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      马年除夕随笔|悟Modelica仿真之道,探物理约束AI之境

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      2026马年除夕,辞旧迎新的烟火气漫过街巷,家中案头,三十余载的动态系统仿真资料静静相伴。褪去一岁的奔波与忙碌,借新春的静谧安然,想以一名老工程师半生的专业沉淀,和各位聊聊这份毕生挚爱的事业——无关晦涩公式,只谈心底感悟,为马年留一份踏实注记,也为深耕多年的仿真之路,作一次温柔而厚重的回望。
      耕耘动态系统仿真领域三十余载,从最初对着微分方程反复推演、逐字校验,笔尖磨过无数张草稿纸,到如今娴熟运用Modelica语言,在电脑上搭建起复杂的物理系统模型,半生求索,最大的收获莫过于淬炼出两种审视世界的视角:以系统工程的严谨打量万物,以变化发展的思维拥抱未知。在我眼中,无论是脚下生生不息的自然界,还是我们亲手缔造的各类人工系统,从来都不是静止的定态,而是一个个时刻运转、不断演化的动态体系,藏着世间最本真的运行逻辑。

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      起初,我总以为微分方程足以精准刻画世间所有变化——它能清晰描摹事物随时间流转的演变轨迹,如同精准的标尺,丈量着世界运转的每一个细节。可越深入工程实践,越深刻体会到,现实远比纸面上的公式复杂万千:动态系统的时间常数差异悬殊,有的缓慢到以年为计量单位,有的迅猛到在瞬间完成迭代,恰似钟表的时针与秒针,节奏迥异,却始终同频共生,共同构成一个完整的运转体系。
      如今的计算机仿真,核心依旧是数值计算,但它终究存在局限,无法一次性复刻出这个世界的丰富层次与复杂机理。这就像我们拍摄一张照片,无法将所有细节尽数收纳于一帧画面之中,唯有聚焦核心、删繁就简,框定一个契合需求的范围。放到仿真领域,这个“范围”,便是我们依据系统工程的核心诉求设定的“时间窗口”——说白了,就是学会“取舍”的智慧,对纷繁复杂的现实世界进行合理抽象与精准裁剪,方能将无解的复杂问题,转化为可落地、可求解的工程命题。
      这份“裁剪”的过程,看似简单,实则蕴含着深厚的专业逻辑。幸得专业的点拨与指引,让我对其中的细节有了更为精准的认知。原来,我提及的“时间窗口裁剪”,其本质是尺度分离与目标驱动抽象——我们所关注的,从来不止于时间尺度,更要兼顾空间、能量、信息等多个维度。工程模型的核心,从来不是“还原现实”,而是“为了目标压缩现实”,这是建模工作的第一原则,也是我历经数十年实践,才真正吃透、悟透的核心道理。

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      在这个精心选定的“时间窗口”里,有着许多奇妙的变化:那些时间常数极大的慢动态系统,变化缓慢到几乎可以忽略不计,便从微分方程逐步回归为代数方程;而另一些时间常数极小的快动态过程,其变化速度远超我们核心关注的物理现象,我曾一度误以为这就是“离散过程”,后来才恍然大悟,这其实是一处细微的认知偏差——快过程,绝不等于离散过程。
      真正的离散变量,并非源于时间常数的微小,而是来自系统本身的结构切换与模式转换,诸如设备的启停、状态的突变,这些与快动态的数学本质,有着天壤之别。打个通俗的比方,快动态就像我们快速眨眼,动作迅疾,却始终保持连续;而离散过程则如同关灯开灯,是瞬间完成的状态跃迁,二者截然不同,绝不可混为一谈。这份细微的认知修正,也让我对系统建模的理解,又加深了一层、精进了一步。
      而上述对现实世界的“裁剪”认知,在过去二十余年里,借助Modelica多学科仿真的助力,已在各行各业获得了广泛的实践验证。因此,Modelica语言绝非简单的“数值计算工具”,更像是为这种认知世界的混合系统方法论量身定制的“建模语言”。
      我曾在很长一段时间里认为,它的核心魅力,在于能够将复杂的混合微分代数方程组(DAE),转化为可计算、可仿真的因果过程。后来才明白,更为精准的表述是,它通过专业的结构分析与自动因果化处理,将DAE系统转化为可求解的形式,无需我们手动梳理繁杂的因果关系,便能将一种“裁剪”现实物理世界的世界观,严谨地转化为确定的数学计算,让仿真结果更贴合工程实际,更具实践指导价值。

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      有人问我,深耕仿真领域三十余年,是否会觉得枯燥乏味?答案从来都是否定的。因为这份工作,让我拥有了透过现象洞察本质的能力——我们所做的每一次抽象、每一次仿真,本质上都是在进行“降阶、分解、裁剪”,以有限的计算资源,去逼近无限复杂的现实世界。
      这一点,与人工智能领域的“世界模型压缩”,有着异曲同工之妙,皆是在有限中追寻无限,在繁杂中探寻规律。半生的专业坚守,竟让我在熟悉的仿真领域,触碰到了AI世界的相通之道,这是意料之外的惊喜,也是专业探索的独特魅力。

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      更让我倍感惊喜的是,这份数十年如一日的坚守,还让我触碰到了前沿的学科交叉领域——物理约束驱动的AI推理。原来,我们耳熟能详的CAE(计算机辅助工程),与当下炙手可热的AI,有着奇妙的呼应与契合:CAE依托显式方程与强大的物理约束,追求结果的可解释性;AI凭借数据驱动与隐式表示,追求运算的高效性,而二者的深度融合,正是下一代物理AI的核心发展方向。
      我从未想过,自己三十余年的仿真专业积累,竟能与前沿科技同频共振、双向赋能。这或许就是坚守的意义,也是深耕的馈赠——那些在专业领域里熬过的苦、磨过的技、悟过的道,终会在某个时刻,绽放出意想不到的光芒。

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      马年,象征着奋进不止、一往无前。三十余载的坚守与深耕,既有岁月沉淀的厚重,也有与时俱进的新思。回望过往,我由衷庆幸,自己始终怀揣着对专业的敬畏与热爱,在探索中理解动态系统的“变化逻辑”,在实践中力求读懂工程实践的“取舍智慧”;展望未来,我依然会带着这份赤诚与热爱,在仿真领域继续深耕不辍,也期待能在物理AI、混合系统学习的前沿赛道上,探寻更多可能,解锁更多惊喜。

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      最后,借着马年的喜气与祥瑞,祝愿所有同行挚友、所有热爱生活、坚守热爱的人,马到成功、万事顺意,岁岁安康、不负韶华。
      愿我们都能如动态系统一般,在时代的变化中坚守本心,在前行的道路上收获成长;愿我们把每一份坚持,都活成自己喜欢的模样,把每一份热爱,都绽放出最耀眼的光芒。

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      本文作者是南京远思智能科技有限公司CTO/首席科学家高锐博士。远思智能(SIMTEK)是全球 Modelica 组织推荐的中国区唯一工程公司,是专精特新、瞪羚、国家高新技术企业,汇聚顶尖人才,获得 13 项专利授权与 43 项软件著作权。核心产品 YSSIM 仿真平台及机电液热等模型库已在军工、轨道、能源等多个工业领域落地应用。

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