿真结果可靠吗？

       准确性是建模仿真永远绕不开的话题，尤其是在实际工程场景下，只有仿真的可信度足够高，才能够产生实实在在的工程价值。否则的话，仿真在工程项目里面就只是一个可有可无的点缀。然而，在实际场景下想要达到较高的可信度往往是一件非常具有挑战性的事情，甚至，很多仿真工程师从事仿真工作多年后，依然没有仿真可信度分析的习惯，有些工程师甚至不知道如何来分析仿真结果的可信度。因此，很多 “有经验”的仿真老手，在经历过太多仿真跟实际无法吻合的案例后，渐渐的连自己都不相信仿真的结果。相反，在很多刚接触仿真的新手眼里，仿真技术似乎是是无所不能，对仿真技术抱有极大的热忱，对仿真的结果深信不疑。其实，仿真技术既不应该被神话，也不应该被盲目diss。仿真只是一种科学/数学工具，工具本身无所谓可不可信，使用工具的人（使用的方法）才是对结果可信度影响最大的因素——武术没有高低之分，习武的人才有强弱之别。

      在实际工程应用打磨中仿真技术已经摸索出一套操作性极强的流程化方法来提升/保证仿真的可信度。首先，在工程问题的物理图像抽象过程中需要仔细分析，确保抽象出的物理图像能够抓取到实际问题的核心部分，这一步最为关键，否则物理图像都抽象错了，后续做再多的努力也是徒劳的；其次，在建模输入环节要仔细分析输入信息的可靠性、自洽性和合理性。这两步是保证仿真可能准确的必要前置工作，但是很多时候由于工程场景的复杂性，这两步没有办法完全得到保证，这个时候就需要引入一些后置环节来侧面“抽检”仿真结果的合理性和可靠性。一般情况下，如果我们在仿真的过程中前置步骤和后置步骤都准备的比较到位，仿真结果的可信度就会大大提升。相反，如果这些环节中做的不够充分，有些情况下也会发生难以察觉的较大误差。下面我们就用一个简单的案例，来跟大家简单演示一下这种情况。

      这个案例的场景非常简单，就是模拟一个导体棒施加电流的物理过程。

      我们打开COMSOL软件

      这里选择三维

      物理场我们选择AC/DC模块下面的电流物理场

      研究方式的话，用瞬态或者稳态都可以

      在模型开发器窗口，右击几何，选择长方体

      构建一个长宽高分别是1、1、2毫米的长方体

      接下来，把长方体分成两层，分层高度1mm

      接下来配置物理场，在电荷守恒节点，电导率输入100，相对介电常数设置为1

      右击电流物理场，添加一个终端和接地边界，接地边界选择长方体下层的左侧边界

      终端边界选择长方体上侧边界，电流设置为1A

      到这里物理场就设置完成了，然后，我们右击组件1下面的定义，添加一个积分算子

      积分边界选择1

      接下来我们就可以点击计算按钮，进行计算了

      计算完成后，会生成一个默认的电势绘图，整体电势的分布情况其实是符合物理原理的，说明仿真的结果定性上是合理的，但结果的数值可信度如何呢？比如我们想计算接地端汇集的电流大小，用这个模型能够计算准确吗？其实对于这样一个简单的案例，即使不做仿真，借守恒定理也能知道接地端的电流跟终端绝对值一样，应该是-1A。那模型计算出来会是多少呢？

      我们在结果里面加一个全局计算，然后使用前面定义的积分算子来计算一下。计算结果是-0.85A跟真实值之间差了15%！

      所以通过这么一个简单的案例大家就可以发现，有些情况下，即使我们的物理图像抽象完全准确，输入信息准确可靠，物理设置完全正确，仿真结果也依然可能非常离谱！

      这个案例算不准的原因并不是我们的理论认知、或者建模操作上有问题导致的，而是软件的数值计算引入的误差。糟糕的是这个案例虽然简单，但是他反映出来的问题在实际工程场景下却是非常普遍的，针对这种简单的情况我们还比较容易分析出来结果的可信度，但是同类问题，稍微复杂一些，我们就很难发现结果的偏差到底有多大，从而对实际工程带来很大误导性。当然，这个问题的解决方案也有很多种，感兴趣的用户可以查看我的视频课程《物理设置正确仿真结果就可靠吗？》。

      其实要想真正做好仿真的话，对仿真工程师的要求还是很高的。仿真工程师需要有扎实的理论功底、丰富的工程经验、严谨缜密的逻辑同时对软件/数值计算原理有一定的了解才能够真正运用好仿真工具，使结果受控，可信。否者，仿真的结果如果处于非受控状态，那什么样的结果都有可能出现，从而完全失去工程指导意义。

最后，也给大家留一个思考题：实际工程场景下一份完整的仿真报告需要包含哪些部分，才能够输出给需求方进行交付呢？