工業軟件為什么這么難做,工業控制軟件( 二 ) _工業軟件為什么難

物理場面臨著多種挑戰
頭疼的數學之后，接著是頭疼的物理。這是仿真軟件、EDA軟件需要突破的地方。工業技術的源頭，是對材料及其物理特性的開發與利用。因此，對多物理場及相互耦合的描述與建模是各種仿真分析軟件的核心。
而工業軟件由于要解決的是真實的大千世界，所有看得見、看不見的物理場，都在按照各自的機理自由游蕩。工業軟件必須要跨越十分寬廣的學科光譜，跨越了錢學森科學技術體系的基礎科學、技術科學、工程科學、工程技術，而且也會包含大量的經驗、訣竅等“前科學”知識。具體而言，任何CAE軟件在市場上存身的根本都是其解決結構、流體、熱、電&磁、光、聲、材料、分子動力學等物理場問題的能力，每種物理場都包含豐富的分支學科。
仿真分析軟件CAE的求解器由物理算法組成，每個專業領域都有一堆問題求解算法，不同領域如電磁、結構、流體的求解器處理機制，完全不同，基本沒法通用；另外一方面，跟FEA有限元方法有關，采用的單元類型不同，問題求解算法也不同。因此，雖然也有第三方的求解器，但無法像三維CAD軟件領域那樣形成通過出售幾何建模引擎和幾何約束求解引擎獲利的商業模式。
以結構為例，為解決結構設計的問題，有可能會涉及到理論力學，分析力學，材料力學，結構力學，彈性力學，塑性力學，振動力學，疲勞力學，斷裂力學等一系列學科。在這個基礎上，主流的CAE軟件都支持結構優化功能。相對于傳統的CAE的僅限于評估設計是否滿足要求，結構優化軟件在創成式設計等先進技術支持下可自動生成更好的結構輕，性能優、裝配件少的更優設計。

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圖2：物理場之上的工業模型（來源DARPA）
由于現實世界的發展要求，產品的智能化提高導致的復雜度提高，往往產品本身涉及多場多域問題。物理場有太多的組合，相互之間又干擾不清。這些復雜的問題，既要深刻理解學科自身的物理特性，并對這些學科物理特性所沉淀的學科方程，如電磁的麥克斯韋方程、流體力學的伯努利方程、納維-斯托克斯方程等等，深刻理解之外，還要對實際工程應用領域的多物理場交織耦合環境能夠快速解耦，讓不同學科不同特質的特征參數迭代過程中能夠互為方程組求解的輸入輸出，以便對多場多域的工程問題進行優化。
隨著現在需要處理的模型規模越來越大，模型本身也越來越復雜，現有國際上大型商業CAD、CAE、EDA中使用的幾何建模引擎和幾何約束求解商業化組件產品（包括InterOp、CGM、ACIS、CDS、Parasolid、D-Cubed等）廠商達索系統、西門子等也在不斷跟進最新的計算機技術。比如最近也在采用多線程技術不斷改進之前的算法，用于大幅提升模型導入、模型修復、縫合、實體建模、布爾運算、面片化以及約束求解的效率。
輪到了計算機科學
正如當年圍繞機床的“數控技術”，很快就演變為“計算機數控技術”和“計算機輔助設計”一樣，工業軟件的誕生和早期發展受到計算機與多媒體硬件進步的推動，之后又隨軟件技術、互聯網、計算模式的浪潮起伏。工業軟件是軟件，但它是硬件設備高度融合。二者無法分類，也不能相互修飾，就像兩口子的結婚照，少了任何一張面孔都是不可想象的。工業軟件，不可能忽視計算機科學與技術的問題。
這其中涉及到計算機硬件技術自身的迭代進步，從大型主機（Mainframe），到工程工作站，再到PC，最后來到云計算，甚至到未來的量子計算與普適計算，每當先進的計算技術出現，與之相匹配的工業軟件，就會以鮮明的時代特征，出現在工業界的面前。