升級轉型中的CAE技術

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

常言道,登高才能望遠,“欲窮千里目,更上一層樓”。CAE作為先進數(shù)字化設計、制造的基礎與核心支撐技術,是集成計算結構力學、空氣動力學、流體力學、材料力學、電磁學、機械制造與自動控制等專業(yè)學科在工程領域的應用。2005年美國總統(tǒng)國家技術顧問提出的報告把CAE工程技術歸納為計算科學,并認為它的發(fā)展是關系到國家安全與競爭力的核心支撐技術。

因此,我們如何定義和描繪這個新階段的CAE發(fā)展的新藍圖:目標、構架、路線圖及實施策略,正是我們這次“第三屆中國自主研發(fā)CAE軟件發(fā)展論壇”的主要內容,希望各位代表能夠不忘強國的初心,圍繞自主研發(fā)CAE的主題,交流成果,貢獻創(chuàng)新的解決方案與規(guī)劃,做到暢所欲言、各抒己見、取長補短,為我國CAE明天的輝煌做出新的貢獻。

各位代表,我是一名從事CAE的老兵,有近半個世紀的歷史了。下面,我想結合自己CAE實踐談點思考,希望能有拋磚引玉之作用。

1 關于先進性與前瞻性

CAE研發(fā)之初,如何論證與選擇好系統(tǒng)的研發(fā)平臺與運行平臺,包括核心支撐要件與商用基礎應用軟件最為重要。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:兩國近40多位專家共同站在國際科技的前沿水平,采用科學方法組織評測,對世界范圍內著名航空企業(yè)使用的基礎軟件及最著名的一些商用軟件進行了長達三個月的調研、評測與優(yōu)選,最后確定了CADEMAS通用的商業(yè)軟硬件組件及平臺,包括:主機、圖像、操作系統(tǒng)、編程語言、DBMS、CAD、CAM、GI/ST等等。中德專家民主確定系統(tǒng)配置及商用構件的采購清單,從而確定了系統(tǒng)原型構架。例如,CAE以NASTRAN為基礎,CAD以CATIA為基本系統(tǒng),CAM以2D/3D的NCG-2及APT4進行二次開發(fā)(美國NCAD對中國禁運),ORACLE,C++及FOTRAN-77作為數(shù)據(jù)庫管理、操作系統(tǒng)、編程語言。事實證明,這些工作對后來中航工業(yè)CAD/CAE/CAM運行平臺的健康發(fā)展建設,及努力追趕國際先進水平,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,絕對不是去要一批時髦、但很快就會變?yōu)殡娮永臇|西。我們就是要做好這個具有戰(zhàn)略基礎性質的開創(chuàng)工作。

2 關于困難性與曲折性

CAE技術的發(fā)展與自主創(chuàng)新不會一帆風順,必然經(jīng)歷曲折、艱難、漫長的發(fā)展歷程。我直接參與過的航空結構分析系統(tǒng)HAJIF_1(1974-1980),及后來的同事們繼續(xù)開發(fā)的HAJIF-2、-3、-x,前后經(jīng)歷近20年的時間。多數(shù)人只能走其中的一段:有的是前段,有的是中段;走全程的是極個別人。我的同行戰(zhàn)友開發(fā)的另一個知名重要軟件——飛機結構多約束優(yōu)化設計系統(tǒng)YIDOYU及COMPAS,其發(fā)展也經(jīng)歷了同樣漫長的時間。顯然,這里沒有“大躍進”與“轟轟烈烈”,只有“萬里長征”式的艱苦攻關與攀登。

同時,對CAE技術的認識與發(fā)展總是呈螺旋形上升的。因為開始的認識與實踐,往往不到位。或者對軟件技術上的困難(風險),對工程應用實踐中的問題,不管如何規(guī)劃,都會有大量新問題,或者需要改進,或者重新設計。這里有一個“從必然王國到自由王國”的問題。例如,在上述中德CADEMAS工程中,研發(fā)獨立于圖形設備的圖形核心支撐接口(CGI)所經(jīng)歷過的困難與風險,可以幫助我們認識這一點。剛開始,由中德雙方經(jīng)理一起規(guī)劃,共同確定:購買了兩臺2D的ADAGE-4250圖形儀作為常用,又購買3D的ADAGE-4370,PS-340各一臺,考慮未來發(fā)展因素。德方派ELACHAR博士(曾留學美國多年)、中方派我(主要完成過HAJIF-1研發(fā)),進行這種探索工作。ELACHAR博士留學美國,接觸過國際上圖形標準接口方面的資料。我當時對于圖形技術是外行,只是1980年3月在英國參加《第4屆國際CAD學術交流及展覽會》時看到過西方專家們的表演。

ELACHAR博士負責定義與編寫技術說明書。我負責在不同圖形設備上作試驗性開發(fā),進行編程。首先,我們在2D的ADAGE-4250圖形設備上開發(fā),定名為CGI-1,發(fā)現(xiàn)其功能無法全部實現(xiàn);再換為3D的PS-340測試,發(fā)現(xiàn)依然存在問題;最終換為3D的ADAGE 4370開發(fā),定名為CGI-2,開發(fā)才真正走上正軌;但是,接近結束時,國內又提出需要在IBM5080圖形設備上統(tǒng)一實現(xiàn)。CGI-2最終定型在IBM5080,前后經(jīng)歷近三年的探索?；貒?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)完善時間。“歷史經(jīng)驗值得注意”。今天研發(fā)行業(yè)的IT構架,提供行業(yè)工業(yè)化與信息化的“兩化”融合的運行平臺與功能要件,這絕對不會是一帆風順的事情。我們昨天不是神仙,走了彎路,那么今天再出發(fā)、攀登高峰,就一定會輕車熟路嗎?不會!因此,我們應該在時間、經(jīng)濟、技術風險上,留有余地。

3 關于可持續(xù)發(fā)展特性

近50年CAE實踐,感覺最深的事情是:對于CAE 的自主開發(fā),必須著重考慮可持續(xù)發(fā)展的可移植特性。這是因為計算機系統(tǒng)核心層的硬軟件技術更新?lián)Q代快,而與之集成的工程應用軟件層,一般研發(fā)與成熟的周期長,而用戶往往又要求工程應用的相對穩(wěn)定性、持久性與可靠性。這就像飛機的機體結構使用周期長,發(fā)動機壽命卻較短,因此需要定期檢修或更換發(fā)動機。這就不得不要求工程應用環(huán)境與系統(tǒng)核心之間具有接口層。美國的MSC/NASTRAN,ANSYS等商用工程應用軟件,經(jīng)歷幾代的硬件及操作系統(tǒng)的升級換代,經(jīng)過反復地工程應用考核,“行不改名、坐不改姓”,在用戶面前展現(xiàn)出先進、可靠、穩(wěn)定的面貌。相反,我國開發(fā)的眾多工程應用軟件,片面追求新名字、新面貌,一版一個樣,以至成功不久就未老先衰,根本沒有考慮計算機核心硬軟件系統(tǒng)快速升級換代與我們研發(fā)的大量工程應用軟件層的可移植屬性。這里,有兩個中外對比度較大的例子:

一個是我國1994年通過國家鑒定、耗費巨大人力、財力、較長周期研制(400工程技術人員參加,近10時間)成功的CIEM系統(tǒng),它在隨后五年微機取代主機過程中,“壯志未酬身先死”,快速消亡了。

另一個是,上世紀60-70年代,美國與以色列在CDC系列計算機上共同開發(fā)的XXXX系統(tǒng),是一個號稱100萬條FORT語句的飛機綜合設計系統(tǒng)。上世紀80年代從國外到了我國。由于他們開始時注意到“IT構架可移植”的這一屬性,當上世紀80年代末CDC計算機系統(tǒng)開始淘汰,我們行業(yè)組織幾十人的技術力量,進行“XXXX移植工程”,經(jīng)過幾個月工作,將其引進價值6000多萬美元的XXXX系統(tǒng),僅花費500萬人民幣,就對系統(tǒng)核心進行了“換心”手術,成功地從CDC系統(tǒng)移植到IBM系統(tǒng),并在幾個飛機設計所進行安裝與試用。

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

總之,我們必須真正站在體現(xiàn)國家與行業(yè)剛性需求的高度,制定一個較全面、長期、分階段的規(guī)劃,同時還要聚集一支強大、穩(wěn)定、專業(yè)配套的人才隊伍,才能真正有所作為。

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