化工专业应该掌握的计算机软件
声明：本文适合化工专业本科生或低年级研究生参考阅读。
1. 首先......
软件不是目的，只是工具。作为化学工程师，千万不能完全相信软件模拟，而是要学会驾驭软件。所以，在软件的学习阶段就端正好态度，别那么急着跑出来结果，也不要为了跑出来预期的结果而漫无目的的给input。你输入的任何参数，都要有原因，你都要尽量给出解释。
细说的话，软件学习分两步，第一步是理解背后的学科原理，第二步是理解模型求解的数值原理。比如Aspen plus，第一步就是理解如何用first principle去对每一个设备做衡算、物质的热力学性质参数在衡算中为什么会起如此关键的作用、整个process背后的各参数之间到底存在怎样的相关性，等等。这里举的每一个问题都不简单，都是大问题，而且不同的流程情况可能完全不一样，很多PhD做了5年可能就是解决某个流程的某个问题的。但是这些问题太核心、太fundamental了，所以作为本科生，多想想绝对大有裨益。第二步，数值原理，就是如何求解你基于first principle与热力学参数模型所建立的Process model，这个model基本都要数值求解。如果你未来的目标不是进Aspen technology这种公司当码农，数值原理没有必要钻的太深，但是收敛分析要熟练，这里就是体现软件操作经验的地方。
2. 再啰嗦几句......
看一个软件，到底学不学、学了有啥用、好不好学，基本是两个要素。第一，软件的用户群，或者说软件所解决的问题，它的topic是什么。第二，看软件所研究对象的尺度，即scale，这个尺度基本决定了软件背后数学模型的复杂度。
3. 开始说具体的软件~
Aspen Plus：化工最重要的软件，没有之一。这基本是唯一能区分化工与其他学科的软件。它做流程稳态模拟的，尺度是整个工艺过程，主要用途是设计工艺流程，关注设备的工艺参数条件，不考虑流动尺度的问题。
在你学习了化工原理、化工热力学以后，就有能力自学Aspen Plus了；但最好的时机，是在学习《化工设计》的时候，一边理解PFD和P&ID如何在工艺设计中的发展，一边上手软件。
补充一下，做流程模拟的软件不止这一种，比如Aspen Hysys做动态模拟，PRO II处理石化行业的Process，以及小型技术咨询公司如Virtual Material Group开发的低成本模拟软件VMGSim，但是基本的原理没有差别。本科生关注Aspen Plus就够了。
AutoCAD：做工程的，最后都要落实到项目上，工程项目里最有效的沟通就是工程图纸，而AutoCAD是工程图纸绘制的主流软件。化工本科生在学习的时候，练习的核心素材就是PFD和P&ID，这就够了。真要想多练习，那就再找些“设备结构图”。本科生学习CAD的重点，不在于软件操作，不在于快捷键和toolbox，而在于理解图纸的布置原则，到底什么漂亮、高质量的工程图纸。这其实是个锻炼工程素养的过程。
MATLAB：化学工程，当你真的在某个领域往深里做的时候，尤其做理论，就是在玩数学，这个领域有理论贡献的大牛，数理基础都很可怕。化工本科生倒是没有必要在数学有多强，但是不能成为短板。所以，这个软件就是个非常好的提升数理基础的工具，很强大。我隔壁课题组的师姐，发在Chemical Engineering Science（化工顶级期刊）上的文章，模拟就是用MATLAB做的。因此我非常建议，化工专业的学生从本科开始，就接触这块知识，尤其是和数学建模课程一起，相辅相成的学习。当你很舒服用方程组去描述一个体系、一个过程的时候，当你对数学模型、数值模拟这些核心概念产生理解的时候，再回看化工核心课程的东西，各种公式，各种推导，理解起来就轻松得多。
好啦！作为化工专业的本科生，能踏踏实实的学习上述三个软件，而且真的有相当的理解，已经很够格了。学软件，最怕多而不精，尤其是在一些粗糙的小软件上花费过多的精力，很不值得。
4. 进阶版的....
CFD系列：Ansys Fluent，Ansys CFX，Comsol(本身是求解多物理场的耦合问题，不是专门做流动的)，甚至是开源的OpenFoam等，除非你真的对化工体系中（微）流动、反应器设计、多相流、物质扩散、数值传热、爆炸等非常感兴趣，一心想成为化工领域的顶尖高手，本科期间没有必要学习这些东西。计算流体力学的门槛非常高，对于流动理论、数值分析的要求很高。对于商业化的CFD软件，如Fluent，你要想跑出来个结果，并不难，难点在于：（1）物理问题本身的理解就很费劲，首先要有流体力学的基础，还要对反应工程有相当的理解，还得对传递过程有研究，很多时候对于边界条件的探索依赖于深厚的微积分功底。（2）就算理解了物理问题，数值方面的问题也非常复杂，PDE方程组到底是怎么解出来的，怎么能保证模拟在数值方面是可信的。没有相当的学术沉淀，在做很多input的时候，根本就是抓瞎，模拟出来的结果也就不可信。（3）CFD就算能跑出来结果，如何对于结果做分析（做出来的图非常fancy，那么so what，有啥用），这就要求你对于research本身有见解。正因此，我见过CFD做的好的，至少是个PhD，肯定是做相关research的。而且就算是化工的PhD，对于CFD的理解也参差不齐。
多说一句，做化学工程的，如果想往深里做，limit往往不是化学反应，而是流动问题没有理解清楚。所以，本科生阶段这个根本不要求，要是真想做做，多看看理论的书籍就好。当然，你要真想做、真喜欢，我绝对不拦你。
编程相关：这块不是我的专长，但就我所见，化工本科生最好有一定编程基础，起码要较熟练的掌握一门语言。
其他：Lingo是做优化的，编写起来非常方便，这个东西在学习“数学建模”课程的时候，与MATLAB一起学习最好，就是专门解决优化问题的。SPSS是统计学软件，这个不是纯化工，但是现在的化工也不是传统意义上的化工了，很多老师做的东西非常综合，而很多问题涉及到数理统计的东西，这是个很好的工具。Origin是做数据处理的，比较学术，推荐给有读研打算的同学。
之前说“尺度”的问题，这个很难讲，对于本科同学的话，我想了想还是不用太理解。这么说，如果不是本科的科研项目需要，各种分子模拟软件，那种特别微尺度的，没有必要碰，太偏理科了。流动尺度的东西，就是CFD系列，其实工业界实际使用的软件种类极多，只要是捕捉流动尺度信息的软件，门槛一般都非常高。
想起来个事儿，抽空好好学学做PPT，不是花里胡哨那种，是高质量的那种。这玩意练好了，真的能当大招用。
声明：本文转自知乎，获得原作者转载授权。感谢原作者冠洋授权。
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