工業軟件為什么這么難做,工業控制軟件 _工業軟件為什么難

工業軟件中幾乎最難啃的三座大山，就是CAD、CAE和EDA，大山中間還穿插了許多小的丘陵，如CAM、拓撲優化、工程數據庫等。工業軟件這三座大山，是人類基礎學科和工程知識的集大成者。
盡管它支撐了整個工業的體系，但它的市場份額卻小的可憐，不拿顯微鏡，是找不到它的存在。然而它自身的構成，分別是令人望而生畏的數學、物理、計算機和工程經驗。沒有一種產值如此微不足道的工業產品，卻需要有如此漫長的生命軌跡。從大學的數學方程式開始出發，經過漫長的物理機理的冶煉、計算機科學與技術的萃取，最后還必須經過工程知識的淬火，才能成為一個成熟可用的工業軟件產品。
【工業軟件為什么這么難做,工業控制軟件】

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圖1：工業軟件的技術圖譜
四大技術圖譜就像四座護法金剛，形成了深不可測的技術鴻溝。這對于任何一個工業軟件企業，十年發展的沉淀，那還只是開始。這條路，太漫長了。
數學基礎需要扎實
工業軟件首先要有良好的數學基礎。計算機輔助設計軟件CAD這個學科的淵起和發展，主要是數學的一個分支微分幾何突破之后，進化出了一個新學科——計算幾何，孔斯、弗格森、貝塞爾等為CAD，CAE，EDA等軟件所依賴的3D幾何造型提供了強有力的理論基?。詿嘶∩戲⒄蠱鵠吹腘URBS相關曲線曲面理論和算法是目前大部分商用軟件所使用幾何引擎的關鍵技術。
而仿真分析軟件CAE無論對于數據的前處理和后處理，還是各種求解器，對數學也有很高的要求。
前處理不僅僅是數據導入、模型修復和顯示，很大一塊是網格剖分的能力，這部分的技術門檻不低。算是CAE領域后起之秀Altair作為有幾十產品的上市公司，至今前處理軟件HyperMesh還是最重要的旗艦產品，貢獻了公司最多的收入，也是在CAE領域站穩腳的基石。后處理在大規模的數據處理和直觀、動態、炫酷可視化展示方面也有很多需要研發的內容，尤其是在B/S架構下，如何通過Web頁面快速高質量加載巨大的CAE計算結果，會是一個巨大的挑戰。
工業強度的網格生成算法不僅有很深的理論問題，也有很大的程序開發工作量。德國的斯杭博士在德國開發Tetgen，從2000年左右開始一直只做這樣的一件事情，堅持了20年，才有了和商業四面體引擎ghs3d競爭的能力。同樣法國Distene公司開發的MeshGems系列網格剖分系統被廣泛用于商業CAE軟件，最早來源于INRIA（法國國家信息與自動化研究所），十幾個研發人員也專注開發了近20年。
工業軟件這條路上，盡是寂寞的黑夜中的探索。
在NASA公布的CFD VISION2030戰略咨詢報告中，網格生成是單列的五項關鍵領域之一，并被認為是達成2030愿景的主要瓶頸。就在這樣一個高難度的領域，國內很多軟件都是裸奔，依靠Gmsh之類開源算法無法滿足客戶定制改進的要求，很難做到工業應用主流中去。
優化也是普遍性的數值方法，包括優化理論、代理模型等，是求解復雜工程問題的基礎，更不用說對各種路徑規劃所涉及的矩陣理論、泛函分析、動態規劃、圖論等等，無不是多約束條件下的多目標自動解空間尋優，背后都是數學王國建構的基礎之基。
各種CAE、EDA軟件中需要多種計算數學理論和算法，包括線性方程組、非線性方程組求解、偏微分方程求解、特征值特征向量求解、大規模稀疏矩陣求解等都需要非常深厚的數學基礎。如果不能熟練運用各種數學工具，對物理場的建模也就無從談起。