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[其他仿真验证确认] 仿真大师谈CAE仿真流程建设和人才培养

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发表于 2017-6-23 09:37:21 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 北京
近期的“仿真技术应用座谈会”在上海超级计算中心成功召开。近60位来自不同行业的仿真技术人员与多位著名专家——邵仁兴老师、邵慰严老师、邹正刚老师、孙义冈老师和李根国博士进行了大量互动交流。座谈会上各位专家与来宾一起针对多个仿真技术应用的普遍性问题进行了热烈的讨论。针对这些问题的讨论包括:
1问题一:解除魔咒?
如何破解“除了仿真工程师,所有人都不相信仿真的结果;而除了试验工程师,所有人都相信试验的结果”这一困境?仿真和试验团队如何才能做到有效的互补?

来自杭州汽轮机的孙义冈老师强调了仿真人员参与试验方案设计并跟踪试验过程的重要性,认为这一过程对仿真技术人员的成长极为重要,尤其是在企业内部分工极为细化的今天,仿真人员必须要牢记“计算的东西一定要经得起考验”。此外在日常工作中出现计算结果与试验结果不一致时,仿真人员不要盲目将责任推卸给试验,一定要首先从仿真计算的原理、规范和过程查起,在确信计算的准确性之后再主动帮助试验人员检查试验方案和过程。孙老师还结合汽轮机试验的特点,介绍了仿真结果对试验中传感器部署位置和传感器选择的重要作用。


从航天某研究所退休的邹正刚老师则结合多数航天产品试验成本极高甚至无法试验的特点,讲述了仿真指导试验的重要性。他口头讲述了一个导弹发射过程仿真的例子,证明通过细致精确的仿真,可以帮助研发人员理解产品的工作原理,避免由于错误的假设而进行复杂的设计,从而降低研发成本并提高研发效率。邹正刚老师还建议仿真和试验团队的紧密合作也是企业提升综合研发实力的关键,总结了仿真和试验的互补作用——即用仿真指导试验方案设计,而用试验结果去修正仿真流程。

2问题二:新材料参数如何去获得?


重要的仿真模型参数,例如材料参数(尤其是在新材料不断涌现的今天)、摩擦系数、疲劳强度分析中的各类影响因子等,应当如何获取或者进行人为标定?


目前企业通常的参数获取及标定流程如下:


1. 对比较成熟的仿真流程,其仿真参数已经通过企业内部规范设定。然而内部规范的设定则需要经过积累。


2. 基本的仿真参数来源主要包括:供应商提供、自主试验提供、根据行业规范或者参考文献,也有一些较难通过实验获取的参数则通过拟合方法进行标定。


3. 许多企业中在设计早期阶段的仿真中会在参数可选范围内选择较为保守的边界值,而在后期采用更为实际的数值(例如均值等)进行仿真。


几位老专家也分别对这些流程进行了点评,他们普遍承认许多仿真参数难以获取是仿真精度提升的一个瓶颈,但也给出了各自的建议,例如:邵慰严老师介绍了他首创的疲劳强度分析综合系数法,他认为把过多的影响因子分别进行拟合是成本极为高昂的,但是根据具体产品特点采用综合修正系数,在日常工作中会大大简化工作,提高效率。孙义冈老师则结合汽轮机产品的需求特点,以振动阻尼为例,建议在规范内取保守值。


3问题三:效率≠精度?

在仿真的效率和精度之间应当如何取得平衡?

决定仿真效率和精度的两个关键因素是单元类型的选择和单元的尺寸。邵仁兴老师从原理上讲解了这个问题,即如果采用三维有限元模型且无限加密,理论上是可以无限逼近真实解的,但是这样做是有代价的。他举了一个经典例子来说明这个问题。多年前某企业在设计车辆的悬挂弹簧时需要利用仿真手段,然而由于该问题的高度非线性(由于弹簧自身截面不同、加载后存在接触刚度等因素导致),并且当时的计算机硬件条件限制,原有三维有限元模型的计算量极为巨大,几乎无法进行。当时邵老师主导研究其工作原理,成功利用“经验参数+修正系数”的方式来替代接触刚度,并采用变截面梁单元来取代原有的单元。该项目获得了极高的整体仿真精度。尽管今天的计算机硬件水平已经大幅度提高,但是在进行有限元仿真时工程师还是应当学会对模型进行适度的简化,从而提高效率。

关于而模型简化的标准,几位专家的观点基本一致,即对于特定问题,在模型加密到一定程度时,计算结果的变化范围已经小于一定的百分比(例如5%),此时继续对模型进行加密并不能带来计算精度的进一步提升,此时的网格尺寸就是合理的。


4问题四:尚方宝剑?

如何根据仿真结果进行工程判定?仿真工程人员的“否决权”从何而来?

仿真技术人员的“否决权”由孙义冈老师提出,座谈会上孙老师首先分享了他提出这一概念的由来。仿真人员应当保持谦虚的态度,通过认真细致的工作主动帮助设计人员、试验人员、生产制造人员解决实际问题,赢得企业内部对仿真人员的尊重,并且要在关键时刻“敢于担当”,迎难而上主动协助企业攻克技术难关。“否决权”的获得来自于自身的实力和敢于担当的精神。主持人还邀请上海良信电器的来宾分享了他们如何通过细致的工作帮助仿真团队建立起在企业内部的地位。


关于工程判据,孙义冈老师结合他在振动标准委员会的多年工作经历,阐明了一个重要概念:来自市场的判据未必是唯一的,企业应当结合自己产品的市场特点来设定自己的工程判据。他举了日本和德国车企的造车理念,一个是“要找出10年还不坏的原因”,另一个是“要找出导致10年就坏的原因”,因此这两个国家普遍的工程判据是不同的,但是不能轻易下结论说某一个判据更好。


同时孙老师举了美国ASME规范对应力的判据标准在过去10年中不断更新的例子,说明了工程判据应当不断更新,而这要求企业或行业协会动用专门的资源来维护自身的规范和判据。


5问题五:你的模型与结果V&V了吗?
如何建立企业自身的仿真建模规范?

当前许多行业的仿真应用面临这样的风险,即企业没有足够的人力资源来进行规范的制定。而多位专家均表示他们虽然年事已高,但如果企业有需求,他们仍然愿意帮助企业来进行相应的工作,同时也建议行业内的咨询服务商发挥更多的作用。

6问题六:鱼与渔?

基层的仿真技术人员应当如何培养?在软件工具日益“傻瓜化”的今天,有哪些理论知识、设计经验和工艺知识仍然是仿真人员必须掌握或者了解的?如何在企业中积累这些知识和经验?

邵仁兴老师分析了仿真软件“傻瓜化”这一趋势的原因,即仿真软件的傻瓜化实际上是迎合这样的市场需求——即企业开始要求更多工程师来应用仿真技术,因此必须加强软件的易用性。仿真软件不能也不应再是少数专家的工具。虽然”傻瓜化“是不可逆转的趋势,它本身却带来了一定的风险,即如果企业的流程和规范没有跟上,工程师盲目使用软件则会带来巨大的风险。


孙义冈老师则补充强调了两点:一、如果条件允许,企业仿真人员要区分梯队,一部分年轻工程师专门从事具体的项目和产品,要充分利用软件的易用性特点,提高标准仿真工作的效率;另一部分较资深的人员则要专门研究流程和规范的标准化,并对标准进行定期维护;二、有经验的咨询机构在中小企业市场应当发挥更大的价值。


邵慰严老师则结合他近年来帮助部分企业开发专家系统的经验,介绍了利用正向和逆向推理来将”规律(Rules)“和”事实(Facts)“纳入到专家系统中可以帮助企业积累知识和经验。


邹正刚老师结合一个实际例子来讲述了理论知识的重要性。在他完成的多个车辆轮毂的冲击仿真过程中,他发现一个较常见的现象,即试验证明某个设计是安全的,但仿真结果却认为该设计非常危险。分析原因在于企业的仿真工程师只是使用弹性问题的算法来求解。而这种情况下如果采用弹塑性分析手段更符合实际,可以避免这一问题。


与会者分享了多家企业在商业软件基础上进行流程二次开发的经验,并认为这是企业积累仿真知识和经验的重要手段。


7问题七:大海捞针?

仿真分析的各类资源,例如软硬件资源,应当如何配置才更为高效?

针对企业仿真资源的配置,李根国博士结合他多年的经验和上海超算中心的应用案例,分享了一些重要的建议,这些建议包括:


1. 对仿真计算的硬件资源,企业应着重配置面向工程师的桌面资源,原因是桌面效率的提升是对工作效率最为关键的。而在这一领域,许多企业却往往会忽略具体的方案优化,盲目堆砌一堆兼容性较差或者交互性较差的硬件,导致采购的硬件资源无法充分利用,带来巨大浪费。需要建设自主研发能力的企业可以用“私有云”的模式构建适合自身业务需要的平台。


2. 对高性能计算系统,企业应充分考虑企业内部有限资源的负载均衡和系统配置的效率,请专业咨询机构对系统配置进行优化,充分发挥高性能计算系统的作用。在保证信息安全的前提下也利用来自外部的公共高性能“云计算“资源,节约企业的一次性投入。


3. 对软件资源,随着软件厂商越来越重视应用的服务化,企业应当充分考虑在国家倡导的“互联网+”概念下,充分利用”云计算“的资源。同时也可以利用日益流行的“动态license“机制来降低企业软件使用成本。

作者介绍:叶洎沅先生 制学网联合创始人   本篇内容来源微信公众号:制学


发表于 2019-9-25 11:09:17 | 显示全部楼层 来自 河南郑州
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很多是企业一线的现实问题、突出问题,值得借鉴、思考。
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发表于 2021-4-27 20:14:41 | 显示全部楼层 来自 广东佛山
顶,多来点关于CAE工程师培养干货
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