從專(zhuān)業(yè)角度采訪(fǎng)ANSYS全球研發(fā)院士朱永誼

引言

應(yīng)ANSYS中國(guó)的邀請(qǐng)，技術(shù)鄰創(chuàng)始人虞倫有幸在ANSYS 2018技術(shù)大會(huì)上，采訪(fǎng)了ANSYS全球研發(fā)院士朱永誼。本次采訪(fǎng)問(wèn)題的征集，得到了多位技術(shù)鄰的ANSYS用戶(hù)的響應(yīng)，收集到了幾十個(gè)問(wèn)題?；谥觳┦康牟稍L(fǎng)時(shí)間有限，朱博士對(duì)本次ANSYS新版本比較相關(guān)的部分問(wèn)題進(jìn)行了解答。再次代表技術(shù)鄰的所有ANSYS用戶(hù)感謝朱博士的熱心解答。

以下是朱博士的采訪(fǎng)內(nèi)容：

技術(shù)鄰虞倫：
朱博士您好，這次我是代表技術(shù)鄰的ANSYS的用戶(hù)采訪(fǎng)您的，采訪(fǎng)的問(wèn)題也大多是向技術(shù)鄰的ANSYS用戶(hù)征集的，他們都很關(guān)心ANSYS的發(fā)展，帶來(lái)的問(wèn)題都非常具體，希望能從朱博士這里得到最專(zhuān)業(yè)的解答。

第一個(gè)問(wèn)題來(lái)自于技術(shù)鄰的會(huì)員“張應(yīng)遷”，他的問(wèn)題是：
“我的主要研究的是橋梁，感覺(jué)ANSYS在這方面可以加強(qiáng)，希望ANSYS增強(qiáng)在結(jié)構(gòu)施工方面的功能，包括施工過(guò)程模擬，預(yù)應(yīng)力鋼束的施加，多工況的組合等，要是能結(jié)合ANSYS的APDL那就更好了。不知ANSYS有沒(méi)有這方面的計(jì)劃？”。
我延伸一下張老師的問(wèn)題，他的問(wèn)題其是關(guān)于ANSYS在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展策略和計(jì)劃。因?yàn)锳NSYS是個(gè)大型的通用CAE軟件，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)主要滿(mǎn)足通用性的要求，但我們注意到這個(gè)版本ANSYS推出了很專(zhuān)業(yè)的輪胎建模功能，這是基于什么原因去開(kāi)發(fā)了這么深入行業(yè)的一個(gè)模塊？

朱永誼博士：
ANSYS是個(gè)通用軟件，所以在土木領(lǐng)域的應(yīng)用上有些功能還沒(méi)有做到面面俱到，我們的策略提供二次開(kāi)發(fā)接口，和專(zhuān)業(yè)的第三方公司和二次開(kāi)發(fā)人員合作。比如西班牙的CIVILFEM就是一個(gè)很專(zhuān)業(yè)的土木CAE軟件，這個(gè)軟件有ANSYS接口。ANSYS自身在土木領(lǐng)域中也有功能上的加強(qiáng)，最近推出了一個(gè)專(zhuān)門(mén)用來(lái)分析鋼筋混凝土的功能，可以把鋼筋和混凝土放在一起建模。另外ANSYS和一個(gè)巖土力學(xué)的軟件合作，這個(gè)軟件有很多巖土土力學(xué)的模型。至于施工過(guò)程的問(wèn)題，這個(gè)非常專(zhuān)業(yè)，適合在ANSYS基礎(chǔ)上二次開(kāi)發(fā)，我們有個(gè)美國(guó)客戶(hù)是做橋梁加固的，他們用ANSYS二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了各種施工過(guò)程的模擬。
關(guān)于輪胎建模功能，是ANSYS為加強(qiáng)在汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力特別推出的一個(gè)專(zhuān)業(yè)模塊，輪胎涉及到輪胎的成型工藝、防止輪胎打滑的優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)行狀態(tài)分析等一系列復(fù)雜的問(wèn)題。ANSYS的輪胎模塊能夠高效率地解決上述問(wèn)題。ANSYS在汽車(chē)行業(yè)推出的另一個(gè)專(zhuān)業(yè)模塊是用于分析剎車(chē)噪聲的模塊，那個(gè)模塊的發(fā)布非常成功，很多汽車(chē)廠(chǎng)都開(kāi)始用ANSYS來(lái)分析剎車(chē)噪聲問(wèn)題。所以我們會(huì)針對(duì)于重要行業(yè)開(kāi)發(fā)一些專(zhuān)用模塊，這是我們的行業(yè)策略，目前汽車(chē)行業(yè)有很多客戶(hù)因?yàn)槭褂肁NSYS的汽車(chē)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)模塊，進(jìn)一步使用ANSYS的結(jié)構(gòu)、流體、電磁耦合的更多功能。

技術(shù)鄰虞倫：
感謝朱博士的回答，第二個(gè)問(wèn)題來(lái)自于技術(shù)鄰的會(huì)員“易煒”，他的問(wèn)題是“關(guān)于ANSYS的計(jì)算速度，特別是計(jì)算有很強(qiáng)接觸、材料、幾何非線(xiàn)性的時(shí)候。雖然顯式的方法可以不用計(jì)算剛度陣，但是單元的大小又確定了時(shí)間步長(zhǎng)，有沒(méi)有辦法提高精度，這樣可以用大網(wǎng)格，也就是變相的提高了計(jì)算速度？”

朱永誼博士：
看來(lái)這位朋友是研究顯式的，正好和我的研究方向一致，我從事了20多年的顯式技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)。近幾年ANSYS的接觸計(jì)算能力有非常顯著的提高，魯棒性很好、小滑移的計(jì)算速度有了提高，在某些功能上已經(jīng)超過(guò)其他軟件。另外要重點(diǎn)提到的是接觸算法和高性能計(jì)算的結(jié)合，原先用HPC計(jì)算接觸的時(shí)候HPC的計(jì)算性能會(huì)變慢，現(xiàn)在有了很大提高，支持3000核以上的HPC并行高速計(jì)算。另外顯式技術(shù)本身也在發(fā)展，有很多新技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算步長(zhǎng)的提高，今后版本ANSYS在顯式計(jì)算速度上還會(huì)有很大的提升。

技術(shù)鄰虞倫：
我在這次會(huì)議上了解到ANSYS結(jié)構(gòu)上的進(jìn)展，其中很受強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)就是ANSYS在接觸計(jì)算性能上的提高，看來(lái)技術(shù)鄰的大部分ANSYS用戶(hù)關(guān)心的問(wèn)題得到了質(zhì)的改善。這位“許沛”會(huì)員的問(wèn)題也包括了接觸的收斂速度問(wèn)題，他的問(wèn)題是：“我比較關(guān)心ANSYS是否能加快接觸計(jì)算時(shí)的收斂速度，以及對(duì)橡膠材料非線(xiàn)性計(jì)算能力。”

朱永誼博士：
關(guān)于接觸計(jì)算的收斂速度的問(wèn)題剛才已經(jīng)解釋?zhuān)@里主要回答一下和橡膠有關(guān)的問(wèn)題。橡膠是不可壓縮材料，容易發(fā)生大變形，單元畸變，所以收斂是一個(gè)難題。ANSYS對(duì)橡膠計(jì)算的開(kāi)發(fā)起步較晚，但發(fā)展很快，這次的發(fā)布提到的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)，能做到在發(fā)生單元畸變的時(shí)候自動(dòng)重新劃分網(wǎng)格，支持2維和3維自動(dòng)分網(wǎng)格。自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)很好地解決了橡膠大變形的收斂問(wèn)題。

技術(shù)鄰虞倫：
接下來(lái)提問(wèn)的一位ANSYS用戶(hù)非常資深，鄒正剛老師使用ANSYS近20年，已經(jīng)退休了，還在堅(jiān)持每天在技術(shù)鄰回答ANSYS的問(wèn)題，他提上來(lái)的問(wèn)題非常多非常詳細(xì)，可見(jiàn)他對(duì)ANSYS的忠實(shí)程度。時(shí)間關(guān)系我對(duì)他的問(wèn)題進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)略，他的問(wèn)題主要是關(guān)于ANSYS在動(dòng)力學(xué)方面的具體問(wèn)題，鄒老師非常關(guān)心ANSYS在動(dòng)力學(xué)方向的發(fā)展計(jì)劃。他的問(wèn)題：

“使用ANSYS多年，有一點(diǎn)想法，請(qǐng)考慮：
作為一個(gè)大型的有限元軟件，ANSYS可以說(shuō)是內(nèi)容廣泛、畫(huà)面俱到。確實(shí)能夠解決不少問(wèn)題。不過(guò)，使用多年也感受到ANSYS確有一些不足之處，那就是雖能解決幾乎所有力學(xué)方面的問(wèn)題，但很少有精通的專(zhuān)業(yè)，即能夠勝過(guò)大多數(shù)其它同類(lèi)軟件的專(zhuān)業(yè)。比如說(shuō)，在動(dòng)力學(xué)方面，不如xxx（此處打碼），我感到主要不足有：
1、對(duì)承受位移載荷（位移、速度、加速度）的問(wèn)題限制較多、分析能力不足；
2、對(duì)某些動(dòng)力分析問(wèn)題不能直接提供用戶(hù)需要的結(jié)果類(lèi)型，特別是速度、加速度等的結(jié)果；
3、對(duì)隨機(jī)響應(yīng)分析，希望能更加方便地直接提供非平方方式的所有結(jié)果，如位移、應(yīng)力等，而不是功率譜密度方式的結(jié)果；
4、對(duì)頻域的問(wèn)題，也希望能夠直接提供時(shí)域的結(jié)果，或者提供方便快捷的頻域-時(shí)域、時(shí)域-頻域的轉(zhuǎn)換操作。
5、在非線(xiàn)性分析方面， ANSYS包含了幾乎所有的非線(xiàn)性類(lèi)型，但是在收斂性上有時(shí)候效率不高，所以很想了解ANSYS在非線(xiàn)性分析的收斂性?xún)?yōu)化的發(fā)展動(dòng)態(tài)。”

朱永誼博士：
其實(shí)ANSYS這幾年在動(dòng)力學(xué)方面的發(fā)展非常大，包括多體動(dòng)力學(xué)、頻域分析、特征值分析、隨機(jī)分析都在發(fā)展，最近推出的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)，現(xiàn)在每個(gè)部件公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)都可以分析。有些太具體的問(wèn)題可以后面再進(jìn)一步交流，可以邀請(qǐng)這位用戶(hù)對(duì)我們新版本進(jìn)行全面的了解，使用我們最新的版本，有機(jī)會(huì)可以參加ANSYS新版本的發(fā)布會(huì)和研討會(huì)。

技術(shù)鄰虞倫：
剛才朱博士提到的一點(diǎn)，我也覺(jué)得很有必要加強(qiáng)ANSYS的培訓(xùn)，很多中國(guó)的企業(yè)沒(méi)有支付維護(hù)費(fèi)的習(xí)慣，對(duì)最新的ANSYS版本的功能缺乏關(guān)注和學(xué)習(xí)，建議ANSYS公司多舉辦培訓(xùn)學(xué)習(xí)。接下來(lái)我詢(xún)問(wèn)我個(gè)人比較關(guān)心的問(wèn)題，關(guān)于ANSYS全球的云計(jì)算的發(fā)展情況和在中國(guó)的云計(jì)算發(fā)展計(jì)劃，請(qǐng)朱博士談?wù)勀目捶ā?br />
朱永誼博士：
云計(jì)算毫無(wú)疑問(wèn)是個(gè)趨勢(shì)，ANSYS在云計(jì)算方面的投入也非常大，在美國(guó)基本上每個(gè)超算中心的Amazon（AWS）、微軟Azure都部署了ANSYS，在中國(guó)的超算中心也是如此。ANSYS目前支持高核1000核以上并行計(jì)算。另外我想提到的是GPU和云計(jì)算的結(jié)合，之前我們的計(jì)算都是基于CPU，但這幾年基于GPU的圖形計(jì)算發(fā)展特別快，據(jù)行業(yè)預(yù)測(cè)，在5年之內(nèi)GPU的計(jì)算速度會(huì)超過(guò)CPU的計(jì)算速度1000倍。ANSYS Discovery Live就是完全基于GPU計(jì)算，所以Discovery Live能做到基于復(fù)雜三維模型，邊設(shè)計(jì)邊出仿真結(jié)果的實(shí)時(shí)仿真，所以Discovery Live是革命性的產(chǎn)品。并且將來(lái)Discovery Live也要和云計(jì)算結(jié)合，GPU計(jì)算+云計(jì)算，這樣將來(lái)將來(lái)就能實(shí)現(xiàn)建模、計(jì)算、后處理都在云上，以后的CAE將會(huì)是非常便捷、高效率的。但同時(shí)CAE云計(jì)算在市場(chǎng)推廣中，也遇到一些阻礙，主要是因?yàn)槠髽I(yè)對(duì)數(shù)據(jù)安全性的擔(dān)憂(yōu)，研發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)都是保密性很高的數(shù)據(jù)，一些大企業(yè)也不敢把數(shù)據(jù)放到云上去，所以普及率還不是很高，在美國(guó)也是類(lèi)似情況。但其實(shí)在技術(shù)上安全性是沒(méi)有問(wèn)題，只是心理上擔(dān)憂(yōu)，這個(gè)情況相信會(huì)隨著時(shí)間而改變。



（技術(shù)鄰虞倫和朱永誼博士）

除了回答技術(shù)鄰會(huì)員提到的問(wèn)題，朱博士還和大家分享了關(guān)于對(duì)拓補(bǔ)優(yōu)化技術(shù)、人工智能和CAE的結(jié)合等的看法。關(guān)于這兩年CAE業(yè)界都在發(fā)展的拓補(bǔ)優(yōu)化技術(shù)，其實(shí)ANSYS在經(jīng)典版本的時(shí)候就已經(jīng)有優(yōu)化技術(shù)，但那時(shí)候的計(jì)算能力對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化的性能還存在較大局限，所以發(fā)展并不是很快。近幾年隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，拓補(bǔ)優(yōu)化的應(yīng)用急速升溫。所以ANSYS這幾年在增材制造領(lǐng)域進(jìn)行了大量投資，在拓補(bǔ)優(yōu)化技術(shù)上得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)能支持多部件的非線(xiàn)形材料、非線(xiàn)性接觸的優(yōu)化計(jì)算，并收購(gòu)了專(zhuān)業(yè)的增材制造模擬軟件3DSim。另一個(gè)趨勢(shì)就是Discovery Live會(huì)集成拓補(bǔ)優(yōu)化技術(shù)，即時(shí)仿真+自動(dòng)優(yōu)化，這又將是一個(gè)很大的飛躍！在人工智能方面，ANSYS收購(gòu)了一個(gè)光學(xué)仿真軟件公司OPTIS，從視覺(jué)角度實(shí)現(xiàn)CAE仿真和3D視覺(jué)AR的結(jié)合，今后ANSYS還會(huì)延伸觸覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等計(jì)算能力，CAE和人工智能結(jié)合的前景非常廣闊。



參加本次ANSYS大會(huì)讓我比較有感觸的有兩點(diǎn)，一是Discovery Live，這款革命性的產(chǎn)品將改變制造業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)方式，再次推薦大家關(guān)注。另一個(gè)是ANSYS最近收購(gòu)的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件OPTIS，在現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)了OPTIS的虛擬現(xiàn)實(shí)，不妨可以設(shè)想：以前ANSYS的后處理結(jié)果基于PC的圖形顯示，以后或許可以通過(guò)AR場(chǎng)景來(lái)顯示后處理結(jié)果，實(shí)現(xiàn)數(shù)字雙胞胎技術(shù)和AR技術(shù)的整合，想象空間無(wú)限！感覺(jué)CAE即將進(jìn)入新的時(shí)代：實(shí)時(shí)高速仿真、數(shù)字雙胞胎、AR三維數(shù)值模擬。對(duì)ANSYS的發(fā)展更加看好～