MFG-B004 仿真分析技术的发展趋势 欧特克仿真工程总监 Ian Pendlebury

演讲人：Ian Pendlebury
欧特克仿真工程总监
负责开发和提供所有 MFG 数据仿真产品，将整个职业生涯投入到仿真行业中，为 Moldflow 工作了 23 年， 2008 年起加盟欧特克公司。致力于从客户支持到高级管理等各个产品开发领域的工作，参与开发了第一次塑料收缩预测模拟和第一次凹痕模拟。两次模拟相关专利的发明者。

演讲名称：仿真分析技术的发展趋势
通过分享仿真分析技术的未来发展方向，并介绍欧特克仿真分析技术的发展战略将如何帮助用户借助CAE技术取得竞争优势！

Ian Pendlebury：
　　大家下午好。我是Ian，是欧特克制造业仿真工程负责总监，我是玛丽，是欧特克制造业经理。

　　我的演讲分为三部分，第一个部分首先回顾一下历史，第二部分讲一下从这些历史观察到什么，第三部分讲一下欧特克与此相关的愿景。首先引用两个名人的话来讲我们为什么回顾一下历史。第一位是阿瑟克拉克先生，他是20世纪三大科幻小说作家之一，他有很多著名的作品，他讲的一句话是“任何科技只要它足够先进都与魔法毫无二致”。第二位是意大利文艺复兴时期的思想家马吉仰弗利，他说的话是“我们大家谁想预见未来，必先追溯过去”。下面我们随着Ian来追溯过去。

　　首先我们回顾一下和计算机相关的30年的历史。我们回顾一下关于计算的历史。这张图表可能大家从维基网站可以搜索到，但是这一张是我自己制作的可能有一些不同。我要提到的是摩尔定律，这个摩尔定律不是大家学习物理的关于气体的摩尔定律，而是电子领域的摩尔定律。这个摩尔定律我简单给大家介绍一下，摩尔定律里面指出1965年提出电子领域的发展，在集成电路上所能够的晶体管的数量每两年会以指数倍的数量级增长。这个摩尔定律提出了30多年，过去大家提到过再过十年我们的硬件可能不会发展这么快吧，可是又过了十年，到了今天摩尔定律依然被科学验证是十分准确的，我们预测在将来的十多年它依然是十分准确的。

　　在这张图表上有一点非常重要，可以看到从1971到2001年，其中有一点是2005年左右，之前从1971年到2005年都是单核CPU，从2005年开始有了多核技术，比如从双核到四核等更多的核。这张图也是从维基网站搜索到的，我也做了自己的版本，我从事这个职业是85年开始的，那时候全世界最快的计算机是克雷-2（Seymour Cray），现在我口袋里的智能手机的速度已经是当时克雷-2速度的六倍。发展到今天我们的CPU的速度比30年前要提高了15万倍。这就是摩尔定律所预见的我们在电子领域的惊人发展速度。

　　我们回顾一下互联网的历史，15年前我们还没有接触过网络，15年后的今天全球联网主机数已经达到了10亿，所以这个速度是非常快的。同样我们联网的速度，从局域的LAN的速度一直到WLAN的速度也是惊人的增长，九几年基本上没有网络，到2001年局域网的速度比最早的时候提高了15万倍，而广域网的速度也提高了一万倍。我们回顾一下过去人们从生活到交流、读书的方式和今天已经有了很大区别，以前我们在商场购物，我们通过信件交流沟通，到书店买书才能阅读，今天通过搜索引擎、电子邮件在网络上就可以达到以前实现的目的。因为之前的演讲嘉宾都有说到环境对今天社会造成的影响，以及给我们带来的变革。

　　这张图表我想用全世界原油的生产量看一下和环境相关的因素。这张图表显示了全球石油的生产量，可以看到在图中的位置已经是传说中的银河，已经过了高峰期，到了那个时期以后，我们原油的生产量已经是下降的趋势。同时我们又看到我们在全球不同的州、不同地区和国家石油的需求量和消费量是在增长的。从美国、欧洲、亚洲地区来看都是上涨的趋势。之前的演讲嘉宾也有提到和此相关的规定，现在世界上乃至不同的国家和地区都有越来越严格的对于工业生产的二氧化碳排放和能源消耗的规定。这张图表大家在新闻里可能听说过联合国有一个关于气候框架条约，这是气候框架条约的补充条款《京都议定书》，它是91年签订的明年会失效，但是截至今年，图中绿色是达到的目标，红色是京都议定书协定要达到的目标，我们可以看到差距非常大。

　　我们再来看一下科技的发展，模拟的发展、计算的发展。同欧特克一样全球其他很多公司都一起尽力来发展，我们做模拟一定有很多假设条件，假设条件越多精确度越差，所以我们这样的公司都不断地减少我们的假设，使我们的结果越来越接近真实。这是一个关于塑料行业的案例，我们在十年的时间里不断地在改进我们的数学算法，减少更多的假设，让它跟真实的试验结果更加接近，这是关于晶体生长的模拟和实验同步进行的案例。这是第二个关于科技进步的一个案例，这是关于用塑料制品代替金属制品的一个案例。这里是一个长波纤维，在一定压力条件下我们看里面组织结构的变化，我们想用塑料制品替代金属制品，我们要研究塑料制品在承受压力之后里面的长波纤维的动态组合，从而来判定它是否能达到跟金属相等同的一个承受压力。之前我们通过实验来达到这个效果，今天用计算机软件技术就可以实现这一点。这是1985年的时候软件的状况，左边是1985年时候的Autodesk，右边是1985年的AutoCAD，我们可以看到，我们在以前的工作环境下，工程师用他的AutoCAD在分析图上画一个二维的几何，然后由分析工程师再进行计算，大家可以中间看到一个墙，这是有一个屏障和壁垒的。发展到今天到2011年，我们可以看到CAD部分的功能更强，可以做出更炫的非常详细的三维设计，右边也可以做更好的三维分析，实际上这两部分还是分离的，CAD建模和分析还是分别进行的。基本上可以看出经过30年我们的使用模式、使用形式依然没有改变。刚才我们回顾了一下历史关于计算、关于仿真的，我们从历史上能看到什么。

　　观察的第一点是关于计算，首先可以明确体会到我们的计算能力是巨幅增长了，现在无限运算已经成为可能。可以做很多CPU的并行运算，这个运算是弹性的，“弹性”是关键词，今天上午和下午的一些嘉宾提到了云计算，上午一个嘉宾提到做一帧《阿凡达》的画面需要24万9千200个工程师，现在有了云端可以随意的提交到云端，有无限量的及计算机可以为我们所使用。在互联网方面，它真的给我们很多方面带来了革命性变化，从商业上带来了革命性变化，从人和人之间的交流沟通上，从使用、拥有、访问软件这方面带来了革命性变化，人和人的连通性也带来了革命性的变化。这是最重要的一页PPT。我们刚才回顾了一下历史，看到仿真在现在已经成为重要任务，越来越重要，由于今天世界面临很多变化，面临很多挑战，我们的商品要看是不是有故障，我们的性能怎么样，保修上是否有保障，我们的企业还要合乎各种各样的规定，我们要面临很多的碳排放规定，我们的产品能不能回收再利用，以及风险的分解、客户满意度如何，我们的产品是否能够达到创新，和别的产品是否有差异化，以及我们产品的优化、上市时间等等都使得我们在今天做任何一款产品的设计和制造都要进行仿真。同时我们也从回顾历史中观察到，在实际采纳中还有很多障碍，如果用一个记分卡来计算，从目前仿真技术应用的广度和深度来看，我们的应用深度已经相当不错，由于我们有各种各样的技术CFT技术和SEA技术等等，包括我们的环境趋势深度已经做的非常好。在广度上我们只能打中等分，因为各个解决方案包括CFD或者FEA，相对各自独立的方案，方案之间的联结性比较差，而且解决方案和CAD之间联结性也是比较差的。从应用性上讲打分只能是差，为什么？因为从右边下三个图像来看我们使用仿真软件的要求是比较高的，需要是一个专家或者有一些背景的人才能使用，对硬件要求也相对比较高，另外软件成本也不容忽视，还是比较高的。

　　还有一个观察没有放之四海皆准的方案，我们的概念设计需要使用概念设计阶段的工具，我们负责验证的工程师要使用的工具有自己的特点，制造工程师应用的软件又有自己的要求，三类不同的人所使用的解决方案的特点也是不一样的。说到愿景，根据刚才回顾的历史，我们能够做什么？欧特克今天所做的一切都是在打破仿真的屏障。回顾过去八年欧特克除了自身开发软件外，还耗费了将近五亿美元资金收购了不同的仿真软件，从2003年一直到2011年，大家看到这个图表上和仿真相关的比如说SOLID、PLABBO、MOLDFLOW、ALGOR都是近年来收购的仿真软件。正是由于这些收购，使得今天欧特克的产品线非常丰富。通过做了上述很多工作，我们基本上建立了欧特克的仿真平台，可以很自豪的说这个平台是业界独一无二的，它的特点从几何到可视化一直到数据管理。在这四个平台上现在有四个包的产品可供大家选择使用，左上面是Inventor的专业软件包，下面是Moldflow 的专业包，右下边是结构分析多工厂分析软件包，另外是欧特克CFT的软件包。

　　首先看几何建模方面的功能。欧特克现在有一个非常好的新的inventor系列产品Freedom，这个界面非常简单，它是无历史约束的建模，在这种建模理念上对这个几何修改的时候可以随意，不用考虑这个几何之前的建造历史，可以随意的对它的面和线进行修动。在下面的有一些边角你不需要也可以很随意的删除和修改。

　　我们再看一下在模拟方面我们所做的工作。仿真工作刚才介绍到有一个屏障，就是各个解决方案之间各自相对比较独立，互相之间的接口比较少。欧特克通过自己开发人员的努力，现在实现了结构分析和inventor的接口，右上面的是Moldflow和结构软件的接口，这样做了注塑成型之后可以直接拿到结构软件进行结构分析，下边这个是我们分析软件和Showcase的结合，Showcase是非常好的可视化工具，假如它是玩具的某一个小部件，通过设计之后你发现这个部件上可能受力比较薄弱，你可以直接用Showcase把受力薄弱的地方用一个坑表示，这样让设计师很容易明白这个地方设计的不够受力。左下面这个图可以直接把计算计算这个功能嵌入到我们设备软件里面去，这样帮助我们打破不同方案之间的壁垒。

　　还有重要的一点，因为设计上不仅仅是欧特克一个公司存在，可能在建模的时候大家用过其他的CAD解决方案，做分析的时候也可能用其他的CAE计算。欧特克会把不同解决方案之间互相建立一个联系，你通过其他分析软件所做的结果可以直接回到欧特克的产品进行变更或者重新计算。

　　这三张图是概念设计阶段的一个案例。用三个不同软件进行的几何建模。右下边分别有三个按钮，会让你设计阶段设计完以后观察它的成本、可制造性、可持续性怎么样。这样你做分析的人和做设计的人就是同一个人，概念设计阶段就可以在设计后按下面的三个按钮分析不同的性能，如果对这些性能分析之后需要对设计概念进行修改，直接回到设计中心修改。

　　这在Showcase里面做了一个几何然后进行了分析和仿真。概念设计以后，概念设计工程师用三个按钮在后台进行分析，我们的设计师不用进行网格划分也不用其他的条件设置。这是Moldflow 的一个案例，可能之前大家看过这个短片，这是Moldflow 概念设计工程师设计完之后所做的注塑分析。这在之前做不到的，这也是为什么我在讲演前引用那句话，科技的进步就像魔法一样。

　　这是我们的一个产品Alias是汽车造型使用的软件，在Alias对这么复杂的汽车外形进行建造之后可以非常方便的直接点击分析按钮，点击按钮之后可以很清楚的看到这个汽车外型所带来的空气动力学的性能，可以做二维的也可以做三维，你改变汽车的速度，就好像实验场做风动试验一样，这个试验非常快速，不用划网格也边界条件等烦琐的工作。在概念设计阶段只花了几分钟时间就得到了整个曲线，从而得到空气阻力系数的曲线图，如果在座任何有做过CFD模拟的人都知道CFD模拟多么耗时、多么痛苦，如果有这样一个工具在几分钟就能够在概念阶段对车辆的性能做简短的评估，这也是很神奇的。

　　这又是一个实时计算，可以看到我们在软件的功能里面，可以在世界任何一个地方，比如说这部分建筑在纽约，纽约的常规气象资料大家是有的，我们可以把纽约的气象资料输入进去，可以快速的实时交互对不同风向下整个建筑群外部的风场进行快速的分析。

　　这个图片大家可能是第二次见到。这是欧特克的一个技术“身临其境的仿真环境”，这个是把仿真和可视化结合在一起，你可以像在真实环境中一样，比如夜晚或者白天可以看到车辆在不同的情况下，在不同截面上风流气阻系数怎么样、风压怎么样等等。

　　这个案例是云计算的一个案例。用我们的软件进行几何建模后，我们想对他进行优化，在给定的载荷状况下，给定某一个尺寸可以在某一范围内进行变化，利用之后提交到云端，云端进行无限次的优化计算，计算后可以选择最好的计算，然后我们来察看一下它的结果，这是我们提交不同计算条件的时候计算结果。这是Moldflow WS的一个软件，看起来和Moldflow WS软件是一样，但是当你提交Moldflow WS的时候大家是一样的，大家不久以后就会体验到Moldflow WS云端技术优势。

　　这是Moldflow所带来的好处，右边的图表是在本地计算和云端计算两个不同计算体验。在本地计算，假如有一个非常大的题目，非常多的网格，计算时间非常长，在左边当地计算机的配置情况下可能需要六个人同时工作，持续28小时才能计算完。如果利用Moldflow  WS之后，3个小时就可以得到结果，你不用购买Moldflow  WS软件，你可以购买访问权限，这样你的成本大大降低，但是你的运算能力大大提高了。

　　 这个图代表了我们对未来的预测。我们预测未来或者我们正在努力的方向，未来的仿真将在这样的环境下工作，工作方式是这样。这个界面是未来的设计到仿真的统一集成平台，菜单非常少，只有很少的几个按钮，我们设计完之后可以对某些地方进行修改，直接进行计算，所有的操作只在一个简单的界面下，在很少的几个按钮作用下可以对这个几何进行修改、多次访问和优化。

　　 这个技术是随身仿真，之前可能有随身听，后来有了随身看，到今天有了随身算，这在国内也是一款付费软件。这是一个峡谷，峡谷图片是从库存来调出来的，我们假想建一座桥梁，可以利用手指进行几何建模然后加载核，进行不同的改变设计，看怎么样使你的桥梁从峡谷的一端走向另外一端。

　　总结一下欧特克所做的工作就是正在不断地打破仿真的屏障。今天我们的讲座时间稍微有点长，如果大家有相关问题，我们可以在下面继续交流。谢谢大家！