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王继宏主任接受访谈:仿真技术在中国:听各界专家怎么说
2014-06-04   来源:   作者:王继宏   点击:

仿真技术在中国:听各界专家怎么说

--2014 ANSYS中国技术大会圆桌论坛记实


2012-5-22,在苏州举办了以“仿真技术在中国:听各界专家怎么说”为主题的圆桌会议,此次论坛主持人由e-works数字化企业网总经理黄培博士担任,参与论坛的嘉宾分别是:中国力学学会产学研工作委员会秘书长王继宏先生、国家千人计划专家、原北汽新能源汽车总工程师廖越峰博士、安世亚太副总裁徐劼勇博士、ANSYS亚太区技术专家总经理王晓博士、ANSYS研发院士朱永谊博士。会议主要讨论了三个方面的问题,分别是“关于仿真技术的发展与应用趋势”、“仿真如何仿得更真?”、“仿真如何仿得更全?”以下是论坛具体报道。

圆桌会议现场讨论 

圆桌会议现场讨论

    黄培:关于仿真技术的发展与应用趋势,各位专家怎么看?

    廖越峰:非常荣幸与大家分享,十几年来我一直在从事产品研发,从小系统到汽车系统,我发现仿真技术的明显趋势是仿真驱动的工程应用开发。在不同的行业、不同的产品、不同的企业,仿真技术的发展和应用程度有所差异,但是仿真技术的趋势应该是一致的。

    具体包括两方面:一是仿真驱动的科技创新,过去很多难题,现在用仿真技术可以解决,如无人飞机的研发;二是仿真驱动的产品开发或应用开发;越来越多的企业开始考虑如何压缩开发周期,现在如果离开仿真技术则意味着企业竞争力的丧失。

    王继宏:本人15年来向企业推广CAE应用,感受明显的趋势有两方面。一方面是CAE技术正从单一产品向多种、综合产品发展,从单一的仿真技术到联合仿真、多学科优化,以及企业仿真体系的建设,这是仿真技术明显的变化和趋势;另一方面是CAE已经被人们所认知,如什么是CAE?什么是CAE工程师?这些问题不需再做出解释,这是很大的变化,充分说明在企业内仿真技术的应用已经达到了一个非常成熟的水平。

    徐劼勇:我已经从事仿真20多年,从个人的角度而言,从仿真的技术发展、应用程度来看,其广度和深度有了非常快的发展。比如在早期,有很多问题因为软件或硬件能力的限制而无法解决,尤其是模型的复杂程度,在20多年前是不可想象的,而现在变的可行了。这说明伴随着计算机软硬件的升级,仿真应用的深度得到了有效拓展。从应用的广度来看,早期只能做单场分析,而现在由于CAE软件的集成做的很好已经发展到多物理场分析。正如王秘书长提到的多学科仿真,拓展到子系统和子系统之间,这在早期是也是不可想象的,这些是应用广度的发展趋势。

    朱永谊:我在ANSYS工作了近19年,原来只是单一学科,如材料只要知道弹塑性就足够,不需要知道电磁场、流体场,但现在要求多物理场的耦合,即单一场是远远不够的,这对我们是一个挑战。总得来说,我认为仿真技术未来发展的趋势就是从单一学科的研发到多学科的耦合,还要做全面的仿真。举个例子,比如说断裂的仿真,断裂的过程是一个损伤的过程,起因是微观的,但是通过有限元来模拟是一个宏观的模拟,怎么把二者结合起来,对我们也是一个挑战。

    王晓:我自己从事流体仿真已经30多年,因为工作关系,经常接触到中国、日本以及其他地区的客户,自己感觉到仿真行业未来的发展趋势,可用三个“更”字来概括。第一个“更”指在客户的经营发展战略中更多的融入CAE的元素,也就是说CAE的顶层设计会被越来越多的公司体现在其经营发展战略中;第二个“更”指在设计的更早期阶段,而不是在基本完成设计阶段或者做故障诊断时或者在两者之间才使用CAE,未来应在样机还未制作出来,就通过CAE仿真平台,如ANSYS的仿真平台或者其他CAE的仿真平台,来完成虚拟样机,对其进行性能评估和参数影响的分析。概括地讲,就是在更早的设计流程中更早的使用CAE;第三个“更”是更普及,叫阳春白雪走到下里巴人,更多得普及到一线的设计工程师,通过他们将CAE变成企业的价值。
 

 黄培:刚才各位专家从不同的角度,对仿真技术的应用和发展趋势做了精彩的诠释。但在实践中会发现这样一个问题,不同的企业,甚至同一个企业不同的部门对仿真技术的应用水平差距很大,我们非常关心仿真技术在这种情况下如何能仿得更真?不仅仿真工程师相信自己的分析结果,而且也能真正被技术部门、研发部门所置信,拥有一个更好的置信体系,包括怎样评价一个组织仿真的应用水平?各位有什么看法?

    廖越峰:怎样仿得更真?让CAE更有威力。刚才叶博士提到人的重要性,我刚才也提到屌丝仿真工程师要想尽快地成长为仿真大师,成为真正的专家,自己要下狠功夫就显得非常重要,正如朱院士已经工作20年了仍在学习。中国人相信“汝果欲学诗,工夫在诗外”。一定要在仿真工具上学习专研,真正把仿真工具用好、用活,而不能为了仿真而仿真,仿真不是游戏,这非常重要。

    王继宏:从我的观察的来看,CAE仿得更真,这本身无论从软件的开发者,还是从企业应用的使用者,都是我们追求的终极目标。我们用CAE仿真技术的目的是模拟真实的世界,但如果想仿得更真,有一点非常重要,企业一定要重视知识、经验、标准和试验数据的积累。CAE软件其实就是一个仿真的工具,若想在产品开发过程中把产品做得更可靠、更安全、更好,需要有大量和产品本身结合起来的工程经验、实验数据,还有标准。很多的年轻的工程师缺少的不是对软件的应用和使用,而是缺少工程经验的积累。

    我曾经接触过一家企业,公司购买了软件,也聘请了CAE工程师,但在工程师使用CAE模型把这个产品分析出来时,老板问结果到底准不准,能不能相信这个结果。年轻的工程师显然不能回答这个问题,因为他还缺乏知识积累;另外一个巨大的感受是仿真工程师的工资偏低,应该提高他们的待遇,使他们的待遇比设计工程师应该高出两倍、三倍,这样才能吸引很多的CAE工程师参与到企业的研发过程中来。

    徐劼勇:要做好仿真这件事,我认为有三个要素:人、技术、流程。在这里我想重点谈谈对流程的看法。仿真要做好,首先得有最佳实践,否则无法形成整个解的一致性。如果这个做不到,那么10个有经验的工程师做同样的问题,最后有可能结果也不一致。从流程的角度上来讲,务必保证知识的积累,而知识的积累其实只是第一步,真正重要的是把知识的积累固化下来,这涉及到仿真知识工程的概念。

    CAE仿真工程之所以在企业的生产过程中能够很好地控制质量并做得非常精确,其原因就是在制造过程中控制好了流程和工艺。我认为成功的仿真知识工程是把仿真的流程做到工艺化,并在IT平台上固化下来。在未来对于我们每一家企业而言,产品及产品研发的特殊性决定了仿真的特殊性,通过不断的知识积累,企业仿真应用的最终趋势一定是“把现在通用的仿真产品变成适合企业自身研发的专业仿真产品”。

    朱永谊:大家都是从企业角度来谈,那我从个人角度谈谈看法:第一,仿真经验需要长期积累。我发现每次参加ANSYS大会的都是年轻人,现象就是“国内新面孔、国外老面孔”,希望年轻人不要做两三年就转到别的行业去,要做好长期积累仿真知识的准备。第二,工程经验的积累。比如工程师完成模型建模提交客户后,往往有的不能用而被反馈回来,原因就是经验积累的不够,即使是很简单的边界条件的加载、多物理场之间的边界条件的定义,物理现象的定义,都很缺乏。定义稍和物理现象有偏差,将导致收敛变得困难。第三,碰到仿真问题要迎难而上。对开发人员而言,我们不能依赖于傻瓜式的工具,要有自己的思考和判断,对仿真结果能够按照工程经验分析是否正确。刚才有提到一个新的产品开发Diagnosis,即一个诊断过程,当仿真模型在求解过程出现问题,可以马上提醒用户问题可能出在哪里,从而帮助用户仿得更真实。

    王晓:刚才各位专家已从人才、工具、服务和开发的角度做出很透彻的阐述,我因为可以和很多客户打交道,关于怎么样可以仿得更真,个人觉得CAE有些时候比你认为真的时候还要真,我通过例子来说明。第一个例子就是三菱电机,设计出的空调是42分贝,42分贝的概念是,一般图书馆平均是50~60分贝之间,它比图书馆的分贝还要低,这保证如果晚上开着空调睡觉,基本不会影响到休息,这是仿真的成果。第二个例子是日本的Panasonic,在做烤箱的仿真模拟时,用了两亿个网格,512个CPU来计算,算出来的结果比实验还漂亮。因为真正做实验用烤箱烤面包时,会出现有的地方烤焦,有的地方还没熟的现象。第三个是日本的一家大型电机厂,是核电、水电的电机厂,我们帮忙做了一个项目,用了2.8亿个网格,只用了6个小时就把网格画出来,三天把结果算出来。这些都是把仿真真正用到技术创新的实例。还有一个实例是日本一家公司做的电机仿真,他的目标是三年把电机的体积减小到原来的八分之一,还要保持工艺的不变,就必须用到仿真技术。客户说他们的目标不是把现有的产品做得更好,而是要做前人没做过的事,这个目标反映在他们公司的经营发展战略中,即仿真要创造价值。总之就是,企业要重视CAE顶层设计,还有人才的培养,每一个环节都必不可少。

    黄培:也就是说仿真技术已成为企业发展战略最重要的支撑,尤其是一个创新型的企业。还想问一个问题,既然谈到了多学科、多物理场的问题,从微观到宏观的问题,那仿真在企业如何实现仿得更全?对于这个问题各个专家有什么看法与建议?

    徐劼勇:在真实的物理世界中,仿得更全的需求其实在实际中是存在的。比如最早一个整的大系统,通常可以分成三层,一个就是完整的系统问题,第二个就是它的子系统的问题,第三个就是分解到他的零部件。在早期,仿得更真的需求体现在把产品性能与质量的因素完整的考虑,这在几十年前就存在,但当时受软件和硬件问题的限制,最初的仿真其实是割裂的。单场的仿真是大家最开始做的,然后做到多场的仿真,因为整个软件的集成度方面做得好。还有就是多学科的仿真,由于更多不同学科软件的产生,其集成、流程化在IT平台上可以实现,现在的趋势是整个系统的仿真跟子系统的仿真,以及零部件的仿真可以结合起来。原来割裂的,比如说最早的仿真是靠实验的积累来建模,现在可以把单场、多力场、对于零部件以及子系统的仿真与整个系统的仿真很好的结合起来,这会带来一个突破,带来整个研发模式上产生很大的飞跃。可以这样讲,原来做的单场的、割裂的仿真,相当于一个小仿真,现在可以做一个完整的、各个因素通盘考虑,将彼此之间的影响放在一起进行研发,即逐步走向一个大仿真。

    朱永谊:刚才讲到一个实例是将一种复合材料设计成一个整体的飞机,里面涉及到不同的物理形态,包含了电、热、结构方面的分析,这样的系统怎样在仿真平台上实现,ANSYS15.0推出一个复合材料模型模块,从前处理到后处理,再到优化可以提供一条龙的服务。因为复合材料的特点是重量轻、强度特殊、局部破坏不会影响到整体,而且每个复合材料有不同的层数,每层又有不同的纤维转向,所以设计参数需要提前确定,比如说每一层的纤维转角,每一层的厚度,事先可以做一个优化设计;还可以从整体到局部对每一个部件做更深入的研究分析,或者是每一个部件已经分析完毕后想知道整体的情况,这就涉及到全面仿真。

    王晓:我认为为客户提供一种仿真驱动模式评估服务,可以实现仿得更真。去年我在日本做过一个项目,帮助客户评估其CAE的使用,用最佳实践帮助企业逐步提升其CAE应用能力,从而达到客户期望的产品的创新、开发时间缩短、企业的竞争力增加的要求。我们从入门、应用、推广过程、领导过程,一共分为几个级,有详细的流程,帮助客户评估和提出建议。

    黄培:对于仿真技术的应用与成熟度的把握,确实有必要建立一个模型,从而能够更好地评估仿真技术,更好地为企业创新和创造价值。前面五位专家就仿真技术发展和应用的趋势,仿真技术如何能够更加接近我们真实的产品创新、如何能够真正帮助企业创造更多的价值的核心问题,以及如何实现真正地、全面的仿真丰富多彩的物理世界,进行了非常深入的探讨,分享了精彩的观点。我想未来仿真技术将会仿得更真、仿得更全,同时仿得更快、仿得更便捷,我想这是未来ANSYS和安世亚太以及在座的企业可以共同迎接的一个仿真技术更加美好的明天。非常感谢台上各位嘉宾的分享,也谢谢大家!

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