工业软件为什么这么难做,工业控制软件( 二 ) _工业软件为什么难

物理场面临着多种挑战
头疼的数学之后，接着是头疼的物理。这是仿真软件、EDA软件需要突破的地方。工业技术的源头，是对材料及其物理特性的开发与利用。因此，对多物理场及相互耦合的描述与建模是各种仿真分析软件的核心。
而工业软件由于要解决的是真实的大千世界，所有看得见、看不见的物理场，都在按照各自的机理自由游荡。工业软件必须要跨越十分宽广的学科光谱，跨越了钱学森科学技术体系的基础科学、技术科学、工程科学、工程技术，而且也会包含大量的经验、诀窍等“前科学”知识。具体而言，任何CAE软件在市场上存身的根本都是其解决结构、流体、热、电&磁、光、声、材料、分子动力学等物理场问题的能力，每种物理场都包含丰富的分支学科。
仿真分析软件CAE的求解器由物理算法组成，每个专业领域都有一堆问题求解算法，不同领域如电磁、结构、流体的求解器处理机制，完全不同，基本没法通用；另外一方面，跟FEA有限元方法有关，采用的单元类型不同，问题求解算法也不同。因此，虽然也有第三方的求解器，但无法像三维CAD软件领域那样形成通过出售几何建模引擎和几何约束求解引擎获利的商业模式。
以结构为例，为解决结构设计的问题，有可能会涉及到理论力学，分析力学，材料力学，结构力学，弹性力学，塑性力学，振动力学，疲劳力学，断裂力学等一系列学科。在这个基础上，主流的CAE软件都支持结构优化功能。相对于传统的CAE的仅限于评估设计是否满足要求，结构优化软件在创成式设计等先进技术支持下可自动生成更好的结构轻，性能优、装配件少的更优设计。

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图2：物理场之上的工业模型（来源DARPA）
由于现实世界的发展要求，产品的智能化提高导致的复杂度提高，往往产品本身涉及多场多域问题。物理场有太多的组合，相互之间又干扰不清。这些复杂的问题，既要深刻理解学科自身的物理特性，并对这些学科物理特性所沉淀的学科方程，如电磁的麦克斯韦方程、流体力学的伯努利方程、纳维-斯托克斯方程等等，深刻理解之外，还要对实际工程应用领域的多物理场交织耦合环境能够快速解耦，让不同学科不同特质的特征参数迭代过程中能够互为方程组求解的输入输出，以便对多场多域的工程问题进行优化。
随着现在需要处理的模型规模越来越大，模型本身也越来越复杂，现有国际上大型商业CAD、CAE、EDA中使用的几何建模引擎和几何约束求解商业化组件产品（包括InterOp、CGM、ACIS、CDS、Parasolid、D-Cubed等）厂商达索系统、西门子等也在不断跟进最新的计算机技术。比如最近也在采用多线程技术不断改进之前的算法，用于大幅提升模型导入、模型修复、缝合、实体建模、布尔运算、面片化以及约束求解的效率。
轮到了计算机科学
正如当年围绕机床的“数控技术”，很快就演变为“计算机数控技术”和“计算机辅助设计”一样，工业软件的诞生和早期发展受到计算机与多媒体硬件进步的推动，之后又随软件技术、互联网、计算模式的浪潮起伏。工业软件是软件，但它是硬件设备高度融合。二者无法分类，也不能相互修饰，就像两口子的结婚照，少了任何一张面孔都是不可想象的。工业软件，不可能忽视计算机科学与技术的问题。
这其中涉及到计算机硬件技术自身的迭代进步，从大型主机（Mainframe），到工程工作站，再到PC，最后来到云计算，甚至到未来的量子计算与普适计算，每当先进的计算技术出现，与之相匹配的工业软件，就会以鲜明的时代特征，出现在工业界的面前。