模擬的常見用途,基本上環繞模型兩種與生俱來的特性: 預測性與參數性。
所謂預測性是說,不管是多荒謬的問題,只要有輸入參數就有輸出結果,然後這個結果我們認為是接近現實的。
而參數性是說,和現實生活的實體,在模型中都是數字化的特徵,不管是一個數字,一串數字還是一坨數字。而方程式記載了它的行為準則,像是胖虎只要不爽就會揍人,那麼就可以有一個胖虎equation來描述這件事。基於這個特質,各種what-if 都是很簡單的,近乎零成本。
預測產品行為
預測性的成果,精神上就相當於經驗公式,具體就會像是Intel或AMD所提供的CPU thermal model這種。經過校正後的模型得出的結果在誤差上原則可以小於5%,可以用來預測產品行為,提供廠商開發散熱片的模型。一個模型要準,勢必得投入測量值去校正材料參數或是取得等效參數。
前設計驗證
對模型來說,所謂設計只是數學上在參數上的調整,因此在作為前設計驗證(pre-validation)工具上是相當適合的,你可能有600種想法,但是成本與時間造成你不可能都做出來看看,因此使用模擬可以找出可能性最大的那幾個候選人。
失效分析
在面對一個壞掉的產品,常常我們就是拿到一具屍體,然後除了觀落陰好像沒什辦法知道他到底怎麼死的。專業的法醫可能透過驗屍,可以知道說,"喔~這個是死於他殺",然後本公司載明非正常使用不在保固範圍。
而透過模擬工具,我們可以試圖重現整個使用場景,然後觀察是哪個地方開始它壞掉的過程,重點就在這個"過程"。有時候青光眼不是眼睛的問題,是糖尿病造成的,沒有過程我們就一直醫眼睛,頭痛醫頭,非常合理。
多物理耦合
現實生活不分科,電性的問題常常也和溫度相關,或是溫度造成熱應力這種事情也是所在多有。但是實際在產測,絕對是電子歸電子,機構歸機構,個別測過都沒問題,兜在一起就出問題,最後又得觀落陰了。
透過不同物理模型的耦合分析,我們可以更全面的評估產品的可靠性,或是面對周遭環境的敏感度。但是分析完很不可靠或是很敏感就代表說不能賣? 喔,你想太多。賣肯定是要賣的,只是怎麼爛大家裡要有數而已,商業策略五花八門,我等一介小工程師常常看到也是拍案叫絕,嘖嘖稱奇。
以上各種應用場景中,其實兩個特性並不是互斥的,只是側重點不同,模擬本身就具有可預測和易於調整兩種特性。在很小的問題,你可以又很細,又看趨勢,限制在於硬體計算資源與數值方法。當問題一路往外延伸,或往內縮小,造成目標需要進行取捨。而相應的做法通常就是只在聚焦的問題細緻化,可能是區域的細緻化,或是物理行為(方程式)的細緻化,但這並不是萬靈丹。有的問題彼此糾結,牽一髮動全身,最小化後的問題還是很大,為了順利求解不得不對細節降低要求,這時候就會出現預測性難以保證,只觀察相對變化的狀況。
至於業界是怎麼看待這塊呢? 個人覺得還是跟看待算命有點雷同,參考參考,但未必盡信。大體上,透過客戶基本上會要求,以及大廠雖然人數不多,但是通常也會有相關單位等線索,可以知道市場上的態度是 "雖然有時難以名狀,但大致認同"。
(舊文標題為 "模擬的應用價值",文章搬家後順手改寫了一下)