有一次別人問(wèn)我德國(guó)最大的企業(yè)是哪家?我半猜半答道：“不是大眾Volkswagen嗎?”。后來(lái)查了一下才知道，現(xiàn)在德國(guó)最大的企業(yè)是SAP，已經(jīng)超過(guò)了VW。雖然我很早就聽(tīng)前房東講述過(guò)我們卡爾斯魯厄理工大學(xué)KIT傳奇的幾位青年成立了一家世界有名的公司SAP的故事，但是汗顏的是一直不清楚這家公司是做什么的。經(jīng)過(guò)網(wǎng)上搜索，才知道這是一家名副其實(shí)的工業(yè)軟件公司，80%的世界500強(qiáng)公司都有用他家的軟件。德國(guó)全球跨國(guó)公司的數(shù)量能夠與整個(gè)英語(yǔ)國(guó)家分庭抗?fàn)帲绱硕嗟钠髽I(yè)中，最大的一家居然是工業(yè)軟件公司。
最近沸沸揚(yáng)揚(yáng)的中興事件，大家只看到的CPU的禁售，但更可怕的是緊隨而來(lái)的包括Cadence在內(nèi)的EDA軟件的禁售。EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic Design Automation)的簡(jiǎn)稱(chēng)，這是CPU食物鏈的頂端，沒(méi)有這種工具，連CPU的第一步設(shè)計(jì)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，更不要談后面的光刻機(jī)等生產(chǎn)工具了。
本人曾經(jīng)在某能源央企工作，有幸參與了某核電引進(jìn)技術(shù)的自主化工作。對(duì)于引進(jìn)的某核電型號(hào)，美國(guó)公司光是針對(duì)該型號(hào)的專(zhuān)用設(shè)計(jì)軟件就有大大小小300個(gè)，這里不包括第三方的通用設(shè)計(jì)軟件。在核電領(lǐng)域，每一個(gè)設(shè)計(jì)軟件的背后都有如教科書(shū)的一本理論模型手冊(cè)，每一個(gè)模型都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推到，每一個(gè)關(guān)系式必然都有實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證與確認(rèn)。然而這里談到的還僅僅是核電的設(shè)計(jì)軟件，一個(gè)真正的核電廠從員工培訓(xùn)到儀控，從管理到通訊都離不開(kāi)大量復(fù)雜的軟件。曾經(jīng)韓國(guó)APR核電設(shè)計(jì)拿下阿聯(lián)酋項(xiàng)目，成為工業(yè)界最大訂單時(shí)。中國(guó)組團(tuán)赴韓國(guó)考察，發(fā)現(xiàn)韓國(guó)除了有完整的工業(yè)制造體系，還有自己一套軟件體系。后來(lái)在重大專(zhuān)項(xiàng)的支持下核電企業(yè)經(jīng)過(guò)多年研發(fā)，現(xiàn)在終于進(jìn)入了國(guó)產(chǎn)核電軟件的集中上市期。
圖片來(lái)源于Google
另外一個(gè)例子是美國(guó)的洛克希德馬丁公司，就是為美軍生產(chǎn)F22戰(zhàn)機(jī)的那家。如果把這家公司編寫(xiě)的設(shè)計(jì)軟件代碼匯總起來(lái)，恐怕已經(jīng)超過(guò)了微軟的代碼量。我曾經(jīng)所在的核電公司也與洛克希德馬丁有過(guò)深入的合作，共同開(kāi)發(fā)核電儀控系統(tǒng)，也就是核電廠的神經(jīng)中樞。
在工業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜到一定程度后，傳統(tǒng)的筆算設(shè)計(jì)必然會(huì)遇到瓶頸，問(wèn)題的復(fù)雜度一旦超出了人腦計(jì)算的范疇，就需要借助工業(yè)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算。工業(yè)軟件是個(gè)非常大的范疇，從產(chǎn)品的供給調(diào)度，到大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)，再到計(jì)算流體力學(xué)軟件都屬于工業(yè)軟件的范疇。
這里重點(diǎn)聊聊其中的CFD軟件。最早出現(xiàn)CFD軟件Phoenix的時(shí)候，該軟件也曾有一段對(duì)華禁售的時(shí)期。但是后來(lái)眾多的商業(yè)軟件出現(xiàn)，這一禁售也就取消了。CFD如今與CAD和CAE一樣，在工程與機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域起著不可替代的作用。從C919的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，到新型核燃料組件的研發(fā)都離不開(kāi)CFD。但是細(xì)思極恐的一件事是，一個(gè)擁有如此龐大工業(yè)體系的國(guó)家，工業(yè)中用到的幾乎所有核心軟件都依賴(lài)國(guó)外，包括機(jī)械設(shè)計(jì)的CAD軟件如solidworks，也包括流場(chǎng)分析的CFD軟件。目前國(guó)產(chǎn)CFD軟件屈指可數(shù)，影響力也非常微弱。
歷史上商用CFD的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：
1. 第一個(gè)階段上世紀(jì)70到80年代，CFD的先驅(qū)Brian Spalding等創(chuàng)立了早期的商用CFD公司;
2. 第二個(gè)階段是上世紀(jì)90年代，CFD像一股浪潮一樣進(jìn)入了工業(yè)公司的設(shè)計(jì)部門(mén);
3. 第三個(gè)階段是2010年以后的多元化階段，CFD已經(jīng)是工業(yè)設(shè)計(jì)必不可少的一部分，通用的CFD正在向具體的行業(yè)應(yīng)用分化和具體化。
那么第四個(gè)階段是什么呢?這里猜測(cè)幾點(diǎn)可能：
1. CFD從有網(wǎng)格過(guò)渡到無(wú)網(wǎng)格方法。傳統(tǒng)的FVM方法算法成熟，工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富。不過(guò)近年來(lái)，新出現(xiàn)的粒子法particle method以及格子法LBM發(fā)展迅猛，已經(jīng)突破了不少技術(shù)瓶頸，成熟度不斷提高。毫無(wú)疑問(wèn)，畫(huà)網(wǎng)格雖然已經(jīng)被當(dāng)做一門(mén)經(jīng)典藝術(shù)，甚至是職業(yè)，但是如果能夠打破網(wǎng)格的束縛，并且獲得同樣精度的計(jì)算結(jié)果，必然是一次CFD技術(shù)的革命。
2. 云端化。這不光是CFD軟件，而是幾乎所有軟件的一個(gè)趨勢(shì)，免安裝，高度可定制化，調(diào)用超算等等。
3. 人工智能技術(shù)的引進(jìn)，例如基于機(jī)器學(xué)習(xí)的實(shí)時(shí)流體仿真等。
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