從專業(yè)角度采訪ANSYS全球研發(fā)院士朱永誼

引言

應(yīng)ANSYS中國的邀請，技術(shù)鄰創(chuàng)始人虞倫有幸在ANSYS 2018技術(shù)大會上，采訪了ANSYS全球研發(fā)院士朱永誼。本次采訪問題的征集，得到了多位技術(shù)鄰的ANSYS用戶的響應(yīng)，收集到了幾十個問題?；谥觳┦康牟稍L時間有限，朱博士對本次ANSYS新版本比較相關(guān)的部分問題進(jìn)行了解答。再次代表技術(shù)鄰的所有ANSYS用戶感謝朱博士的熱心解答。

以下是朱博士的采訪內(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的用戶采訪您的，采訪的問題也大多是向技術(shù)鄰的ANSYS用戶征集的，他們都很關(guān)心ANSYS的發(fā)展，帶來的問題都非常具體，希望能從朱博士這里得到最專業(yè)的解答。

第一個問題來自于技術(shù)鄰的會員“張應(yīng)遷”，他的問題是：
“我的主要研究的是橋梁，感覺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有沒有這方面的計劃？”。
我延伸一下張老師的問題，他的問題其是關(guān)于ANSYS在專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展策略和計劃。因為ANSYS是個大型的通用CAE軟件，產(chǎn)品開發(fā)主要滿足通用性的要求，但我們注意到這個版本ANSYS推出了很專業(yè)的輪胎建模功能，這是基于什么原因去開發(fā)了這么深入行業(yè)的一個模塊？

朱永誼博士：
ANSYS是個通用軟件，所以在土木領(lǐng)域的應(yīng)用上有些功能還沒有做到面面俱到，我們的策略提供二次開發(fā)接口，和專業(yè)的第三方公司和二次開發(fā)人員合作。比如西班牙的CIVILFEM就是一個很專業(yè)的土木CAE軟件，這個軟件有ANSYS接口。ANSYS自身在土木領(lǐng)域中也有功能上的加強(qiáng)，最近推出了一個專門用來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和一個巖土力學(xué)的軟件合作，這個軟件有很多巖土土力學(xué)的模型。至于施工過程的問題，這個非常專業(yè)，適合在ANSYS基礎(chǔ)上二次開發(fā)，我們有個美國客戶是做橋梁加固的，他們用ANSYS二次開發(fā)實現(xiàn)了各種施工過程的模擬。
關(guān)于輪胎建模功能，是ANSYS為加強(qiáng)在汽車行業(yè)競爭力特別推出的一個專業(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、運(yùn)行狀態(tài)分析等一系列復(fù)雜的問題。ANSYS的輪胎模塊能夠高效率地解決上述問題。ANSYS在汽車行業(yè)推出的另一個專業(yè)模塊是用于分析剎車噪聲的模塊，那個模塊的發(fā)布非常成功，很多汽車廠都開始用ANSYS來分析剎車噪聲問題。所以我們會針對于重要行業(yè)開發(fā)一些專用模塊，這是我們的行業(yè)策略，目前汽車行業(yè)有很多客戶因為使用ANSYS的汽車相關(guān)的專業(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，第二個問題來自于技術(shù)鄰的會員“易煒”，他的問題是“關(guān)于ANSYS的計算速度，特別是計算有很強(qiáng)接觸、材料、幾何非線性的時候。雖然顯式的方法可以不用計算剛度陣，但是單元的大小又確定了時間步長，有沒有辦法提高精度，這樣可以用大網(wǎng)格，也就是變相的提高了計算速度？”

朱永誼博士：
看來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)研究和開發(fā)。近幾年ANSYS的接觸計算能力有非常顯著的提高，魯棒性很好、小滑移的計算速度有了提高，在某些功能上已經(jīng)超過其他軟件。另外要重點提到的是接觸算法和高性能計算的結(jié)合，原先用HPC計算接觸的時候HPC的計算性能會變慢，現(xiàn)在有了很大提高，支持3000核以上的HPC并行高速計算。另外顯式技術(shù)本身也在發(fā)展，有很多新技術(shù)可以實現(xiàn)計算步長的提高，今后版本ANSYS在顯式計算速度上還會有很大的提升。

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

朱永誼博士：
關(guān)于接觸計算的收斂速度的問題剛才已經(jīng)解釋，這里主要回答一下和橡膠有關(guān)的問題。橡膠是不可壓縮材料，容易發(fā)生大變形，單元畸變，所以收斂是一個難題。ANSYS對橡膠計算的開發(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)生單元畸變的時候自動重新劃分網(wǎng)格，支持2維和3維自動分網(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題。

技術(shù)鄰虞倫：
接下來提問的一位ANSYS用戶非常資深，鄒正剛老師使用ANSYS近20年，已經(jīng)退休了，還在堅持每天在技術(shù)鄰回答ANSYS的問題，他提上來的問題非常多非常詳細(xì)，可見他對ANSYS的忠實程度。時間關(guān)系我對他的問題進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喡?，他的問題主要是關(guān)于ANSYS在動力學(xué)方面的具體問題，鄒老師非常關(guān)心ANSYS在動力學(xué)方向的發(fā)展計劃。他的問題：

“使用ANSYS多年，有一點想法，請考慮：
作為一個大型的有限元軟件，ANSYS可以說是內(nèi)容廣泛、畫面俱到。確實能夠解決不少問題。不過，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)方面的問題，但很少有精通的專業(yè)，即能夠勝過大多數(shù)其它同類軟件的專業(yè)。比如說，在動力學(xué)方面，不如xxx（此處打碼），我感到主要不足有：
1、對承受位移載荷（位移、速度、加速度）的問題限制較多、分析能力不足；
2、對某些動力分析問題不能直接提供用戶需要的結(jié)果類型，特別是速度、加速度等的結(jié)果；
3、對隨機(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、對頻域的問題，也希望能夠直接提供時域的結(jié)果，或者提供方便快捷的頻域-時域、時域-頻域的轉(zhuǎn)換操作。
5、在非線性分析方面， ANSYS包含了幾乎所有的非線性類型，但是在收斂性上有時候效率不高，所以很想了解ANSYS在非線性分析的收斂性優(yōu)化的發(fā)展動態(tài)。”

朱永誼博士：
其實ANSYS這幾年在動力學(xué)方面的發(fā)展非常大，包括多體動力學(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)子動力學(xué)，現(xiàn)在每個部件公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)都可以分析。有些太具體的問題可以后面再進(jìn)一步交流，可以邀請這位用戶對我們新版本進(jìn)行全面的了解，使用我們最新的版本，有機(jī)會可以參加ANSYS新版本的發(fā)布會和研討會。

技術(shù)鄰虞倫：
剛才朱博士提到的一點，我也覺得很有必要加強(qiáng)ANSYS的培訓(xùn)，很多中國的企業(yè)沒有支付維護(hù)費(fèi)的習(xí)慣，對最新的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)。接下來我詢問我個人比較關(guān)心的問題，關(guān)于ANSYS全球的云計算的發(fā)展情況和在中國的云計算發(fā)展計劃，請朱博士談?wù)勀目捶ā?br />
朱永誼博士：
云計算毫無疑問是個趨勢，ANSYS在云計算方面的投入也非常大，在美國基本上每個超算中心的Amazon（AWS）、微軟Azure都部署了ANSYS，在中國的超算中心也是如此。ANSYS目前支持高核1000核以上并行計算。另外我想提到的是GPU和云計算的結(jié)合，之前我們的計算都是基于CPU，但這幾年基于GPU的圖形計算發(fā)展特別快，據(jù)行業(yè)預(yù)測，在5年之內(nèi)GPU的計算速度會超過CPU的計算速度1000倍。ANSYS Discovery Live就是完全基于GPU計算，所以Discovery Live能做到基于復(fù)雜三維模型，邊設(shè)計邊出仿真結(jié)果的實時仿真，所以Discovery Live是革命性的產(chǎn)品。并且將來Discovery Live也要和云計算結(jié)合，GPU計算+云計算，這樣將來將來就能實現(xiàn)建模、計算、后處理都在云上，以后的CAE將會是非常便捷、高效率的。但同時CAE云計算在市場推廣中，也遇到一些阻礙，主要是因為企業(yè)對數(shù)據(jù)安全性的擔(dān)憂，研發(fā)數(shù)據(jù)對企業(yè)來說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，在美國也是類似情況。但其實在技術(shù)上安全性是沒有問題，只是心理上擔(dān)憂，這個情況相信會隨著時間而改變。



（技術(shù)鄰虞倫和朱永誼博士）

除了回答技術(shù)鄰會員提到的問題，朱博士還和大家分享了關(guān)于對拓補(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ANSYS在經(jīng)典版本的時候就已經(jīng)有優(yōu)化技術(shù)，但那時候的計算能力對多目標(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形材料、非線性接觸的優(yōu)化計算，并收購了專業(yè)的增材制造模擬軟件3DSim。另一個趨勢就是Discovery Live會集成拓補(bǔ)優(yōu)化技術(shù)，即時仿真+自動優(yōu)化，這又將是一個很大的飛躍！在人工智能方面，ANSYS收購了一個光學(xué)仿真軟件公司OPTIS，從視覺角度實現(xiàn)CAE仿真和3D視覺AR的結(jié)合，今后ANSYS還會延伸觸覺、機(jī)器學(xué)習(xí)等計算能力，CAE和人工智能結(jié)合的前景非常廣闊。



參加本次ANSYS大會讓我比較有感觸的有兩點，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。另一個是ANSYS最近收購的光學(xué)設(shè)計軟件OPTIS，在現(xiàn)場體驗了OPTIS的虛擬現(xiàn)實，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AR場景來顯示后處理結(jié)果，實現(xiàn)數(shù)字雙胞胎技術(shù)和AR技術(shù)的整合，想象空間無限！感覺CAE即將進(jìn)入新的時代：實時高速仿真、數(shù)字雙胞胎、AR三維數(shù)值模擬。對ANSYS的發(fā)展更加看好～