為什么 CFD 民主化如此艱難？

首先，也可能也是最重要的一點(diǎn)，我們認(rèn)識(shí)到，CFD 嘗試進(jìn)行的流體流動(dòng)及傳熱與傳質(zhì)仿真看似是一個(gè)簡(jiǎn)單的常規(guī)應(yīng)用領(lǐng)域，但實(shí)際絕非如此。

以化工行業(yè)常見的簡(jiǎn)單管殼式換熱器為例，有人可能認(rèn)為，在開始仿真之前，此“黑盒”內(nèi)的物理場(chǎng)相對(duì)簡(jiǎn)單和“獨(dú)立”。但遺憾的是，在此容器可能的操作范圍內(nèi)，也許會(huì)發(fā)生極其復(fù)雜的物理現(xiàn)象。根據(jù)所采用的流體和容器內(nèi)的工作條件，在事先不知道答案的“真實(shí)世界”中，許多復(fù)雜的傳輸現(xiàn)象可能在容器的正常（或異常）操作期間全部或部分地進(jìn)行，而人們?cè)跊]有相關(guān)應(yīng)用的任何先驗(yàn)知識(shí)的情況下，根本無(wú)法輕松了解將會(huì)出現(xiàn)的事件及其出現(xiàn)時(shí)間。這些現(xiàn)象可能包括整個(gè)容器內(nèi)的：

i) 冷凝
ii) 化學(xué)反應(yīng)
iii) 蒸發(fā)
iv) 升華
v) 空化
vi) 壓力波
vii) 流固耦合
viii) 粒子流（分散元和離散元）
ix) 液滴流動(dòng)
x) 侵蝕
xi) 沉積
xii) 表面反應(yīng)
xiii) 霧化和霧濺
xiv) 凝聚
xv) 聲學(xué)效應(yīng)和振動(dòng)
xvi) 跨音速流
xvii) 燒結(jié)
xviii) 生物反應(yīng)和過(guò)程，以及
xix) 多相共存和運(yùn)動(dòng)?

對(duì)于以上各種物理現(xiàn)象，通常會(huì)進(jìn)行為期數(shù)年的大量科學(xué)和工程研究，而人們往往會(huì)發(fā)現(xiàn)，可用于求解的通用方程式寥寥無(wú)幾，因而可通過(guò) CFD 代碼進(jìn)行仿真的同樣如此。故而表面看似“簡(jiǎn)單”的 CFD 仿真對(duì)于希望為其工廠優(yōu)化容器設(shè)計(jì)的化工工程師而言，可能是一場(chǎng)噩夢(mèng)。

另一項(xiàng)佐證是，憑借“摩爾定律的推動(dòng)力”（另一個(gè) Keith Mientjes 用詞），CFD 求解器的速度已經(jīng)超過(guò)了新物理模型以及與 CFD 代碼相關(guān)的數(shù)值增強(qiáng)功能的開發(fā)速度。

我們現(xiàn)在擁有非常強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，可利用相對(duì)簡(jiǎn)單（甚至過(guò)時(shí)）的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)仿真復(fù)雜的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)問(wèn)題。20 世紀(jì) 80 年代到 90 年代，CFD 行業(yè)供應(yīng)商疏于甚至停止了在基礎(chǔ)學(xué)術(shù)研究方面的投資，以至無(wú)法提供與我們當(dāng)前擁有的強(qiáng)大計(jì)算機(jī)相匹配的更有效的 CFD 求解器數(shù)值和經(jīng)驗(yàn)。事實(shí)上，我們將前所未有的強(qiáng)大硬件應(yīng)用于 CFD 工具，然而這些工具尚未獲得算法來(lái)精確處理應(yīng)用所需的一些物理場(chǎng)。

因此，人們不僅能夠通過(guò) CFD 輕松獲得正確的答案，也很容易獲得錯(cuò)誤的答案。商用 CFD 的先驅(qū)者之一，F(xiàn)luent Inc. 的前總裁 Ferit Boysan 博士在 2004 年便明確指出，如今“更多的人也能以前所未有的速度獲得錯(cuò)誤的答案！”

于是我們面臨了一個(gè)悖論，由于任何給定的 CFD 應(yīng)用對(duì)于嘗試解決問(wèn)題的 CFD 用戶而言，最初都是一個(gè)“黑盒”（即他們事先不知道關(guān)鍵參數(shù)），因此他們需要獲得相關(guān)流體和固體的所有進(jìn)口、出口的有效邊界條件，以及幾何邊界和材料屬性，并且還要能夠正確地識(shí)別應(yīng)用中涉及的關(guān)鍵物理場(chǎng)，以便啟用正確的 CFD 求解器；另外，還需要一個(gè)準(zhǔn)確可靠且具有足夠的網(wǎng)格分辨率水平的幾何圖形，從而針對(duì)當(dāng)前狀況獲得合理“正確”的 CFD 預(yù)測(cè)。即便如此，還是可以證明，只要運(yùn)用得當(dāng)，CFD 軟件在眾多行業(yè)中仍不失為一種有用的工具。

為什么當(dāng)今的 CFD 未能實(shí)現(xiàn)民主化？

商用 CFD 市場(chǎng)于 2013 年（Hanna，2015 年）跨越了 10 億美元／年的規(guī)模，但無(wú)可爭(zhēng)議的是，該市場(chǎng)依然過(guò)度集中于 CFD“金字塔”頂端的分析師，而在較低端的眾多設(shè)計(jì)師、兼職工程師和 CFD 用戶群體中尚未得到充分利用。我們估計(jì)，全世界 80% 的 CFD 用戶仍舊是分析師；余下的才是設(shè)計(jì)師。因此，CFD 遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上民主化。CFD 仿真作為一項(xiàng)高度可用的支持服務(wù)，面向基于數(shù)字原型的產(chǎn)品制造和過(guò)程開發(fā)，為了讓其能夠充分發(fā)揮概念優(yōu)勢(shì)，我們認(rèn)為必須大幅改進(jìn)基礎(chǔ)技術(shù)。

當(dāng)前已有的許多軟件工具采用不易使用的“低技術(shù)含量”的 CFD 技術(shù)，“民主化”CFD 軟件工具絕非它們的簡(jiǎn)化版本；它必須采用真正尖端的“高技術(shù)”CFD 方法，從而能夠?qū)?CFD 專家從 CFD 工具的操作中解放出來(lái)，代之以更合適的“自然”CFD 操作者 — 創(chuàng)造價(jià)值的產(chǎn)品開發(fā)工程師
此外，我們還需要考慮當(dāng)今兩大 CFD 選民所謂的“用戶角色”。

CFD分析師

大多數(shù) CFD 分析師是具有博士或工程碩士學(xué)位的“專家”，而且相當(dāng)擅長(zhǎng)解決 CFD 的物理學(xué)（和化學(xué)）及數(shù)值挑戰(zhàn)。他們堪稱職業(yè)“傳道士”。事實(shí)上，CFD 分析師的需求缺口很大，他們可能稀疏地分布在整個(gè)組織內(nèi)，以響應(yīng)模式開展工作，并且通常不要求其參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段。

在 CFD 代碼中（配合湍流模型）解算二階非線性耦合微分方程組（納維-斯托克斯方程）幾乎與工程仿真一樣難而且無(wú)疑比大多數(shù)CAD 或 FEA 數(shù)值分析更難。分析師以全職身份使用 CFD 軟件，并擁有多年的操作經(jīng)驗(yàn) —— 畢竟這是他們的職業(yè)。

有時(shí)，“分析師”這個(gè)名頭會(huì)讓人以為，由于 CFD 技術(shù)的“技術(shù)含量很高”，因此 CFD 專家必不可少。但實(shí)際情況可能恰恰相反。CFD 專家之所以在我們的行業(yè)內(nèi)不可或缺，恰恰是因?yàn)榛A(chǔ)技術(shù)的運(yùn)用極不到位。

CFD 設(shè)計(jì)工程師
設(shè)計(jì)工程師通常具有工程學(xué)士或工程碩士學(xué)位，使用 CAD 設(shè)計(jì)產(chǎn)品，執(zhí)行物理測(cè)試，并且非常熟悉CAE（從大學(xué)開始，很多人甚至用過(guò)一些以 CAD 為中心FEA）。設(shè)計(jì)工程師通常需要快速獲得結(jié)果，尋找趨勢(shì)（保真度反在其次），他們能夠使用應(yīng)力分析工具，但 CFD 對(duì)他們而言仍然相對(duì)陌生。

對(duì)于一些中小規(guī)模的公司，在進(jìn)行CFD 仿真和后續(xù)重復(fù)使用的同時(shí)還需要擷取知識(shí)，這對(duì)設(shè)計(jì)師而言非常重要，因?yàn)樗麄冊(cè)谝荒曛锌赡芙?jīng)常需要簡(jiǎn)單地運(yùn)用 CFD。設(shè)計(jì)工程師面臨的最大挑戰(zhàn)在于現(xiàn)代產(chǎn)品的復(fù)雜度與日俱增。

許多產(chǎn)品已經(jīng)演化為包含機(jī)械元器件、電子設(shè)備和嵌入式軟件的復(fù)雜耦合系統(tǒng)，涉及到多個(gè)工程學(xué)科。此外，日益增長(zhǎng)的元器件數(shù)量以及隨之而來(lái)的小型化要求，都要求他們更好地理解這些元器件之間的熱交互和流體流動(dòng)交互方式。而且，產(chǎn)品通常以多種配置提供，這就進(jìn)一步增加了產(chǎn)品的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)工程師必須了解每種配置的性能。

我們懷疑并提出，CFD/CAE 領(lǐng)域可能廣泛存在“群體思維”，而“求同思想”則導(dǎo)致了 CFD 民主化的缺失。我們認(rèn)為，導(dǎo)致這一僵局的原因主要為以下幾方面：

1. 當(dāng)今的 CFD 仿真工作流程取決于傳統(tǒng) CFD 方法中所用的基礎(chǔ)數(shù)值方法，而不是用戶自己的工程設(shè)計(jì)工作流程。

2. CFD 甚至使用更為復(fù)雜、不完整、不穩(wěn)定、不精確有時(shí)還不可靠的物理和數(shù)值模型，嘗試對(duì)實(shí)際產(chǎn)品功能的真實(shí)物理復(fù)雜度進(jìn)行建模，這些模型：

i. 并不普遍適用于看起來(lái)相似的情形（例如，汽車上或飛機(jī)機(jī)翼周圍的外流空氣動(dòng)力學(xué)），

ii. 附帶大量在正確使用代碼之前需要考慮的非常具體（有時(shí)甚至不外傳）的應(yīng)用限制，

iii. 不對(duì)用戶提供任何直接的失效反饋（因而令其變得更加撲朔迷離），以及需要數(shù)量龐大的計(jì)算資源 (CPU)，而且不保證在仿真過(guò)程結(jié)束時(shí)取得成功（即獲得“正確的答案”）。

3. 當(dāng)今的大多數(shù) CFD 只不過(guò)在虛擬世界勉強(qiáng)重現(xiàn)了真實(shí)世界的實(shí)體產(chǎn)品情形，但在洞悉所采用的工程設(shè)計(jì)流程、發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷和存在改進(jìn)可能的方面以及新設(shè)計(jì)方針等方面，通常并未提供任何“附加價(jià)值”。在上述所有方面，用戶不得不自行推斷，通常在積累多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)后才能有所心得。CFD 用戶過(guò)分專注于數(shù)值解，而不重視實(shí)用性培訓(xùn)。

4. 許多 CFD 并未降低工程師了解產(chǎn)品物理場(chǎng)的門檻。事實(shí)上，有證據(jù)表明，情況恰恰相反。使用 CFD的工程師通常必須非常熟悉產(chǎn)品的物理場(chǎng)（或具有深入的見解），才能在傳統(tǒng)的 CFD 工具中選擇和設(shè)置正確的“建模選項(xiàng)”，以及識(shí)別 CFD 建模錯(cuò)誤。因此，有諷刺意味的是，將 CFD 用作設(shè)計(jì)工具來(lái)了解產(chǎn)品開發(fā)中的物理行為，要求工程師具備更多的物理場(chǎng)知識(shí)。

5. 當(dāng)前建立的傳統(tǒng) CFD 方法不允許用戶按照工程師習(xí)慣的工作方法開展創(chuàng)新活動(dòng)。CFD 不具備實(shí)時(shí)互動(dòng)性，無(wú)法提供沉浸感或處理有形物，難以滿足現(xiàn)實(shí)的工程時(shí)間表要求。CFD 的角色被局限于真實(shí)物理世界到虛擬世界的轉(zhuǎn)換；軟件在幫助工程師通過(guò)以下途徑消除真實(shí)物理場(chǎng)的復(fù)雜性方面未能起到輔助作用：僅僅專注于重要和相關(guān)的設(shè)計(jì)方面、以交互方式解答用戶的問(wèn)題，甚至建議最佳做法。

6. 當(dāng)今許多 CFD 應(yīng)用是以孤立工具的形式展開的，因?yàn)?CFD 代碼往往與一種基礎(chǔ)數(shù)值方法密不可分，從而將其限定于某些實(shí)用的行業(yè)應(yīng)用。任何宣稱的“多物理場(chǎng)”仿真（我們甚至懷疑是否真的存在多個(gè)物理場(chǎng)？）或更甚者，我們姑且將其稱為“多學(xué)科物理場(chǎng)”，如果看起來(lái)只是通過(guò)在某個(gè)平臺(tái)上來(lái)回傳輸數(shù)據(jù)，在多個(gè)孤立的工具之間建立非常呆板的聯(lián)系，都是荒誕不經(jīng)的。又或者，它試圖僅僅使用一種數(shù)值方案來(lái)擴(kuò)展物理建模能力，這種方案最初適合某個(gè)有限的功能集，但在面向其他應(yīng)用時(shí)根本無(wú)能為力。

7. 不可回避的一點(diǎn)是：CFD 的使用非常昂貴。如果沒有至少 1.5 萬(wàn)到 7.5 萬(wàn)美元的軟件費(fèi)用（假設(shè)您有一個(gè) CAD 封裝），并且聘用一位身價(jià)不菲的 CFD 工程師（超過(guò) 6 萬(wàn)美元的年薪加上日常管理費(fèi)用），根本無(wú)法開展 CFD，這還沒有包括采購(gòu)功能強(qiáng)大的 PC 的費(fèi)用和其他雜費(fèi)。對(duì)于中小型企業(yè)而言，這類費(fèi)用無(wú)疑將成為其采用 CFD 技術(shù)的重大障礙；如果采用替代方案，例如運(yùn)用內(nèi)部應(yīng)用專業(yè)知識(shí)和基于經(jīng)驗(yàn)法則的電子表格（Excel 是一種非常強(qiáng)大的工具），或在某些行業(yè)抱持“構(gòu)建并測(cè)試”的心態(tài)，往往更加令企業(yè)不能承受。

8. 可悲的是，有時(shí)當(dāng) CFD 專家用戶感到自己的地位或工作受到威脅時(shí)，也會(huì)成為“民主化”的絆腳石。畢竟，捍衛(wèi)其作為業(yè)界精英的地位并阻撓變革，這也是人之常情。

9. 最后，CFD 行業(yè)沒有幫助用戶積累、處理和發(fā)布多年來(lái)在數(shù)十億次 CFD 仿真中收集的任何知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，而是將所有這類工作留給個(gè)人用戶或用戶團(tuán)體來(lái)探索。

CFD 行業(yè)當(dāng)前的民主化問(wèn)題解決方案

下面我們將介紹 CFD 行業(yè)當(dāng)前采用或嘗試采用的旨在“彌合”民主化“鴻溝”的方法／支持技術(shù)。我們認(rèn)為每種方法都各有利弊，其中一些方法已有成效，完全可以在一定程度上改善當(dāng)前的處境。

CFD 應(yīng)用程序／應(yīng)用化

可以說(shuō)，CFD“應(yīng)用程序”或 CFD 應(yīng)用化已有超過(guò) 25 年的歷史。獲取通用 CFD 代碼并根據(jù)一到兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行調(diào)整，這種做法由來(lái)已久，相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域包括電子散熱（FloTHERM、IcePak 等）、HVAC（FloVENT、AirPak 等）、數(shù)據(jù)中心（Tileflow、6Sigma DC、Coolsim、FloTHERM 等）和渦輪機(jī)構(gòu)（Numeca、CFTurbo、AxStream、MixSim 等），諸如此類，不勝枚舉。實(shí)際上，我們注意到這些應(yīng)用有一個(gè)共同點(diǎn)，它們往往滿足了市場(chǎng)中跨越多個(gè)垂直行業(yè)的“水平”需求。

一些大型企業(yè)開發(fā)了自己的基于代理的 CFD 仿真應(yīng)用程序來(lái)提高其流程的生產(chǎn)率。而且，一些 CFD 軟件（例如 Exa PowerFlow、Hanley Innovations 等）主要針對(duì)一種（或兩種）行業(yè)應(yīng)用，例如汽車／飛機(jī)的外流空氣動(dòng)力學(xué)或汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱分析等。

此外，我們還看到 CFD 行業(yè)的許多咨詢機(jī)構(gòu)（和基于云的承辦商）如雨后春筍般涌現(xiàn)，基于開源 CFD 工具集 OpenFoam 創(chuàng)建和銷售各種客戶定制的封裝器（例如Symscape、Totalsim）。應(yīng)用程序面臨的一大挑戰(zhàn)是，模板本身就是一種具有自己的產(chǎn)品生命周期的軟件，包括規(guī)范、用戶界面 (UI)、實(shí)施、測(cè)試、上市、Q/A、維護(hù)、支持、文檔等等。這類開發(fā)項(xiàng)目可能超出一般 CFD 用戶的專業(yè)能力，而外包這一任務(wù)則可能拉低投資回報(bào)率。

另一方面，應(yīng)用程序針對(duì)變化不大的繁瑣的重復(fù)性任務(wù)，提供了能夠大幅提高生產(chǎn)率的有效方法。這類任務(wù)是所選行業(yè)內(nèi)的典型任務(wù)，應(yīng)用程序可協(xié)助將運(yùn)行 CFD、收集結(jié)果和執(zhí)行基本結(jié)果評(píng)估的工作指派給技能水平較低的用戶，因而真正有可能拓寬 CFD 的應(yīng)用范圍并推動(dòng) CFD 的民主化。

另一方面，未來(lái)我們需要提高 CFD 的可獲取性。這將是 CFD 行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。然而，通過(guò)應(yīng)用程序或模板簡(jiǎn)化 UI 以及使用相同的傳統(tǒng)基礎(chǔ)仿真技術(shù)的做法將無(wú)濟(jì)于事，因?yàn)檫@些 UI 簡(jiǎn)化會(huì)從 UI 中移除參數(shù)、配置和控制功能，恰恰降低了仿真引擎的可用性。

因此，針對(duì)傳統(tǒng)的 CFD 仿真軟件進(jìn)行基于應(yīng)用程序的 UI 簡(jiǎn)化只會(huì)適得其反，降低軟件的可靠性和一致性。我們有充分的理由相信，首要的一步是需要對(duì)基礎(chǔ) CFD 技術(shù)進(jìn)行大量投資，唯一的目的是通過(guò)搭配自動(dòng)誤差估計(jì)的智能方法、網(wǎng)格重新配置、用于檢測(cè)非物理設(shè)置的內(nèi)置“智能”，以及針對(duì)已知模型局限和缺陷的變通方案等等，來(lái)提高結(jié)果的穩(wěn)定性、可靠性和再現(xiàn)性。只有當(dāng)我們成功地將 CFD 仿真技術(shù)真正提升到新的可靠性水平，我們才能開始討論針對(duì)特定的任務(wù)，為各類應(yīng)用程序和模板簡(jiǎn)化 UI。

目前，COMSOL 和 SolidWorks 都提供了“應(yīng)用程序商店”和應(yīng)用程序共享。從用戶的角度而言，真實(shí)世界的生產(chǎn)應(yīng)用程序在其可供能力水平相對(duì)較低的用戶有效使用之前，不應(yīng)讓高能力水平的博士用戶在應(yīng)用程序的開發(fā)方面投入太多時(shí)間。

但另一方面，也需要權(quán)衡博士用戶仍需要在應(yīng)用程序上投入多少時(shí)間，以提供應(yīng)用程序支持、培訓(xùn)和支持各類用戶、修復(fù)錯(cuò)誤、解決基礎(chǔ)框架錯(cuò)誤、修訂原始規(guī)范、創(chuàng)建新應(yīng)用版本等等，以及審視通過(guò)讓成本較低的項(xiàng)目用戶（但仍必須是合格的用戶，而非廉價(jià)的用戶）使用應(yīng)用程序所帶來(lái)的好處。這對(duì)企業(yè)而言是否可以接受，尤其當(dāng)博士用戶離開企業(yè)而應(yīng)用程序沒有保留有效的文檔記錄時(shí)？

再次重申，只要基礎(chǔ)仿真技術(shù)真正適合用途，應(yīng)用程序和模板便能成為一種有效的 CFD“民主化”方法。我們目前在 CFD 擴(kuò)展領(lǐng)域的成果看來(lái)還很有限，有時(shí)甚至存在缺陷，無(wú)法滿足應(yīng)用程序的需求。

八種促進(jìn)因素對(duì) CFD 民主化的影響

需要指出的是，上述解決方案在 CFD 民主化難題上面臨多種彼此沖突的困境，我們從為行業(yè)帶來(lái)的“新 CFD 用戶數(shù)量”和“所有 CFD用戶的生產(chǎn)率”（包括現(xiàn)有用戶和新用戶）兩個(gè)方面，對(duì)以上八種因素在不久的將來(lái)給 CFD 民主化帶來(lái)的實(shí)際影響做出了判斷，表 1 顯示了我們的判斷結(jié)果。這里的“生產(chǎn)率”定義為“CFD 用戶的 CFD 輸出量除以用戶獲得該輸出所需的工作量”。



將引領(lǐng)民主化的未來(lái) CFD 應(yīng)用

從我們的上述論證不難看出，CFD 民主化的一些前提條件和主要因素體現(xiàn)在 MCAD/PLM、用戶體驗(yàn)（自動(dòng)網(wǎng)格劃分、易用性、UI、定向內(nèi)置智能）、1D-3D CFD 以及 HPC 和云部署中。但我們必須非常謹(jǐn)慎；就CFD 仿真而言，我們所認(rèn)為的“非專家”和“專家”之間存在一些根本性的區(qū)別。

“非專家”只是對(duì)特定仿真軟件（例如 CFD）而言的“非專家”，但他們?cè)诟髯缘墓こ填I(lǐng)域（例如測(cè)試、化學(xué)工程、過(guò)程控制等）無(wú)疑是專家；相反，典型的 CFD 分析師在其工程領(lǐng)域可能是“非專家”，但在運(yùn)行特定的 CFD 軟件工具集方面則是專家。

Knowles（2015 年）恰如其分地闡述了我們的看法，即 CFD 應(yīng)該計(jì)算必要的內(nèi)容，而不是有可能計(jì)算的內(nèi)容（不論其影響是正面還是負(fù)面的）。而且，我們不能將用戶簡(jiǎn)單地劃分為“專家”和“設(shè)計(jì)師”，因?yàn)橹恍枰?jiǎn)單了解代碼的“設(shè)計(jì)師”可能在 CFD 領(lǐng)域不是專家，但在其他領(lǐng)域則是專家。

要針對(duì)虛擬原型擴(kuò)展物理 CFD 仿真，我們認(rèn)為業(yè)界不會(huì)擴(kuò)展 CFD 分析部門，而是擴(kuò)展 CFD 仿真的應(yīng)用范圍，使其更靠近產(chǎn)品開發(fā)。業(yè)界面臨的一大挑戰(zhàn)是，可獲取的分析師 CFD 技能無(wú)法滿足需求（ASSESS，2016 年）。于是，另一類用戶將不得不成為焦點(diǎn)；需要高度靈活的工程勞動(dòng)力，在全球范圍內(nèi)雇用工程員工，甚至采用眾包形式的工程勞動(dòng)力，并且能夠在人員的招聘和解雇方面適應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)需求。管理層再不能將工程的成敗寄望于特定的員工。

員工必須是可交換和可替代的。我們相信，未來(lái)的 CFD 用戶將是符合下列要求并且完全投入到復(fù)雜的產(chǎn)品開發(fā)流程的工程師

深度了解其產(chǎn)品和設(shè)計(jì)
受過(guò)培訓(xùn)，能夠針對(duì)問(wèn)題找到創(chuàng)新的解決方案
每天運(yùn)用各種設(shè)計(jì)工具
預(yù)期這些工具能夠可靠地工作
不太關(guān)注這些工具的工作原理
非常靈活，不拘成規(guī)
表現(xiàn)出強(qiáng)烈的“堅(jiān)持到底”的態(tài)度

在最終分析中，所有工程師需要的是“實(shí)時(shí) CFD”，以便能夠盡展其能：針對(duì)流體相關(guān)的問(wèn)題做出工程判斷，并使用 CFD 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行“假設(shè)分析”，以幫助其做出決策?，F(xiàn)實(shí)中（尤其采用傳統(tǒng) CFD 方法時(shí)），CFD 專家必須精于 CAD、網(wǎng)格劃分以及求解器／數(shù)值分析。實(shí)際上，當(dāng)今的 CFD 分析師可能仍舊將66% 的時(shí)間花在預(yù)處理和數(shù)據(jù)管理上。實(shí)時(shí) 3D CFD 確實(shí)任重道遠(yuǎn)，但它仍舊是 CFD 的終極目標(biāo)（Hanna和 Parry，2011 年）。

我們非常認(rèn)同德國(guó)法蘭克福 Siemens PLM 的 Eckhart Niederauer 的看法，他在 “Virtual Engineer” 博客上的一篇關(guān)于 “Mechanical FEA is in its Infancy” 的帖子（Cooper，2014 年）中回復(fù)道（節(jié)選）：

“回顧 3D-CAD 在過(guò)去 15 年的發(fā)展歷程，CAE／仿真將重復(fù)相同的道路，但步調(diào)更快：過(guò)程和數(shù)據(jù)的管理、與工作流程和項(xiàng)目計(jì)劃及仿真的集成將在驗(yàn)證階段獲得批準(zhǔn)權(quán)，并從早期階段（前端裝載）開始，幫助提高產(chǎn)品集成階段的測(cè)試效率。這正是借鑒過(guò)往歷史的線性思考方式。

但人類孜孜以求的是展望未來(lái)，和預(yù)測(cè)前方的道路。這條未來(lái)的道路可能／將會(huì)具有以下元素：

仿真是被稱為驗(yàn)證管理的更大拼圖中的一塊；管理層不關(guān)心您如何驗(yàn)證需求，您只需完成這項(xiàng)工作，他們相信結(jié)果，便會(huì)做出相應(yīng)的決策。到此為止。

在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，仿真的自動(dòng)化程度將與日俱增。最終，當(dāng)設(shè)計(jì)師修改底層設(shè)計(jì)后，將分別使用 27 種荷載工況運(yùn)行 12 門仿真學(xué)科，而且在 5 秒后幾何圖形發(fā)生變化時(shí)，驗(yàn)證圖標(biāo)將顯示綠色／黃色／紅色。您的仿真工程師可以安心工作，而您的任務(wù)將是設(shè)計(jì)底層的運(yùn)行內(nèi)容。

系統(tǒng)仿真將接管“政權(quán)”，不論它是以 0D、1D 還是 3D 的形式完成。所有驗(yàn)證將回歸本能，檢查整個(gè)系統(tǒng)的需求、功能完整性和性能是否得到了滿足。所有學(xué)科，例如結(jié)構(gòu)、CFD 和運(yùn)動(dòng)等，都將參與其中。而且，我們的機(jī)械人員開始了解各種學(xué)科，包括控制、嵌入式軟件、用戶軟件、成本、制造、維修……系統(tǒng)仿真即將進(jìn)入多領(lǐng)域探索時(shí)代。請(qǐng)系好您的安全帶。

靠緊座位，放松神經(jīng)，啜一口您喜愛的藥物，讓您的創(chuàng)意開始起飛。”

最后，我們認(rèn)為設(shè)計(jì)工程師未來(lái)面臨的最大挑戰(zhàn)是日益增加的產(chǎn)品復(fù)雜性。當(dāng)今許多產(chǎn)品已演化為包含機(jī)械元器件、電子設(shè)備和軟件的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及到多個(gè)工程學(xué)科。此外，日益增長(zhǎng)的元器件數(shù)量以及隨之而來(lái)的小型化要求，都需要他們更好地理解這些元器件之間的熱交互方式，確保元器件不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。而且，產(chǎn)品通常以多種平臺(tái)提供，這就進(jìn)一步增加了產(chǎn)品的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)工程師必須了解每種平臺(tái)的性能。

總之，我們認(rèn)為，必須通過(guò)未來(lái)的 CFD 代碼架構(gòu)解決環(huán)環(huán)相扣的一系列因素，才能滿足民主化的需求。