《苦旅寻真》读书笔记2：仿真应该类比成什么？

       “ 仿真软件，是计算器、是生产工具、还是高价的资产？”

承接上一篇《苦旅寻真》读书笔记1：仿真在现代工业中的应用。但这一篇，大部分内容都属于夹带私货，是我自己的一点胡思乱想。毕竟只重复书里内容实在没啥意思，我写的也肯定不如田锋总详细、完善。

01

买了软件，为什么用不上？

苦旅寻真第一篇第二章讲到大企业仿真的现状。出现“大拿迷局”——两个大拿，做同一个问题的仿真，结果不同；同一个大拿用不同软件做仿真，结果不同；而且他们的结果和实验结果都不同。简单来说就是仿真的结果不具有一致性、可重复性。破局方法就是建立整个公司的仿真研发体系， 制定仿真规范。以破解“花了高价买了很多种仿真软件，大部分功能却没用起来”的困局。

这个“大拿迷局”我们之后再吐槽，今天单聊一聊，为什么我们愿意花高价购买仿真软件，却没有能用好呢？我的理解是，我们把仿真软件当成了一种简单的工具、一种固定资产。

软件商总是告诉你他们有多么强大的功能，

却不负责告诉你怎么把这些功能用起来，真正变成企业的竞争力。

其实，从买了软件，到把仿真软件的功能用起来，真正指导产品的设计，之间还存在着巨大的鸿沟。我想，原因之一就是，大家对软件的理解，可能有各种各样的偏差。

02

类比

万维钢老师在2020年12月08日的精英日课专栏发布过一篇日课，题目是《科学思考者：神来之类比》。所谓类比，就是寻找不同事物之间的相同点。明明是不同的事物，却能看到它们之间的相同点，发现它们其实是一回事，这是一个非常高级的能力。这需要从表象看到本质，是目前的人工智能暂时还不具备的一种思考方式。

一个好的类比，能够非常有效的帮助人们理解一件陌生事物的性质。但类比也有风险，会让人陷入类比的对象中，反推出原有事物并不存在的一些性质。很多说理性质的古文就都犯了类似错误。比如有人把男女之情和磁铁做类比，说”同性相斥，异性相吸“，并据此推出同性别的两个人在一起必定合不来，甚至论证同性恋是违反自然天性的行为，这就不是一个好的类比。人类情感和磁铁是两码事，你不能在这件事上强行类比。但是，这不妨碍我们用“异性相吸”来类比男女之间的吸引。

一个类比好不好，不在于它够不够精确，而在于它能不能给你带来好的启发。

那么，工业软件，具体一点CAE仿真软件，以它的性质来说，应该类比成什么比较合适一点呢？

03

计算器还是编程语言

对仿真软件，存在很多种类比。下面我就把我能想到的和我听到的，都列举一下。

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有人说，仿真软件就像是个高级计算器。因为它背后的理论都是公开发布的，有限元软件只是把学者们发表的论文用代码实现出来，让你方便使用，而不需要自己编程实现了。

这个类比是有启发的。既然是个计算器，那它只会根据你给的输入，忠实的给出它的输出。无论仿真软件发展到何种高度，最终为计算结果的精度负责的，都应该是使用软件的那位工程师，而不是软件。如果你声称你算的不准是因为软件不行，那么在90%以上的情况下，事实都不是软件不行，而是你这个人比较菜。（来自前两天技术交流群里的真实案例。当然……我自己和我实验室的同门师兄弟们也多次亲身体会过这个道理。刚骂过某软件垃圾 算的不准，过两天总会发现是自己没设置好）

但这个类比的毛病要比它带来的启发更大。如果仿真软件是个高级计算器的话，那意味着你作为使用者，需要完全或者至少大部分了解它背后的理论原理。代表你即使没有这些商业仿真软件，你自己列式手算或者自己写程序，也能求出这些有限元问题。无非是花的时间长了那么 亿点点 而已。

这个类比还意味着……如果它仅仅是个高级一点的计算器的话，我们根本不需要担心在仿真软件上被人“卡脖子”，对不对？既然大多数理论都是公开的，今天中国软件行业那么发达，程序员那么多，如果真的被美国禁用卡脖子，找一帮天才程序员照着几十年前的论文和教科书自己实现一个不就好了嘛。简直是仿真版的“我要创业，有个好想法，就差程序员了”。

我不知道在群里说仿真软件是个计算器的那位朋友，自己能不能手推出一个包含四根杆单元的结构的总体刚度矩阵。反正我今天这个技能是已经退化掉了。

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还有人认为，动辄几十上百万的仿真软件是高端的制造业“软装备”。如果我没记错的话，这个观点我应该是在程耿东院士的PPT里面见到过。

这个类比给我们的启发是，既然是重要的高端装备，那就是大国重器了。仿真软件关系到国家工业实力，关乎制造业转型升级，是国家软实力的体现，也是国家科技核心竞争力之一。既然是大国重器，我们就要以新型举国体制，不懈努力，持续攻关，一定要把这项技术掌握在我们自己手里。

上面的说法都没错。但是私以为，把仿真软件类比成一种装备，也容易产生误导。最大的误导就是前面提到过的，以为只要买到了最新的仿真软件，经过简单的操作培训，企业就如同拥有了最先进的机床、最新的CPU一样，能够很快实现仿真替代实验、最终用仿真驱动研发创新的目标。

可是……事实上大家装过ANSYS的同学都知道，安装的时候那么多模块，初学者总是想着，要不都装上吧，万一以后能用上呢。结果往往是，软件更新了四五个版本，那些你不会用的模块，你还是一次都没有点开过。此处有位Matlab用户路过，并点了个赞。

《苦旅寻真》书里就多次提到，仿真体系的建立，不是仅仅花高价购买软件就结束了的。花了高价买了软件，并不能直接让企业的研发能力得到提升。这就如同你买了书不读 相当于没买一样。

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从工业的视角出发，可以把CAD，CAE和CAM放在一起，统称CAX。很多从业者因此把有限元软件和CAD软件类比，或者就像程序员的编程语言一样，属于生产力工具。如同PhotoShop、illustrator之于平面设计师、3ds MAX、C4D等之于动画设计师、SAI之于漫画家、SolidWorks之于机械工程师一样，ANSYS这类仿真软件 也是有限元工程师的生产力工具。很多培训的思路差不多就是这样，就像各种其他软件 如SolidWorks的视频课一样，很多培训机构也会录视频讲讲ANSYS等有限元软件的操作。然后说掌握了ANSYS软件就能找到怎样怎样的好工作。

把仿真软件类比成生产力工具，和前面那些类比就有了一个非常本质的差别。作为程序员，你使用的语言、库函数和IDE（集成开发环境）是你的生产力工具，但是你用比如Python语言写出来的程序，是你自己的智力成果，是你自己的产出。作为设计师，你使用C4D等工具完成的动画，知识产权完全属于你。那么，作为有限元分析工程师，你使用各类有限元软件建模、划分的网格、完成的分析，你所开发的整套分析流程，甚至基于它完成的二次开发，基于某款软件开发出的实体产品，整个分析流程和产品数字模型的所有权和知识产权，都归你所在的企业所有。

再进一步，如果你用这个软件实现了什么功能，开发出了什么新产品，那么主要的功劳应该归功于完成了这一分析流程的使用者——你，而不是这款仿真软件。

我认为，这是把仿真软件类比为生产力工具，带给我们的最有用的启发。

Altair在公众号上宣传过法国某大学基于Radioss求解器开发了一套人体下肢生物力学模型。事实上LS-DYNA有更多类似的生物力学模型。ANSYS Fluent推出新版本的时候，宣传Fluent Meshing用的图有一张著名的戴头盔的骑行者的外流场网格划分图。

https://www.ansys.com/zh-cn/products/fluids/ansys-fluent/mosaic-meshing-technology

这些模型……就和Auto CAD、SolidWorks等软件启动界面上放的模型图一样，就是软件商的广告。他们只负责告诉你他的软件【能做】这么复杂的分析，却没有告诉你这样的分析项目需要什么样的知识背景，需要花多长时间，花费怎样的精力去调试。如果你也能用他们的软件完成类似难度的仿真，你可能会被软件商邀请放在官网上作为典型案例去宣传的，甚至可能进入类似SIMULIA Champion、ANSYS名人堂之类的名单。有这样水平的软件应用人才，不说凤毛麟角，至少在全世界范围内也是不太多见的。

对我来说，相比起把有限元软件当作一种高端装备，我还是更喜欢把它当成生产力工具。这个类比最重要的意义就是让外行一听就能明白，购买了软件和把软件用好，是完全不同的两个概念。大概就和谷歌开源了TensorFlow，跟你的公司用上人工智能技术加速商业落地之间的距离差不多。关于这一点，我还专门讨论过，有限元CAE与人工智能的相似之处。

但是我们也都知道，无论把仿真软件类比成PS、CAD这类画图\建模软件，还是类比成编程语言，其实都有各自的局限。把仿真软件类比成建模软件的问题在于，今天的PhotoShop和三维建模等软件大部分功能 在很大程度上是所见即所得的。CAD类的软件，例如我之前介绍过的Inspire Studio，我个人觉得就几乎完全不需要教程视频和帮助文档。每一个功能自己点击试一试就好了。但是换成Abaqus，每一个看似人畜无害的选项背后，都有理论背景支撑。你如果完全不懂什么是减缩积分，什么是单元的阶，那么当你看到单元类型选项的那些选框的时候，你不可能仅通过点点鼠标看看结果就明白这些功能的作用。

把仿真软件类比成编程语言，局限则正相反。今天大部分编程语言都不需要付费购买，恰恰相反，Python这类语言和Python社区里天量的库函数，基本都是免费且开源的。开源的仿真软件不是没有，非常著名的比如OpenFOAM，Calculix等等。但它们的前后处理功能往往都很不完善，对用户十分不友好。

FEM之求解器---开源求解器简介

今天仿真软件的使用者们大部分还是不需要编程的。和编程语言（或者某语言下面的一些库函数）相比，仿真软件还是更多的把算法封装起来，留下了精美的用户界面。只有在使用一些高端功能的时候，才需要用命令或编辑输入文件的方式，与商业软件的求解器进行直接交互。

04

后记

说了这么多，其实相信大部分从业者都知道 ，CAE就是CAE，上面的任何一个类比都不能完全 、准确地描述CAE这个行业、这类软件工具的特点。但是在向领导、老板，尤其是之前没有接触过CAE的企业家介绍CAE的时候就不一样了。使用类比理解世界是人类的天性，将一个陌生事物类比到某个已知的事物上去，是每个普通人的大脑在认识世界时候的默认选项（比如披萨不就是馕加点肉馅）。类比能节省人的认知带宽，能帮助你用最短的时间理解一件新事物。

但是如前所述，类比也会让我们的认知产生偏差，任何类比都有它的局限。如果你只懂得一种类比，那有可能你对这个新事物的认知，在很多年里一直都是 存在偏差的。

最后，非常感谢你花时间读完了我的胡思乱想。很抱歉， 虽然这个想法是我读这本书的时候萌生的，但这篇文章跟《苦旅寻真》这本书的关系并没有很大。那么，你有没有什么更好的类比呢？在你眼里，你觉得仿真软件更像什么？你会怎么向你的领导、你的朋友，简要的介绍什么是有限元仿真呢？

很期待能和你聊聊