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仿真軟件十年回顧和展望

有限元: 2020-08-21 13:40:00 閱讀數(shù): 4102 分享到:
仿真軟件是從50年代中期開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的,近年來(lái)更是高速發(fā)展,仿真軟件公司收購(gòu)一定程度上可以反映仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),首先我們就先回顧一下過(guò)去十年,仿真領(lǐng)域比較大的并購(gòu)事件,希望能從中找出一些線索和趨勢(shì),指引未來(lái)十年的發(fā)展。
綜合解決方案

西門子于2012年11月12日宣布以6.8億歐元收購(gòu)了比利時(shí)軟件公司LMS International。LMS公司是汽車、航空航天和其它先進(jìn)制造業(yè)界公司的工程創(chuàng)新合作伙伴,可以幫助用戶將更好的產(chǎn)品更快地投入市場(chǎng),并將卓越的技術(shù)和效率轉(zhuǎn)化為其戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。


2019,ANSYS宣布與利弗莫爾軟件技術(shù)公司(LSTC)已達(dá)成最終收購(gòu)協(xié)議,該公司是顯性動(dòng)力學(xué)和其他先進(jìn)有限元分析技術(shù)的主要提供商。

流體

1.2011年,Altair宣布成功收購(gòu)ACUSIM Software, Inc. (ACUSIM). ACUSIM軟件公司成立于1992年,總部位于美國(guó)加利福尼亞州的山景城(Mountain View)。ACUSIM是領(lǐng)先的強(qiáng)大的可拓展性及高精度的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)求解器解決方案領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)者。


2. 2016年,西門子與CD-adapco公司達(dá)成股份購(gòu)買協(xié)議,以9.7億美元的價(jià)格收購(gòu)CD-adapco。CD-adapco是一家全球的工程仿真軟件公司,提供的軟件解決方案涵蓋廣泛的工程學(xué)科,包括流體力學(xué)(CFD)、固體力學(xué)(CSM)、熱傳遞、粒子動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)物質(zhì)流、電化學(xué)、聲學(xué)和流變學(xué)等。


3. 2016年,達(dá)索系統(tǒng)收購(gòu)Next Limit Dynamics公司,Next Limit Dynamics是全球高度動(dòng)態(tài)流體場(chǎng)仿真領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,其2015年?duì)I收約為160萬(wàn)歐元。其解決方案適用于航空航天與國(guó)防、交通運(yùn)輸與汽車、高科技、能源等行業(yè)。Next Limit Dynamics旗艦產(chǎn)品為使用格子玻爾茲曼的xflow。


4. 2017年9月28日,達(dá)索系統(tǒng)宣布,與產(chǎn)品工程仿真軟件全球創(chuàng)新企業(yè)Exa公司(Exa Corporation)(納斯達(dá)克:EXA)簽署明確的合并協(xié)議,達(dá)索系統(tǒng)將正式收購(gòu)位于馬薩諸塞州柏林頓的Exa公司。這家達(dá)索系統(tǒng)的子公司將在此后10個(gè)工作日內(nèi)邀約收購(gòu)全部已發(fā)行的和流通的Exa普通股,每股價(jià)格24.25美元,收購(gòu)?fù)瓿珊笠袁F(xiàn)金支付,Exa的完全稀釋股權(quán)價(jià)值大約為4億美元。此次收購(gòu)達(dá)索將EXA采用格子玻爾茲曼方法的旗艦產(chǎn)品powerflow納入麾下,進(jìn)一步鞏固了其在流體無(wú)網(wǎng)格領(lǐng)域的技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

生物、材料、復(fù)合材料

1. 2013年,ANSYS收購(gòu)復(fù)合材料的瑞士小公司EVEN。


2. 2014年,達(dá)索系統(tǒng)通過(guò)收購(gòu) Accelrys 創(chuàng)建新的品牌 BIOVIA,Material Studio專用于微觀材料仿真設(shè)計(jì)。


3. 2016年,Synopsys收購(gòu)了英國(guó)三維重建軟件simpleware

電磁仿真、EDA領(lǐng)域

1.2008年3月31日,全球仿真技術(shù)及產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件供應(yīng)商ANSYS公司宣布,與Ansoft公司雙方簽署一項(xiàng)最終協(xié)議,據(jù)此ANSYS將以收購(gòu)總價(jià)約8.32億美元(含現(xiàn)金和股票)收購(gòu)Ansoft公司,Ansoft旗下的旗艦產(chǎn)品HFSS,SIWave,Maxwell等悉數(shù)納入到ANSYS旗下,在多物理電磁仿真以及EDA領(lǐng)域邁出了扎實(shí)的一步。


2.2011年ANSYS收購(gòu)了Apache Design Solutions,填補(bǔ)其在集成電路解決方案領(lǐng)域的空白。


3.2014年6月,Altair公司與EMSS達(dá)成并購(gòu)協(xié)議,收購(gòu)FEKO軟件產(chǎn)品以及EMSS在美國(guó)、德國(guó)和中國(guó)的三家分公司。


4.2016年 達(dá)索系統(tǒng)以約2.2億歐元收購(gòu)電磁(EM)和電子仿真領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先德國(guó)企業(yè)CST。


5.2016年11月16日,西門子以45億美元收購(gòu)EDA軟件公司Mentor。



西門子以45億美元收購(gòu)Mentor, 讓EDA軟件公司再次進(jìn)入人們的視野,隨著電子領(lǐng)域的持續(xù)升級(jí),EDA公司的作用更加突顯,2018年中興和2019年的華為斷供事件更是把三大EDA軟件公司Synopsys新思,Cadence楷登和Mentor推到了風(fēng)口浪尖。硬件斷供只是明槍,很容易躲開(kāi),軟件斷供才是狠招。簡(jiǎn)單講比如斷供操作系統(tǒng),雖然電腦還能用,但后續(xù)支持升級(jí)就沒(méi)有了,無(wú)法應(yīng)對(duì)出現(xiàn)新的軟硬件,新的電腦病毒和漏洞。產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證暫且不說(shuō),產(chǎn)品上市時(shí)間會(huì)被拉長(zhǎng),時(shí)間線上會(huì)被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手甩在后面。

 

2017年2月2日,??怂箍敌家?.34億美元收購(gòu)老牌CAE公司MSC軟件公司(“MSC”),MSC是全球領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)方案供應(yīng)商,包括進(jìn)行虛擬產(chǎn)品和制造過(guò)程開(kāi)發(fā)的模擬軟件。2016年MSC銷售收入在2.3億美元左右,可謂賣了個(gè)好價(jià)錢。但也表明,傳統(tǒng)的CAE軟件公司已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,軟件公司必須在數(shù)字化設(shè)計(jì)方面轉(zhuǎn)型,在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的測(cè)量數(shù)據(jù)將與仿真分析緊密結(jié)合,提供高附加值的產(chǎn)品和服務(wù),僅靠著賣軟件的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返了。


在計(jì)算仿真領(lǐng)域,不得不提到另外兩家獨(dú)特的公司:COMSOL和MathWork。


成立于瑞典 的斯德哥爾摩COMSOL在2010年之前還無(wú)聲無(wú)息,最初的COMSOL只是在MATLAB的一個(gè)toolkit上改進(jìn)的結(jié)構(gòu)分析工具,但在2010年之后,隨著COMSOL4.0版本的發(fā)布,COSMOL憑借著多物理場(chǎng)仿真的旗號(hào),直接求解PDE,以及相對(duì)完善的前后處理功能,迅速崛起,在CAE領(lǐng)域可謂獨(dú)樹(shù)一幟。和大多數(shù)外國(guó)公司一樣,早年COMSOL在國(guó)內(nèi)主要使用代理商,后來(lái)自己成立辦事處。創(chuàng)立于1984年的Mathwork,作為一家從大學(xué)出來(lái)的公司,一直靠著兩大產(chǎn)品Matlab和Simulink,2018年收入營(yíng)業(yè)額已經(jīng)比肩CAE巨頭ANSYS。MATLAB提供了大量的數(shù)學(xué)函數(shù)以及各個(gè)行業(yè)的工具箱,對(duì)于高級(jí)工程師是相當(dāng)不錯(cuò)的選擇。筆者從2001年接觸MATLAB6.0版本至今,仍然是解決技術(shù)問(wèn)題的幫手。


作為3D軟件的巨頭,Autodesk在仿真領(lǐng)域也有不少動(dòng)作,除了收購(gòu)algor,moldflow,PlassoTech等,在仿真業(yè)務(wù)整合,云端也做了不少努力,但種種客觀原因,未來(lái)想發(fā)展業(yè)務(wù)大概率通過(guò)收購(gòu)其它公司完成。


展望未來(lái)十年,可能發(fā)生的收購(gòu)或并購(gòu):

1. Synopsys新思,Cadence楷登會(huì)成為新的收購(gòu)熱點(diǎn);

3. ANSYS不排除被更大的巨頭收購(gòu);

4. 更多掌握核心技術(shù)的底層細(xì)分領(lǐng)域的小公司會(huì)被巨頭收購(gòu)(圖形引擎,網(wǎng)格引擎,幾何內(nèi)核等)

5. VASP被ANSYS或者Simens收購(gòu);

6. 國(guó)內(nèi)企業(yè)比如華為可能會(huì)嘗試收購(gòu)歐洲小的仿真企業(yè)。


下面試著從技術(shù)角度回顧和展望仿真軟件的發(fā)展和趨勢(shì)。


1、多物理場(chǎng)仿真耦合


多物理場(chǎng)耦合仿真的終極目標(biāo)是提供對(duì)真實(shí)世界的精確模擬。雖然目前很多軟件號(hào)稱能解決多物理場(chǎng)仿真問(wèn)題,但實(shí)際上獲取準(zhǔn)確的數(shù)值解仍然相當(dāng)困難:理論上復(fù)雜的多物理場(chǎng)耦合現(xiàn)象難以用統(tǒng)一的PDE描述,因此數(shù)值計(jì)算上理論上就存在不確定性;而工程上會(huì)對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,導(dǎo)致求解誤差偏大;不同的物理場(chǎng)之間還涉及到模型交互,幾何網(wǎng)格兼容性,強(qiáng)弱耦合,多尺度,相變,交叉學(xué)科等各種問(wèn)題。所以進(jìn)行準(zhǔn)確的多物理場(chǎng)耦合分析仍然是仿真軟件未來(lái)最具挑戰(zhàn)性的工作之一。過(guò)去十年中,從事流體,電磁,材料仿真軟件的公司是收購(gòu)的重點(diǎn),未來(lái)的收購(gòu)也還會(huì)發(fā)生在這些領(lǐng)域,在這些領(lǐng)域還有很多沒(méi)有解決的工程問(wèn)題,軟件發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>


2、仿真和硬件關(guān)系更加密切


FEM方法早在70多年前提出,因?yàn)樾枰罅康挠?jì)算工作一直發(fā)展比較緩慢,在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之后才出現(xiàn)質(zhì)的發(fā)展。現(xiàn)在,自由度超過(guò)千萬(wàn)的剛度矩陣組裝,其次和非齊次線性方程組求解時(shí)間在普通臺(tái)式機(jī)上仍然耗時(shí),因此仿真軟件對(duì)硬件有天然的依賴,半導(dǎo)體領(lǐng)域的摩爾定律同樣適用于仿真軟件,所以每次硬件出現(xiàn)新的革新,都會(huì)很快應(yīng)用到仿真軟件上。從早期的臺(tái)式機(jī)多核多進(jìn)程多線程,到后來(lái)的刀片服務(wù)器,網(wǎng)絡(luò)分布式計(jì)算,再到GPU計(jì)算,以及現(xiàn)在的上百萬(wàn)核,千萬(wàn)核的超級(jí)計(jì)算機(jī),AI芯片,將來(lái)可能應(yīng)用的量子計(jì)算機(jī),都是在用硬件方法加速仿真中的大規(guī)模計(jì)算。


硬件發(fā)展的另外一個(gè)趨勢(shì)是越來(lái)越小,仿真可以和硬件結(jié)合,類似于現(xiàn)在的FPGA編程。自動(dòng)駕駛是一個(gè)典型的例子,自動(dòng)駕駛實(shí)際上就是一個(gè)實(shí)時(shí)的仿真系統(tǒng),攝像頭,傳感器實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù),處理器根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行駕駛路線計(jì)算和預(yù)測(cè),并采取相應(yīng)的策略,在這個(gè)過(guò)程中依賴于數(shù)據(jù)的傳輸和對(duì)數(shù)據(jù)仿真處理。如果將碰撞仿真軟件固化在汽車硬件里,汽車在行駛過(guò)程中能實(shí)時(shí)仿真與其它車碰撞的結(jié)果,從而讓自動(dòng)駕駛在遇到危險(xiǎn)時(shí)采取更有利的預(yù)防和避險(xiǎn)措施,其意義不言而喻。


隨著硬件的加速,一些傳統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法使用可能會(huì)出現(xiàn)改觀。比如求解滿秩矩陣的困難的MOM,BEM等方法。目前的算法主要利用快速多級(jí)等進(jìn)行加速,但精度上還是會(huì)有損失。


在下一個(gè)十年結(jié)束的時(shí)候,希望在量子計(jì)算領(lǐng)域有所突破。如果幾十億自由度的線性方程組求解能在普通機(jī)器上秒級(jí)以內(nèi)完成,將極大促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展,說(shuō)人類文明將跨進(jìn)一大步一點(diǎn)都不夸張!


3、CAD/CAE/CAM/CAPP無(wú)縫結(jié)合,驗(yàn)證測(cè)試與仿真融合


傳統(tǒng)的CAD/CAE/CAM/CAPP相互獨(dú)立,會(huì)造成很多問(wèn)題,比如信息孤島,數(shù)據(jù)不兼容,仿真結(jié)果無(wú)法驗(yàn)證等,甚至出現(xiàn)試驗(yàn)指導(dǎo)仿真的情況。


近年來(lái),軟件廠商在解決這些問(wèn)題方面做了很多努力,但距離理想還相差很遠(yuǎn)。傳統(tǒng)的CAD與CAE分離,簡(jiǎn)單講設(shè)計(jì)一個(gè)單位,仿真一個(gè)單位,加工一個(gè)單位,最直接的問(wèn)題就是數(shù)據(jù)兼容性問(wèn)題。相信很多仿真工程師都有過(guò)被文件格式轉(zhuǎn)換,幾何清理折磨的經(jīng)歷,究其原因就是CAD/CAE流程沒(méi)有打通。這種分離不僅是數(shù)據(jù)上,而且也反映在業(yè)務(wù)上。比如因?yàn)榧庸ば枰?,CAD設(shè)計(jì)會(huì)有各種倒角,而仿真則不需要。很多CAD軟件在其平臺(tái)上引入了仿真功能,反映的就是這個(gè)趨勢(shì)。在一個(gè)平臺(tái)上完成CAD/CAE/CAM驗(yàn)證,設(shè)計(jì),自動(dòng)化,也就是CAD/CAE/CAM/CAPP的無(wú)縫結(jié)合。


仿真軟件給出的仿真結(jié)果總會(huì)存在誤差,需要由試驗(yàn)來(lái)確定,如何將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)匹配,指導(dǎo)實(shí)際業(yè)務(wù),也是很工業(yè)界看重的一個(gè)問(wèn)題,這也催生出了相應(yīng)的軟件產(chǎn)品,比如西門子收購(gòu)的比利時(shí)LMS,是一家提供仿真,測(cè)試,咨詢服務(wù)公司,西門子看中的就是測(cè)試與仿真的綜合能力。而另一家比利時(shí)的Dynamic Design Solutions,也是一家提供FEM分析軟件測(cè)試的公司(又是比利時(shí),多物理場(chǎng)仿真軟件OOFELIE也屬于比利時(shí)的OpenEngineering公司),幾乎所有的汽車設(shè)計(jì)廠商都是其客戶。未來(lái)傳感器,測(cè)量工具效能的提升會(huì)讓仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的更緊密。


4、設(shè)計(jì)與優(yōu)化緊密結(jié)合


有人說(shuō)仿真的目的就是優(yōu)化。優(yōu)化是很多CAE軟件產(chǎn)品中的一個(gè)模塊,比如AltairOptiStruct,Ansys Design Explorer,HFSS Optimetrics,Abaqus ATOM 以及獨(dú)立的優(yōu)化軟件Isight,Tosca等,Matlab等科學(xué)計(jì)算軟件中也提供了專門的優(yōu)化工具箱。


雖然優(yōu)化工具很多,但真正應(yīng)用起來(lái)讓其發(fā)揮作用并不簡(jiǎn)單,首先每種優(yōu)化算法有其特點(diǎn)和適用場(chǎng)景,比如遺傳算法適用全局優(yōu)化,牛頓適用局部?jī)?yōu)化,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適用輸入數(shù)據(jù)豐富情形,梯度迭代更適合有連續(xù)表達(dá)式的函數(shù)。


其次業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)優(yōu)化也有諸多限制,比如橋梁,雖然理論上可以設(shè)計(jì)優(yōu)化出各種樣式的橋,但實(shí)際設(shè)計(jì)施工中還是老老實(shí)實(shí)按照規(guī)范來(lái);再者優(yōu)化算法同樣受限于硬件,大部分優(yōu)化使用迭代算法,利用每次迭代仿真結(jié)果選擇相應(yīng)策略,而很多FEM自適應(yīng)網(wǎng)格方法,F(xiàn)VM計(jì)算本身就是一個(gè)迭代收斂的過(guò)程,如果加上優(yōu)化迭代,計(jì)算時(shí)間會(huì)無(wú)法接受;最后優(yōu)化中涉及到許多變量,這些變量可能涉及不同的階段(有的變量屬于幾何,有的屬于仿真,有些屬于NC),場(chǎng)景,從而分配不同的影響因子,靈敏度。


所有這些不確定因素加起來(lái)導(dǎo)致仿真軟件優(yōu)化發(fā)揮作用很困難,目前仿真優(yōu)化通常應(yīng)用于幾何拓?fù)浯_定,業(yè)務(wù)流程固化,參數(shù)較少的應(yīng)用場(chǎng)景。在仿真優(yōu)化這塊還有很多潛力可挖掘,未來(lái)十年,將會(huì)有更多的和業(yè)務(wù)結(jié)合的優(yōu)化應(yīng)用出現(xiàn),而軟硬件的發(fā)展會(huì)對(duì)優(yōu)化的應(yīng)用發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用。


5、云端化


仿真軟件云端化是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展必然的結(jié)果,云端化和仿真技術(shù)沒(méi)有太大關(guān)系,主要是商業(yè)模式和使用方式的轉(zhuǎn)變,目前有不少公司試水把產(chǎn)品移植到云端,比如三維設(shè)計(jì)軟件OnShape,3D軟件公司Autodesk(歐特克)早早在云端布局,云端平臺(tái)Fusion360整合了旗下的多款CAD/CAE/CAM產(chǎn)品?;ヂ?lián)網(wǎng)巨頭亞馬遜直接在其云端開(kāi)發(fā)部署了開(kāi)源CFD軟件包OpenFOAM,用戶可直接登錄使用。


另外B/S架構(gòu)的仿真平臺(tái)通過(guò)瀏覽器提供前后處理,而大規(guī)模求解仿真放在云端也是一個(gè)不錯(cuò)的選項(xiàng),國(guó)外發(fā)展較早的有德國(guó)的www.simscale.com,國(guó)內(nèi)有www.simright.com,目前云端化存在兩個(gè)大問(wèn)題。一個(gè)是安全性問(wèn)題,如何保證數(shù)據(jù)安全,對(duì)公司講,數(shù)據(jù)就是核心資產(chǎn),另外如何保證商務(wù),法律上的安全也是需要考慮的一個(gè)問(wèn)題,比如涉密信息,即使保證了數(shù)據(jù)安全,也不可能放在公有云,公司企業(yè)內(nèi)部私有云倒是一個(gè)不錯(cuò)的選項(xiàng)。另外一個(gè)問(wèn)題是進(jìn)行云端仿真計(jì)算時(shí),存在性能瓶頸,對(duì)于大型項(xiàng)目,遠(yuǎn)程圖形渲染,實(shí)時(shí)計(jì)算,交互,數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗€不能和桌面機(jī)器相比,當(dāng)然隨著硬件的發(fā)展,這些以后都不是問(wèn)題。


對(duì)大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō),使用云的好處是降低仿真軟件的使用成本,以前幾十萬(wàn)幾百萬(wàn)的才能使用的軟件,通過(guò)云可以將價(jià)格門檻下降到很低,這也是在國(guó)內(nèi)普及正版軟件一條可行的路。


6、網(wǎng)格


傳統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法都需要高質(zhì)量的網(wǎng)格數(shù)據(jù)作為輸入,網(wǎng)格生成在前處理中占了很多時(shí)間。網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接決定的仿真的好壞,網(wǎng)格生成技術(shù)作為仿真領(lǐng)域的一項(xiàng)支柱,開(kāi)發(fā)難度大,且需要實(shí)際工程打磨,要想開(kāi)發(fā)一套完善的網(wǎng)格引擎,沒(méi)有五年十年的功夫是不可能的。某些情況比如多物理場(chǎng),流體邊界層,復(fù)合材料,EDA行業(yè),裝配體的網(wǎng)格的生成更為復(fù)雜,對(duì)于未知場(chǎng)的求解,往往需要網(wǎng)格加密多次求解,增加了仿真復(fù)雜度。好的網(wǎng)格依賴于幾何輸入質(zhì)量以及網(wǎng)格算法的健壯穩(wěn)定性,沒(méi)有好的網(wǎng)格生成機(jī)制,數(shù)值計(jì)算難為無(wú)米之炊。網(wǎng)格算法較為成熟穩(wěn)定,在這個(gè)領(lǐng)域很難有顛覆式的發(fā)展,未來(lái)網(wǎng)格底層生成算法可以和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用更加緊密結(jié)合,優(yōu)化網(wǎng)格生成效率。


由于高階數(shù)值計(jì)算復(fù)雜性,目前大部分商業(yè)軟件網(wǎng)格都是線性單元(0階)或者二次單元(一階)。實(shí)際上高階網(wǎng)格(也就是常說(shuō)的P單元)在處理復(fù)雜幾何上更具優(yōu)勢(shì),適當(dāng)?shù)脑O(shè)置網(wǎng)格參數(shù),只需更少數(shù)量的網(wǎng)格,無(wú)需迭代,就能獲得更好的數(shù)值計(jì)算解,期待未來(lái)在高階領(lǐng)域有更多實(shí)際應(yīng)用。


無(wú)網(wǎng)格方法是近年來(lái)興起的一種數(shù)值計(jì)算方法。流體領(lǐng)域的粒子方法(Particle Method)和LBM格子玻爾茲曼已經(jīng)相當(dāng)成熟,尤其是后者,達(dá)索系統(tǒng)早早將市場(chǎng)上的LBM軟件收到旗下,壟斷目前市場(chǎng)。Altair與今年推出的SimSolid號(hào)稱也不需要網(wǎng)格,市場(chǎng)驗(yàn)證需要假以時(shí)日。要想在無(wú)網(wǎng)格應(yīng)用上有所突破,底層理論和硬件都需要提供更多的支持。


瑞士一家公司提出了一種基于MAR(Medial Axis Representation)方法,號(hào)稱利用CAx取代CAD/CAE,取代傳統(tǒng)的網(wǎng)格劃分流程,具體效果還需要市場(chǎng)檢驗(yàn)。

未來(lái),網(wǎng)格仍然是仿真軟件前處理的重要一環(huán),網(wǎng)格生成性能會(huì)進(jìn)一步提升,新算法會(huì)引入讓網(wǎng)格生成趨向智能化。


7、數(shù)值計(jì)算方法


在數(shù)值計(jì)算機(jī)方法領(lǐng)域,主要還是以FEM為主,電磁FEM,F(xiàn)DTD,MOM,流體FVM,以及無(wú)網(wǎng)格法。其它比如FDM,BEM,DEM,譜方法等在實(shí)際應(yīng)用中大規(guī)模使用,還需要更多的努力。未來(lái)數(shù)值計(jì)算方法在理論上突破已經(jīng)非常困難,但在以下幾個(gè)方面仍然還有發(fā)展空間:

1,同一分析空間中不同數(shù)值計(jì)算方法的混合使用;

2,PDE產(chǎn)生新的解析解方法所帶來(lái)的新的數(shù)值解法;

3,半解析解和數(shù)值解法的進(jìn)一步組合使用;

4,數(shù)值計(jì)算方法和業(yè)務(wù)場(chǎng)景實(shí)際工程應(yīng)用的進(jìn)一步耦合;

5,高階網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算方法;


軟件只是表現(xiàn),軟件和工程經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合才是核心技術(shù),發(fā)展數(shù)值計(jì)算方法,只有和實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)合才能使軟件產(chǎn)生更大的價(jià)值。


8、人工智能以及機(jī)器學(xué)習(xí)引入


人工智能最近幾年火的一塌糊涂,但是真正靜下心來(lái)仔細(xì)研發(fā)會(huì)發(fā)現(xiàn),落地應(yīng)用的項(xiàng)目其實(shí)集中在少數(shù)幾個(gè)領(lǐng)域,比如語(yǔ)音識(shí)別,圖像識(shí)別,聚類分析,專家系統(tǒng)等等,在仿真領(lǐng)域應(yīng)用有限。這也是由仿真領(lǐng)域的特點(diǎn)決定的:


1,人工智能依賴于大規(guī)模的訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入,對(duì)于仿真而言,很多應(yīng)用場(chǎng)景中,仿真一次的數(shù)據(jù)量就非常大,多次仿真不僅時(shí)間長(zhǎng),而且冗余數(shù)據(jù)多,生成的有效訓(xùn)練數(shù)據(jù)有限,無(wú)法提供AI訓(xùn)練以及深度學(xué)習(xí)所需的有效輸入數(shù)據(jù);以設(shè)置最優(yōu)網(wǎng)格參數(shù)為例,至少兩個(gè)位的訓(xùn)練次數(shù)才會(huì)出現(xiàn)有效解,而求解器一次求解時(shí)間可能就是幾個(gè)小時(shí),相比AI,實(shí)際應(yīng)用中自適應(yīng)網(wǎng)格劃分更迅速和準(zhǔn)確;


2,目前的硬件設(shè)施無(wú)法滿足AI訓(xùn)練,或者訓(xùn)練成本太高,對(duì)于1中即使是對(duì)局部網(wǎng)格尋找最優(yōu)參數(shù)解,訓(xùn)練所花實(shí)際成本仍然很高,性價(jià)比差;


3,未來(lái)通過(guò)機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行特征識(shí)別,從而可以在幾何清理,設(shè)置局部網(wǎng)格參數(shù)等方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是比較可行的。


9、業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)仿真


傳統(tǒng)印象中,仿真應(yīng)用流程是設(shè)計(jì),仿真,再設(shè)計(jì),測(cè)試,再設(shè)計(jì),生產(chǎn)。而業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)仿真很可能改變這種印象。以風(fēng)力發(fā)電葉片為例,葉片的生成,運(yùn)輸,安裝,卸載成本都很高,在運(yùn)作的時(shí)候如果葉片出現(xiàn)故障(撞擊,損壞),主要以現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)為主。如何精準(zhǔn)的評(píng)估修復(fù)效果,利用傳感器,掃描儀等裝置生成實(shí)時(shí)模型,收集真實(shí)工況數(shù)據(jù),對(duì)比原始模型,測(cè)試模型,進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真,評(píng)估CFD,機(jī)械強(qiáng)度等各個(gè)指標(biāo),仿真滿足要求后即可上線。仿真在整個(gè)過(guò)程中起主導(dǎo)作用,之后還可以定時(shí)進(jìn)行仿真檢查,收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋給原始仿真計(jì)算模型,優(yōu)化產(chǎn)品流程。


從使用者角度看,仿真軟件將不再是仿真工程師的專利,完善的業(yè)務(wù)流程,固化的仿真邏輯,CAD/CAE/CAM的高度結(jié)合,可以讓任何一個(gè)普通工程師用好仿真。想象一下在建筑工地上,工人發(fā)現(xiàn)施工與設(shè)計(jì)圖紙出現(xiàn)沖突,需要改圖,傳統(tǒng)的做法需要層層上報(bào),甚至反饋到設(shè)計(jì)院,設(shè)計(jì)院實(shí)地考察,給出修改方案,來(lái)回折騰。而以后可能工人只需在pad上修改圖紙,實(shí)時(shí)仿真一下,將結(jié)果反饋給上級(jí),通過(guò)則繼續(xù)施工。


過(guò)去的十年中,幾乎每年都有一些技術(shù)熱點(diǎn),比如量子計(jì)算,物聯(lián)網(wǎng),AR,VR,人工智能,區(qū)塊鏈,邊界計(jì)算,深度學(xué)習(xí)。但是仔細(xì)探究很多技術(shù)只不過(guò)是新瓶裝舊酒,有些是背后有資本推手,有些是從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng),有些是得益于硬件的發(fā)展。對(duì)于國(guó)內(nèi)工業(yè)仿真軟件發(fā)展而言,要想有所建樹(shù),技術(shù)方面加大研發(fā)投入力度,潛心踏實(shí)積累技術(shù),參與實(shí)際工程迭代,業(yè)務(wù)上開(kāi)拓國(guó)外市場(chǎng),走產(chǎn)品服務(wù)路線,仍然是唯一的出路。


來(lái)源:多物理場(chǎng)仿真技術(shù)