升級(jí)轉(zhuǎn)型中的CAE技術(shù)

2016-11-11 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

常言道,登高才能望遠(yuǎn),“欲窮千里目,更上一層樓”。CAE作為先進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造的基礎(chǔ)與核心支撐技術(shù),是集成計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、材料力學(xué)、電磁學(xué)、機(jī)械制造與自動(dòng)控制等專業(yè)學(xué)科在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。2005年美國(guó)總統(tǒng)國(guó)家技術(shù)顧問(wèn)提出的報(bào)告把CAE工程技術(shù)歸納為計(jì)算科學(xué),并認(rèn)為它的發(fā)展是關(guān)系到國(guó)家安全與競(jìng)爭(zhēng)力的核心支撐技術(shù)。

因此,我們?nèi)绾味x和描繪這個(gè)新階段的CAE發(fā)展的新藍(lán)圖:目標(biāo)、構(gòu)架、路線圖及實(shí)施策略,正是我們這次“第三屆中國(guó)自主研發(fā)CAE軟件發(fā)展論壇”的主要內(nèi)容,希望各位代表能夠不忘強(qiáng)國(guó)的初心,圍繞自主研發(fā)CAE的主題,交流成果,貢獻(xiàn)創(chuàng)新的解決方案與規(guī)劃,做到暢所欲言、各抒己見(jiàn)、取長(zhǎng)補(bǔ)短,為我國(guó)CAE明天的輝煌做出新的貢獻(xiàn)。

各位代表,我是一名從事CAE的老兵,有近半個(gè)世紀(jì)的歷史了。下面,我想結(jié)合自己CAE實(shí)踐談點(diǎn)思考,希望能有拋磚引玉之作用。

1 關(guān)于先進(jìn)性與前瞻性

CAE研發(fā)之初,如何論證與選擇好系統(tǒng)的研發(fā)平臺(tái)與運(yùn)行平臺(tái),包括核心支撐要件與商用基礎(chǔ)應(yīng)用軟件最為重要。在我所經(jīng)歷的中德共同研制CADEMAS系統(tǒng)工程的四年里,最值得記憶的事情是:兩國(guó)近40多位專家共同站在國(guó)際科技的前沿水平,采用科學(xué)方法組織評(píng)測(cè),對(duì)世界范圍內(nèi)著名航空企業(yè)使用的基礎(chǔ)軟件及最著名的一些商用軟件進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月的調(diào)研、評(píng)測(cè)與優(yōu)選,最后確定了CADEMAS通用的商業(yè)軟硬件組件及平臺(tái),包括:主機(jī)、圖像、操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言、DBMS、CAD、CAM、GI/ST等等。中德專家民主確定系統(tǒng)配置及商用構(gòu)件的采購(gòu)清單,從而確定了系統(tǒng)原型構(gòu)架。例如,CAE以NASTRAN為基礎(chǔ),CAD以CATIA為基本系統(tǒng),CAM以2D/3D的NCG-2及APT4進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)(美國(guó)NCAD對(duì)中國(guó)禁運(yùn)),ORACLE,C++及FOTRAN-77作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理、操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言。事實(shí)證明,這些工作對(duì)后來(lái)中航工業(yè)CAD/CAE/CAM運(yùn)行平臺(tái)的健康發(fā)展建設(shè),及努力追趕國(guó)際先進(jìn)水平,都具有一定的奠基與前瞻作用。因此,今天出發(fā)、攀登高峰的人們,絕對(duì)不是去要一批時(shí)髦、但很快就會(huì)變?yōu)殡娮永臇|西。我們就是要做好這個(gè)具有戰(zhàn)略基礎(chǔ)性質(zhì)的開(kāi)創(chuàng)工作。

2 關(guān)于困難性與曲折性

CAE技術(shù)的發(fā)展與自主創(chuàng)新不會(huì)一帆風(fēng)順,必然經(jīng)歷曲折、艱難、漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。我直接參與過(guò)的航空結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)HAJIF_1(1974-1980),及后來(lái)的同事們繼續(xù)開(kāi)發(fā)的HAJIF-2、-3、-x,前后經(jīng)歷近20年的時(shí)間。多數(shù)人只能走其中的一段:有的是前段,有的是中段;走全程的是極個(gè)別人。我的同行戰(zhàn)友開(kāi)發(fā)的另一個(gè)知名重要軟件——飛機(jī)結(jié)構(gòu)多約束優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)YIDOYU及COMPAS,其發(fā)展也經(jīng)歷了同樣漫長(zhǎng)的時(shí)間。顯然,這里沒(méi)有“大躍進(jìn)”與“轟轟烈烈”,只有“萬(wàn)里長(zhǎng)征”式的艱苦攻關(guān)與攀登。

同時(shí),對(duì)CAE技術(shù)的認(rèn)識(shí)與發(fā)展總是呈螺旋形上升的。因?yàn)殚_(kāi)始的認(rèn)識(shí)與實(shí)踐,往往不到位?；蛘邔?duì)軟件技術(shù)上的困難(風(fēng)險(xiǎn)),對(duì)工程應(yīng)用實(shí)踐中的問(wèn)題,不管如何規(guī)劃,都會(huì)有大量新問(wèn)題,或者需要改進(jìn),或者重新設(shè)計(jì)。這里有一個(gè)“從必然王國(guó)到自由王國(guó)”的問(wèn)題。例如,在上述中德CADEMAS工程中,研發(fā)獨(dú)立于圖形設(shè)備的圖形核心支撐接口(CGI)所經(jīng)歷過(guò)的困難與風(fēng)險(xiǎn),可以幫助我們認(rèn)識(shí)這一點(diǎn)。剛開(kāi)始,由中德雙方經(jīng)理一起規(guī)劃,共同確定:購(gòu)買(mǎi)了兩臺(tái)2D的ADAGE-4250圖形儀作為常用,又購(gòu)買(mǎi)3D的ADAGE-4370,PS-340各一臺(tái),考慮未來(lái)發(fā)展因素。德方派ELACHAR博士(曾留學(xué)美國(guó)多年)、中方派我(主要完成過(guò)HAJIF-1研發(fā)),進(jìn)行這種探索工作。ELACHAR博士留學(xué)美國(guó),接觸過(guò)國(guó)際上圖形標(biāo)準(zhǔn)接口方面的資料。我當(dāng)時(shí)對(duì)于圖形技術(shù)是外行,只是1980年3月在英國(guó)參加《第4屆國(guó)際CAD學(xué)術(shù)交流及展覽會(huì)》時(shí)看到過(guò)西方專家們的表演。

ELACHAR博士負(fù)責(zé)定義與編寫(xiě)技術(shù)說(shuō)明書(shū)。我負(fù)責(zé)在不同圖形設(shè)備上作試驗(yàn)性開(kāi)發(fā),進(jìn)行編程。首先,我們?cè)?D的ADAGE-4250圖形設(shè)備上開(kāi)發(fā),定名為CGI-1,發(fā)現(xiàn)其功能無(wú)法全部實(shí)現(xiàn);再換為3D的PS-340測(cè)試,發(fā)現(xiàn)依然存在問(wèn)題;最終換為3D的ADAGE 4370開(kāi)發(fā),定名為CGI-2,開(kāi)發(fā)才真正走上正軌;但是,接近結(jié)束時(shí),國(guó)內(nèi)又提出需要在IBM5080圖形設(shè)備上統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)。CGI-2最終定型在IBM5080,前后經(jīng)歷近三年的探索?；貒?guó)后,CGI-2作為中航工業(yè)CIEM集成工程及IESP移植工程的圖形核心支撐接口,又經(jīng)歷了大概4-5年的繼續(xù)完善時(shí)間?！皻v史經(jīng)驗(yàn)值得注意”。今天研發(fā)行業(yè)的IT構(gòu)架,提供行業(yè)工業(yè)化與信息化的“兩化”融合的運(yùn)行平臺(tái)與功能要件,這絕對(duì)不會(huì)是一帆風(fēng)順的事情。我們昨天不是神仙,走了彎路,那么今天再出發(fā)、攀登高峰,就一定會(huì)輕車(chē)熟路嗎?不會(huì)!因此,我們應(yīng)該在時(shí)間、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)上,留有余地。

3 關(guān)于可持續(xù)發(fā)展特性

近50年CAE實(shí)踐,感覺(jué)最深的事情是:對(duì)于CAE 的自主開(kāi)發(fā),必須著重考慮可持續(xù)發(fā)展的可移植特性。這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)核心層的硬軟件技術(shù)更新?lián)Q代快,而與之集成的工程應(yīng)用軟件層,一般研發(fā)與成熟的周期長(zhǎng),而用戶往往又要求工程應(yīng)用的相對(duì)穩(wěn)定性、持久性與可靠性。這就像飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)使用周期長(zhǎng),發(fā)動(dòng)機(jī)壽命卻較短,因此需要定期檢修或更換發(fā)動(dòng)機(jī)。這就不得不要求工程應(yīng)用環(huán)境與系統(tǒng)核心之間具有接口層。美國(guó)的MSC/NASTRAN,ANSYS等商用工程應(yīng)用軟件,經(jīng)歷幾代的硬件及操作系統(tǒng)的升級(jí)換代,經(jīng)過(guò)反復(fù)地工程應(yīng)用考核,“行不改名、坐不改姓”,在用戶面前展現(xiàn)出先進(jìn)、可靠、穩(wěn)定的面貌。相反,我國(guó)開(kāi)發(fā)的眾多工程應(yīng)用軟件,片面追求新名字、新面貌,一版一個(gè)樣,以至成功不久就未老先衰,根本沒(méi)有考慮計(jì)算機(jī)核心硬軟件系統(tǒng)快速升級(jí)換代與我們研發(fā)的大量工程應(yīng)用軟件層的可移植屬性。這里,有兩個(gè)中外對(duì)比度較大的例子:

一個(gè)是我國(guó)1994年通過(guò)國(guó)家鑒定、耗費(fèi)巨大人力、財(cái)力、較長(zhǎng)周期研制(400工程技術(shù)人員參加,近10時(shí)間)成功的CIEM系統(tǒng),它在隨后五年微機(jī)取代主機(jī)過(guò)程中,“壯志未酬身先死”,快速消亡了。

另一個(gè)是,上世紀(jì)60-70年代,美國(guó)與以色列在CDC系列計(jì)算機(jī)上共同開(kāi)發(fā)的XXXX系統(tǒng),是一個(gè)號(hào)稱100萬(wàn)條FORT語(yǔ)句的飛機(jī)綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)。上世紀(jì)80年代從國(guó)外到了我國(guó)。由于他們開(kāi)始時(shí)注意到“IT構(gòu)架可移植”的這一屬性,當(dāng)上世紀(jì)80年代末CDC計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始淘汰,我們行業(yè)組織幾十人的技術(shù)力量,進(jìn)行“XXXX移植工程”,經(jīng)過(guò)幾個(gè)月工作,將其引進(jìn)價(jià)值6000多萬(wàn)美元的XXXX系統(tǒng),僅花費(fèi)500萬(wàn)人民幣,就對(duì)系統(tǒng)核心進(jìn)行了“換心”手術(shù),成功地從CDC系統(tǒng)移植到IBM系統(tǒng),并在幾個(gè)飛機(jī)設(shè)計(jì)所進(jìn)行安裝與試用。

可見(jiàn),“IT構(gòu)架可移植”屬性不是空話,要深度研究它的技術(shù)含義,特別是它的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),才能走好這重要的第一步。

總之,我們必須真正站在體現(xiàn)國(guó)家與行業(yè)剛性需求的高度,制定一個(gè)較全面、長(zhǎng)期、分階段的規(guī)劃,同時(shí)還要聚集一支強(qiáng)大、穩(wěn)定、專業(yè)配套的人才隊(duì)伍,才能真正有所作為。

開(kāi)放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才