帶你深入了解Altair公司求解器的歷史和未來

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-技術(shù)鄰采訪錄

帶你深入了解Altair公司求解器的歷史和未來的圖1

從左至右:技術(shù)鄰創(chuàng)始人虞倫、Altair全球高級副總裁周明、Altair軟件與企業(yè)解決方案技術(shù)總監(jiān)趙陽

引言

受Altair公司的邀請,技術(shù)鄰創(chuàng)始人虞倫參加了8月30-31日在青島舉行的“2018 Altair結(jié)構(gòu)仿真與優(yōu)化技術(shù)暨OptiStruct用戶大會”,并有幸采訪了Altair全球高級副總裁、負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)求解器和優(yōu)化技術(shù)研發(fā)的周明博士,和Altair軟件與企業(yè)解決方案技術(shù)總監(jiān)趙陽先生。周明博士1998年加入了Altair公司,是Altair拳頭產(chǎn)品優(yōu)化軟件OptiStruct的最早期的核心開發(fā)人員,并且周明博士在國際優(yōu)化學(xué)術(shù)界有很高的知名度,發(fā)表了眾多優(yōu)化方面的論文。

帶你深入了解Altair公司求解器的歷史和未來的圖2

Altair全球高級副總裁周明博士

周明博士和趙陽先生非常健談,對我來說這既是一次采訪,又是一次學(xué)習(xí)和探討,交流的內(nèi)容很多,絕大部分都很有學(xué)習(xí)和參考價(jià)值,所以本稿件基本上保留了我們?nèi)说膶υ挘醋龃罅縿h減。雖然篇幅較長,但閱后相信大家對Altair求解器的發(fā)展歷史、發(fā)展方向、產(chǎn)品策略、行業(yè)分析、行業(yè)未來趨勢會有進(jìn)一步的認(rèn)識。

以下是周明博士、趙陽先生和我的采訪對話內(nèi)容整編。

以下是采訪內(nèi)容:

虞倫:

周博,趙總好,非常感謝接受技術(shù)鄰的采訪。眾所周知,OptiStruct 是Altair公司的拳頭產(chǎn)品,也是CAE業(yè)界最早商業(yè)化,至今為止最賦盛名的優(yōu)化軟件,所以第一個(gè)問題,能否先請周博為大家介紹一下OptiStruct軟件的發(fā)展歷史?

周明:

OptiStruct最早是從密西根大學(xué)的一個(gè)高校研究項(xiàng)目開始,當(dāng)時(shí)兩位密西根大學(xué)教授基于均勻化方法開發(fā)了這款優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件,Altair公司對這款前瞻性的軟件非常感興趣,在90年代初的時(shí)候收購了這款軟件,并進(jìn)行了商業(yè)化,到現(xiàn)在OptiStruct已經(jīng)有20年的開發(fā)歷史了。在2000年左右我們進(jìn)一步在OptiStruct中增加了制造工藝約束,支持最小尺寸、最大尺寸約束,支持鑄造工藝,使得優(yōu)化出來的結(jié)構(gòu)有了實(shí)際的工藝可行性,這是一個(gè)較大的進(jìn)步,后來又進(jìn)一步支持了更多的制造工藝約束。同時(shí)OptiStruct支持了更多的響應(yīng),經(jīng)過20年的發(fā)展,OptiStruct能夠支持的響應(yīng)分析已經(jīng)很全了。Altair在優(yōu)化軟件的算法有很多是自己獨(dú)創(chuàng)的,并且業(yè)界領(lǐng)先的。


虞倫:

現(xiàn)在很多CAE軟件都有拓?fù)鋬?yōu)化功能,Altair OptiStruct相比其他CAE軟件的拓?fù)鋬?yōu)化功能的主要優(yōu)勢在什么地方?

周明:

現(xiàn)在很多CAE廠商看到了Altair公司在優(yōu)化領(lǐng)域的成功,都在開始研發(fā)拓?fù)鋬?yōu)化。其實(shí)研發(fā)拓?fù)鋬?yōu)化功能是很容易的,學(xué)術(shù)界也有開源的Matlab代碼可以實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化功能,但是想要做成一個(gè)真正滿足工程設(shè)計(jì)和制造的優(yōu)化軟件是有相當(dāng)難度的,因?yàn)橐紤]不同的制造約束、不同的響應(yīng)約束,而且要把所有功能都集成起來成為一個(gè)效率很高的應(yīng)用很不容易。Altair OptiStruct相比其他拓?fù)鋬?yōu)化軟件的優(yōu)勢,最直接的一點(diǎn),OptiStruct可以考慮真實(shí)的工程問題,而不只是適合概念設(shè)計(jì),OptiStruct能夠考慮很完善的制造約束和響應(yīng)約束。第二點(diǎn),OptiStruct經(jīng)過20多年的發(fā)展,和各個(gè)行業(yè)的客戶進(jìn)行合作,積累了航空航天、汽車、電子等多個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品優(yōu)化經(jīng)驗(yàn),開發(fā)了完整的從概念設(shè)計(jì)到細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能,對多行業(yè)產(chǎn)品優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)積累和深入研究,是其他后來者所不具備的。所以到目前為止,OptiStruct在優(yōu)化軟件業(yè)界依然是領(lǐng)先的。

虞倫:

Altair這兩年推出了面向工藝制造工藝的優(yōu)化軟件Click2系列,工藝模擬涉及的影響因素太多了,軟件優(yōu)化會很有難度,所以想請教周博,現(xiàn)階段Click2的優(yōu)化做到了什么程度?

周明:

這是一個(gè)很好的問題,Click2系列軟件最早推出的是Click2Cast,是一個(gè)很成功的軟件,算法很快,建模環(huán)境也很直觀高效。Click2Cast不僅可以考慮拔模角度等工藝因素,也可以預(yù)測工藝缺陷,比如什么位置會出現(xiàn)縮孔,Click2Cast可以設(shè)置最大厚度限制等制造約束,來多次迭代對鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,以達(dá)到避免工藝缺陷的目的。

目前Click2系列產(chǎn)品已全部整合到Altair solidThinking 平臺,大家可以關(guān)注下,原 Click2Cast 更名為 Altair Inspire Cast,原 Click2Form 更名為 Altair Inspire Form,原 Click2Extrude Metal 更名為 Altair Inspire Extrude Metal,以此類推。

虞倫:

接下來這個(gè)問題是關(guān)于HyperStudy,這款多學(xué)科優(yōu)化軟件是一款很好的軟件,但是似乎在中國應(yīng)用的客戶不是很多,能否請趙總介紹一些HyperStudy的定位以及發(fā)展情況?

趙陽:

其實(shí)HyperStudy在中國已經(jīng)有不少用戶了,我們技術(shù)支持部門經(jīng)常遇到之前我們并沒有培訓(xùn)過HyperStudy的用戶他們在自己學(xué)習(xí)并使用HyperStudy,因?yàn)檫@個(gè)軟件的學(xué)習(xí)很簡單,很容易上手。

周明:

HyperStudy的定位是通用的多學(xué)科優(yōu)化CAE仿真平臺,可以把任意的問題加載在平臺上,做試驗(yàn)設(shè)計(jì)、DOE、近似模型、多學(xué)科優(yōu)化。市面上多學(xué)科優(yōu)化軟件很多,有幾十款,HyperStudy的主要優(yōu)勢在于基于HyperWorks平臺,因?yàn)?a href="http://www.yqgqt.org.cn/service/Hypermeshdev" class="jsk-anchor">HyperMesh對其他第三方求解器優(yōu)秀的兼容性,所以HyperStudy可以很方便地連接其他求解器的模型和結(jié)果,對用戶來說非常高效,很容易上手。

虞倫:

除了HyperWorks的顯著優(yōu)勢—優(yōu)化以外,HyperWorks的求解器相比于其他通用主流求解器的發(fā)展戰(zhàn)略是什么?如何在競爭中建立優(yōu)勢?

周明:

第一點(diǎn):我們的目標(biāo)是為客戶提供更多的選擇,HyperWorks是一個(gè)開放的平臺,支持ANSYS、ABAQUS等軟件的模型,同時(shí)我們提供自己的求解器OptiStruct、OptiStruct的算法比較新,在某些計(jì)算上比其它求解器更快速,現(xiàn)在越來越多的客戶已經(jīng)從其他求解器轉(zhuǎn)到了OptiStruct,比如法國的阿爾斯通,之前他們使用的另一款通用CAE軟件求解器,現(xiàn)在已經(jīng)全部改為使用OptiStruct。越來越多的用戶希望減少使用的軟件工具數(shù)量,這樣更有利于提高使用效率。使用HyperMesh的用戶,不需要轉(zhuǎn)換模型就可以直接使用OptiStruct求解器,所以在同一個(gè)平臺使用效率更高。另外工程師集中學(xué)習(xí)掌握少數(shù)幾個(gè)CAE軟件,也有利于CAE技能的提升。另一個(gè)很重要的原因是:客戶最終的目的都是要利用CAE工具來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì),HyperWorks既有強(qiáng)大的優(yōu)化軟件OptiStruct,其它的各個(gè)模塊也都考慮了對優(yōu)化的支持,使得客戶用HyperWorks來做仿真和優(yōu)化更高效。關(guān)于HyperWorks求解器的發(fā)展戰(zhàn)略,我們的重點(diǎn)是大力發(fā)展非線性計(jì)算的能力。真實(shí)的工程問題都是非線性的,線性是一種簡化的處理辦法。目前OptiStruct的非線性求解能力已經(jīng)非常出色,現(xiàn)在已經(jīng)有很多大客戶,比如德國的大眾汽車,開始用OptiStruct求解非線性問題。我們相信在以后OptiStruct的非線性求解能力會越來越有競爭力。

虞倫:

總結(jié)一下周博的講解,三個(gè)重點(diǎn)。第一:HyperWorks以強(qiáng)大的前處理工具為入口,為工程師提供可替代其它CAE求解器的各個(gè)功能模塊,來獲得更高的使用效率;第二:HyperWorks強(qiáng)大的優(yōu)化求解功能,以及貫穿所有模塊的對優(yōu)化的支持接口,用HyperWorks做優(yōu)化相比其他求解器功能更強(qiáng)大,效率更高。第三:HyperWorks求解器的發(fā)展策略的其中一個(gè)重點(diǎn)是發(fā)展非線性求解計(jì)算能力。這樣來看,假以時(shí)日,會有更多的用戶使用HyperWorks的求解器。

周明:

是的,我們對此非常樂觀。

趙陽:

我個(gè)人感覺這幾年我們的研發(fā)速度很快,我們國內(nèi)的非線性用戶也在快速積累,之前大家談到非線性計(jì)算就會想到ABAQUS,這幾年我們發(fā)現(xiàn)越來越多的客戶主動來用HyperWorks計(jì)算非線性問題。

虞倫:

下一個(gè)問題是關(guān)于中國市場,請問趙總這幾年Altair中國在各個(gè)行業(yè)的銷量占比排名情況如何,哪個(gè)市場又是增長最快的?

趙陽:

我們在中國的市場,汽車行業(yè)還是最大的行業(yè),占中國地區(qū)銷量的50%左右,發(fā)展最快的是消費(fèi)電子行業(yè),另外航空航天行業(yè)市場占有率也比較大。

周明:

從全球來看,汽車行業(yè)的占比沒有中國市場占比那么大,在國外汽車行業(yè)大概占比是1/3。

虞倫:

大家都知道Altair以著名的前處理軟件HyperMesh起家,近幾年無網(wǎng)格技術(shù), 或者自動網(wǎng)格技術(shù)越來越成熟,有不少CAE軟件以快速自動網(wǎng)格處理作為賣點(diǎn)切入市場,請問周博是如何看待這個(gè)現(xiàn)象,是否會對Altair的優(yōu)勢產(chǎn)生較大挑戰(zhàn)?

周明:

首先HyperMesh自動劃分網(wǎng)格的功能很強(qiáng),也在往新一代的前處理工具發(fā)展。另外我們還有一個(gè)SimLab產(chǎn)品,有很強(qiáng)的網(wǎng)格劃分過程自動化的功能,比如對汽車發(fā)動機(jī)的建模可以達(dá)到很高的自動化的程度。至于無網(wǎng)格算法其實(shí)幾十年前就已經(jīng)提出來,近幾年又推出了一個(gè)IGA(Isogeometric Analysis)方法,IGA方法誕生也已經(jīng)有20年左右了,但還沒有很好地應(yīng)用到商業(yè)軟件,比如LS-DYNA就有這個(gè)功能,但是相關(guān)的應(yīng)用實(shí)際非常少。這些方法雖然目標(biāo)是Meshfree,但是最終都得有一個(gè)把連續(xù)體離散化的過程,所以真正的Meshfree是不存在的,總歸是要做Mesh的,所以正確的發(fā)展思路是盡量把Mesh的過程更多地實(shí)現(xiàn)自動化,把工程師從繁瑣的劃分網(wǎng)格工作中解放出來。

虞倫:

那會不會因?yàn)榫W(wǎng)格自動化技術(shù)的成熟,各個(gè)競爭對手之間的差距變小了呢?

周明:

競爭差距變小對用戶是好事,競爭讓技術(shù)發(fā)展,某種角度上說競爭對手越多越好,比如越來越多的公司開始做拓?fù)鋬?yōu)化,這說明我們在優(yōu)化領(lǐng)域取得了很大的成功,只要我們能繼續(xù)走在前面,我們就永遠(yuǎn)是領(lǐng)導(dǎo)位置。

趙陽:

有多個(gè)競爭者更有利于把市場做大,達(dá)到共贏的目的。

虞倫:

非常贊同兩位的觀點(diǎn),無論對廠商還是用戶,有競爭其實(shí)是好事。

虞倫:

solidThinking 作為一款面向設(shè)計(jì)師的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件,“傻瓜式”的拓?fù)鋬?yōu)化功能對不會使用CAE 的設(shè)計(jì)師來說非常有價(jià)值,請問 solidThinking 都包含了 OptiStruct 的哪些優(yōu)化功能? 以及 solidThinking 在優(yōu)化功能增強(qiáng)方面的計(jì)劃是什么?

周明:

這個(gè)問題非常好,solidThinking對用戶來說,Mesh工作隱藏起來不可見的,這其實(shí)和Meshfree是一回事。 solidThinking最早是Focus在拓?fù)鋬?yōu)化,后來我們發(fā)現(xiàn)solidThinking其實(shí)是一個(gè)很好的仿真的平臺,現(xiàn)在solidThinking的分析功能越來越多了,包括多體動力學(xué)分析功能,并且Click2系列都已經(jīng)納入到solidThinking平臺上,所以solidThinking是一個(gè)面向設(shè)計(jì)師的仿真和優(yōu)化的平臺。

虞倫:

那我是不是可以這樣理解,以后會把更多的HyperWorks功能復(fù)制到solidThinking平臺上,solidThinking會越來越強(qiáng)大,最終的仿真和優(yōu)化能力和接近HyperWorks?

周明:

目前solidThinking和HyperWorks是有明顯定位差異的兩條產(chǎn)品線,但是將來兩個(gè)產(chǎn)品會逐漸融合。下一代的HyperMesh會和solidThinking一樣會基于Unity platform開發(fā),用戶界面和體驗(yàn)會越來越和solidThinking接近,幾年以后HyperMesh的界面和Inspire的界面會基本上一致。所以到時(shí)候?qū)κ褂胹olidThinking的設(shè)計(jì)師和對使用HyperWorks的CAE工程師來說,沒有太多的用戶體驗(yàn)差別。

虞倫:

這個(gè)策略非常棒,既能通過HyperWorks繼續(xù)保持CAE優(yōu)化和求解能力的領(lǐng)先優(yōu)勢,又能通過solidThinking在用戶體驗(yàn)角度創(chuàng)新并領(lǐng)先,來獲得設(shè)計(jì)工程師用戶,最終實(shí)現(xiàn)“殊途同歸”!如此看來solidThinking將會與有非常大的市場空間,那您覺得有沒有可能幾年以后solidThinking 的銷量會超過 HyperWorks?

周明:

這是我們希望的發(fā)展方向和結(jié)果,我估計(jì)在5年之內(nèi)solidThinking的增長會比HyperWorks快,有可能在10年以后solidThinking 的銷量會超過 HyperWorks。

虞倫:

非常期待solidThinking的未來~ 那么請問趙總在中國市場solidThinking主要在哪些行業(yè)的應(yīng)用較多?

趙陽:

在中國solidThinking應(yīng)用較多的一個(gè)領(lǐng)域是3D打印,solidThinking能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品造型、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝支撐等整個(gè)3D打印的設(shè)計(jì)和制造過程。對3D打印來說一個(gè)非常有用的功能是PolyNurbs曲面建模功能,能夠在拓?fù)鋬?yōu)化生成的非規(guī)則表面模型的基礎(chǔ)上,快速地建立光滑曲面。之前在可能在CATIA里花一周時(shí)間建出來的曲面,在solidThinking中幾個(gè)小時(shí)就能建出來。在今年將發(fā)布的新版本中還會支持對3D打印工藝支撐件的設(shè)計(jì)。solidThinking除了在3D打印領(lǐng)域有很好的應(yīng)用以外,對中小企業(yè)用戶來說,solidThinking也是一個(gè)很好的選擇,小企業(yè)的設(shè)計(jì)師能夠使用solidThinking來快速設(shè)計(jì)和優(yōu)化產(chǎn)品,并且solidThinking的有限元分析功能也能夠滿足小企業(yè)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等分析要求,非常高效又經(jīng)濟(jì)。

虞倫:

最后一個(gè)問題,請問周博您是怎么看待AI和CAE軟件結(jié)合的趨勢性問題? 能否給我們描繪一下未來 CAE 發(fā)展可能的令人激動的應(yīng)用場景?

周明:

其實(shí)我們CAE的優(yōu)化本身就是一種AI,現(xiàn)在AI中用的某些技術(shù),優(yōu)化早就在用了,比如生成近似模型。現(xiàn)在大家談?wù)摰腁I大都是指廣義的AI,我覺得現(xiàn)在去談廣義的AI沒有太大意義,廣義的AI可能要到50年以后去談。我們應(yīng)該要定義一個(gè)具體問題,然后用AI去解決這個(gè)問題,這是現(xiàn)階段AI的水平。比如Alpha Go只是針對于圍棋的AI,但并不代表現(xiàn)在AI已經(jīng)全面超過了人。對CAE來說,AI可以做的工作還有很多,比如網(wǎng)格自動化技術(shù),可以進(jìn)一步加入自學(xué)習(xí)的功能,AI的其中一個(gè)明顯特征就是自學(xué)習(xí),這個(gè)我覺得以后是可以實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)在流行的Digital Twin(數(shù)字孿生)概念,把仿真模型在整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中進(jìn)行保留,把實(shí)際產(chǎn)品在運(yùn)營過程的數(shù)據(jù)反饋到仿真,如果在這里再加上自學(xué)習(xí)的功能,想象空間就會非常大。

虞倫:

沒錯(cuò),相比其他輸出代碼指令的AI應(yīng)用場景,比如Alpha Go,自動駕駛,CAE的AI應(yīng)用的一個(gè)很顯著的區(qū)別是CAE是能夠自動生成三維幾何模型的,不只是生成指令代碼,這意味著以后AI和CAE的結(jié)合,說有可能可以智能地設(shè)計(jì)三維物理世界的,所以從這個(gè)角度來說,CAE行業(yè)不是一個(gè)小行業(yè),而是一個(gè)非常有廣闊發(fā)展空間的行業(yè)。

周明&趙陽:

對,CAD相當(dāng)于把幾何三維數(shù)字化,只是描述設(shè)計(jì),但不真正創(chuàng)造價(jià)值,真正創(chuàng)造價(jià)值的是工程,CAE是計(jì)算機(jī)輔助工程,工程的范疇要比造型的范疇深?yuàn)W很多,以工程為主導(dǎo)的PLM應(yīng)該代表未來,這個(gè)行業(yè)在產(chǎn)生越來越多的并購,工業(yè)軟件越來越系統(tǒng)化,整合設(shè)計(jì)、仿真、優(yōu)化、工藝、控制所有的設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié),AI在這個(gè)工業(yè)軟件系統(tǒng)中將有越來越多的機(jī)會扮演重要的角色。

虞倫:

非常感謝周博和趙總接受技術(shù)鄰的采訪,通過訪談,讓我對Altair公司的發(fā)展和對CAE行業(yè)的前景越來越有信心,越來越期待! 

--THE END--

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