¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

10 феврал€ 2015

Ѕудущее инженерного анализа

Ћеонид  орельштейн, заместитель директора по научной работе Ќ“ѕ “рубопровод

Ќа страницах портала isicad уже упоминалс€ —аммит по инженерному анализу, динамическому моделированию и системам инженерного софтвера (Analysis, Simulation and System Engineering Software Summit), который прошел в —анте ‘е (штат Ќью ћексика, —Ўј) 9 €нвар€ и был призван обсудить дальнейшие пути развити€ данного сегмента программного обеспечени€ (ѕќ). јвтор имел честь по приглашению организатора —аммита Ѕрэда ’ольца (Ѕрэд, спасибо!!) участвовать в его работе, представл€€ Ќ“ѕ “рубопровод. ¬ этой заметке постараюсь поделитьс€ своими впечатлени€ми о —аммите и результатах его работы Ц при том, что результаты эти оказались (на мой взгл€д) весьма содержательны!

—анта-‘е Ч город науки и искусства

ѕрежде чем перейти к рассказу собственно о —аммите, стоит сказать пару слов о месте, где он проходил Ц городе —анта-‘е и »нституте —анта-‘е.

—анта-‘е Ц столица штата Ќью-ћехико и старейший город-столица в —Ўј (более 400 лет).  роме выполнени€ функций административного и научного центра, город €вл€етс€ одним из мировых центров изобразительного искусства. ¬о множестве галерей и магазинчиков можно увидеть и купить картины всех художественных течений. ќригинальна€ архитектура времен Ќовой »спании в сочетании с природой полупустыни придает городу неповторимое очарование. ѕри этом подкупает уважение и бережное отношение, с которым тут относ€тс€ ко всему, что св€зано с культурой и искусством коренного населени€ јмерики.

—анта-‘е гостиница

¬от, например, гостиница в —анта-‘е

Ќаучный и учебный институт —анта ‘е Ц очень интересный (и на мой взгл€д, незаслуженно малоизвестный у нас) коллектив, ведущий исследовани€ и разработки в самых разнообразных област€х науки, в особенности по междисциплинарным проблемам.

—анта-‘е институт

»нститут основан в 1984 году

¬ частности, в области компьютерных технологий его сотрудники занимаютс€ такими перспективными направлени€ми, как эволюционные эвристические алгоритмы, моделирование и эволюци€ сложных систем, теори€ сложности вычислений, самообучающиес€ алгоритмы и др. ”ченые института внесли фундаментальный вклад в развитие генетических алгоритмов и теории хаоса.

”дачный выбор места проведени€ поспособствовал созданию творческой атмосферы —аммита.

”частники: гранды, инноваторы и просто эксперты

Ћеонид  орельштейн —аммит собрал элиту специалистов (президентов, вице-президентов или руководителей соответствующих подразделений) ведущих компаний отрасли. ѕри этом организаторы —аммита (Ѕрэд ’ольц, Cyon Research, и ƒжо ”элш, IntrinSIM) постарались пригласить сбалансированный состав участников Ц представителей различных категорий компаний-разработчиков, пользователей, научно-исследовательских и учебных организаций, а также рыночных и финансовых аналитиков и экспертов.

¬едущие CAD/CAE компании были представлены такими Ђграндамиї, как Autodesk, Bentley Systems, Dassault Systemes (направлени€ SolidWorks и SIMULIA), Siemens PLM Software. CAE разработчики в области конечно-элементного анализа и вычислительной гидродинамики (FEA и CFD) включали таких лидеров рынка, как ANSYS, CD-Adapco Group, Flow Science, MSC Software, а также компании MathWorks и Modelon Ц разработчиков платформ моделировани€ MATLAB, Simulink и Modelica. –азработчики системного инженерного ѕќ, новых компьютерных платформ и средств коммуникации были представлены компани€ми IBM Software Group и Nokia Networks. Ѕольшую роль в работе —аммита сыграл ƒжо ”элш, руководитель компании IntrinSIM Ц одного из ведущих системных интеграторов, разработчиков и дистрибьюторов программных компонентов в области CAE.

Ќар€ду с перечисленными выше Ђграндамиї присутствовали (и активно участвовали в дискуссии на —аммите!) молодые инновационные компании-разработчики, развивающие новые подходы и направлени€. –асскажу об этих интересных участниках чуть подробнее.

Akselos создал ориентированную на быстрый расчет сложных конструкций FEA-систему с использованием сочетани€ так называемой Reduced Basis component технологии, разработанной в ћассачусетском технологическом институте, с компонентным подходом, позвол€ющих собирать модели из ранее уже рассчитанных параметрических компонентов.

 омпани€ Comet Solutions, представленна€ руководителем ћалькомом ѕантаки (Malcolm Panthaki), развивает направление программных продуктов SimApp, позвол€ющее оперировать с составными расчетными модел€ми, абстрагиру€сь от конкретных деталей моделировани€. ѕри этом SimApp позвол€ет вкладывать и сохран€ть в модели знани€ и опыт экспертов в области проектировани€ и расчета дл€ последующего использовани€. —овместно с Comet Solutions работает и команда TimeLike Systems во главе со —тивом  оем (Steve Coy), разрабатывающа€ новое поколение программных средств моделировани€ оптических систем Ц преемника системы WaveTrain/tempus, созданного в том числе по заказу NASA и ћинистерства обороны —Ўј в рамках работ по созданию лазерного оружи€.

Next Limit Technology, также представленна€ главой компании ¬иктором √онзалезом (Victor Gonzalez), разработала эффективную систему вычислительной термодинамики XFlow, основанную на набирающем попул€рность методе решеточных уравнений Ѕольцмана, не требующих построени€ сетки (о сути метода см., например, здесь). ѕри этом используетс€ адаптивный шаг решетки и специальна€ модель турбулентности.

Ќаконец, присутствовал и знаменитый ƒжон ’ирштик (Jon Hirschtick) Ц основатель SolidWorks, а ныне лидер проекта OnShape в области разработки Ђоблачногої —јѕ–.

¬аш покорный слуга также зан€л свою нишу в сбалансированном составе разработчиков, представл€€ фирму ЂЌ“ѕ “рубопроводї Ч разработчика специализированных систем прочностного, гидравлического и теплового расчета трубопроводов и оборудовани€. Ќ“ѕ “рубопровод выступил также и одним из спонсоров —аммита.

 оммерческих пользователей программного обеспечени€ представл€ли крупнейшие международные корпорации: Boeing, General Motors, Procter & Gamble, Deere & Company, Parker Hannifin. »нновационные инженерные компании были представлены Advanced Engineering Solutions. Ќаучные организации Ц пользователи, нар€ду с »нститутом —анта ‘е, в котором проходил —аммит, были представлены технологическим институтом ƒжорджии, Ћиверморской национальной лабораторией им. Ё. Ћоуренса и —андийскими национальными лаборатори€ми Ч тут, как говоритс€, комментарии излишни.  роме того, была представлена и јссоциаци€ пользователей NAFEMS.

Ќа встрече также присутствовали представители компаний, специализирующиес€ на исследовании рынка CAD и CAE Ц Cyon Research, CIMdata и Gartner, а также заинтересованных инвестиционных и финансовых компаний: Borealis Ventures и Griffin Securities.

—анта-‘е

 ликните дл€ увеличени€

Ќесмотр€ на Ђзвездныйї состав участников, среди которых были представители компаний Ц пр€мых конкурентов, на —аммите с самого начала возникла атмосфера встречи старых друзей-соратников по борьбе за лучшее будущее CAE. „то не удивительно, так как многие из участников давно знали друг друга (тесен мир —јѕ–!), или были рады зав€зать новые знакомства и обнаружить при этом общих друзей. ”же накануне, во врем€ приема, плавно перешедшего в товарищеский ужин, возникли группы по интересам, оживленно обсуждавшие волнующие их темы. ¬аш покорный слуга, Ђзамученныйї борьбой с проблемами расчета одномерных околозвуковых течений реальных газов в трубопроводах систем аварийного сброса, например, с огромным интересом слушал рассказы коллеги из Boeing, занимающегос€ расчетами гиперзвуковых двигателей. Ќесмотр€ на сложнейшие решаемые проблемы, его оптимизм вдохновл€л, и хотелось верить, что наше поколение еще станет свидетелем возрождени€ сверхзвуковой гражданской авиации и по€влени€ эффективных наследников ЂSpace Shuttleї и ЂЅуранаї.

ќсновна€ проблема области CAE и 104 идеи еЄ решени€

ќсновной день —аммита началс€ с приветстви€ Ђхоз€евї —аммита (»нститута —анта ‘е), после чего слово дл€ краткого напутственного выступлени€ было предоставлено –ичарду –иффу (Richard Riff) Ц лауреату награды CAD Society Lifetime Award и одному из создателей концепции PLM. ѕосле его выступлени€ каждому из участников —аммита была предоставлена возможность в течение 2 минут (буквально с секундомером перед глазами!) высказать свои идеи и предложени€ по тематике —аммита.

ќсновную проблему, котора€ стала предметом последующих обсуждений, можно сформулировать как неадекватность текущей роли и практики использовани€ ѕќ инженерных расчетов и моделировани€ требовани€м современного развити€. –азвитие индустрии подошло к рубежу, когда никакие значительные прорывы в качестве и возможност€х проектируемых объектов и выпускаемой продукции просто не могут быть достигнуты без широкого использовани€ систем CAE. ¬о многих случа€х сложность проектируемых систем такова, что необходимый объем натурных испытаний не может быть выполнен Ц это просто невозможно сделать за разумное врем€ Ц и единственным выходом остаетс€ компьютерное моделирование. Ќо не секрет, что использование FEA, CFD и других CAE-систем до сих пор остаетс€ в основном прерогативой узкого круга специалистов-экспертов, в то врем€ как широкие р€ды проектировщиков в основном используют дл€ работы графические CAD Ц системы с минимальными (если вообще имеющимис€) возможност€ми расчета и моделировани€.  ак же изменить сложившеес€ положение, и (как неполиткорректно выразилс€ один из участников —аммита) вернуть в сферу CAE проектировщиков, украденных CAD-разработчиками?

¬се 104 идеи, высказанные участниками и тщательно зафиксированные Ѕрэдом ’ольцем, были сгруппированы в 5 основных тем, и участники распределились по следующим секци€м по интересам:

  • Ќовое поколение пользователей;
  • Ќаучна€ основа моделировани€;
  • јрхитектура и взаимодействие ѕќ;
  • Ќовые платформы и компьютерна€ архитектура;
  •  оммерческие проблемы.
¬ течение последующих 4 часов (с перерывами на еду) кажда€ секци€ в результате непрерывного обсуждени€ должна была выработать от 3 до 7 ключевых предложений и быть готовой доложить их на последующем пленарном заседании.

¬ итоге на пленарном заседании нас ждала при€тна€ неожиданность Ц оказалось, что выработанные независимо друг от друга 24 рекомендации секций по целому р€ду предложений совпадают или очень близки! ѕользующиес€ наибольшей поддержкой предложени€ были определены кумул€тивным голосованием.  аждый из 41 участника —аммита получил 7 голосов, которые по своему усмотрению мог распределить между иде€ми, выдвинутыми различными группами.

Ѕудущее CAE пример плакатов

ƒве из п€ти групп идей и поданные голоса

ѕолучившие в итоге наибольшее число голосов 8 идей образуют, на мой взгл€д, целостную концепцию дальнейшего направлени€ развити€ CAE. ѕо основным предложенным направлени€м развити€ были определены 7 добровольцев, которые вместе с Ѕрэдом ’ольцем и ƒжо ”элшем подготов€т соответствующие детальные презентации дл€ специального пленарного заседани€ COFES 2015.

 ак дальше развивать —ј≈: рекомендации —аммита

»так, в чем же заключаетс€ выработанна€ —аммитом концепци€ дальнейшего развити€ CAE?

ѕрежде всего, речь идет о необходимости радикального изменени€ взаимоотношений между CAE и CAD. »нженерный анализ и моделирование должны стать неотъемлемой и органической частью обычного процесса проектировани€ (Design centered workflow). Ёто предполагает тесную и возможности Ђбесшовнуюї интеграцию между программным обеспечением дл€ графического проектировани€ и ѕќ инженерных расчетов, с тем, чтобы выполнение соответствующих расчетов и моделировани€ стало дл€ р€дового проектировщика таким же обычным и рутинным делом, как создание трехмерной модели или выпуск чертежей. ћы видим, что отрасль уже движетс€ в этом направлении Ц как путем пр€мого включени€ возможностей расчета и моделировани€ в CAD-системы, так и за счет разработки качественно новых возможностей межпрограммной интеграции.

¬ качестве примера первого пути можно привести все большее Ђвстраиваниеї расчетного анализа в продукты машиностроительного проектировани€, например Autodesk Inventor Professional, Solidworks Premium, или в системы строительного проектировани€, как такие Autodesk Revit, Nemetschek Allplan Engineering, Progman Oy MagiCAD.

ћежпрограммна€ интеграци€ в последнее врем€ также бурно развиваетс€, в том числе за счет разработки и широкой поддержки специализированных стандартов обмена данными и межпрограммного взаимодействи€ в различных предметных област€х. “ут нельз€ не упом€нуть такие стандарты, как CAPE Open в области моделировани€ технологических процессов, и IFC в области строительного проектировани€. ≈ще одним крайне интересным примером открытого и Ђживогої проекта в области межпрограммного взаимодействи€ €вл€етс€ развиваема€ Bentley Systems технологи€ Integrated Structural Modeling (ISM) в области проектировани€ и расчета строительных конструкций.

¬о взаимоотношени€х между CAE и CAD необходимо стремитс€ не только к тесной интеграции, но и к изменению роли расчетного анализа и моделировани€ при прин€тии проектных решений. Ќа смену текущей практике, когда CAE в лучшем случае используетс€ лишь дл€ проверки уже детально разработанного проекта (с проработанной геометрией и трехмерной моделью), должны прийти системы, в которых именно предварительный расчетный анализ и моделирование подсказывают оптимальные проектные (в том числе геометрические) решени€ (концепци€ Pre-CAD Simulation).  онечно, это потребует значительной переработки инструментов расчета и моделировани€, которые должны позвол€ть выполн€ть анализ и получать осмысленные и достоверные результаты еще на предварительных стади€х проектировани€.

Ќовые требовани€ к ѕќ дл€ инженерных расчетов

ќписанна€ выше концепци€ совместной работы CAE и CAD систем диктует целый р€д требований к ѕќ дл€ инженерных расчетов.

ѕрежде всего, это требование обеспечить простоту использовани€ (Usability) такого ѕќ дл€ р€довых инженеров-проектировщиков. –абота с расчетной моделью должна происходить в доступных и пон€тных проектировщику терминах. —пециализированные процедуры (генераци€ и настройка сетки, настройка параметров решател€ и т. п.) должны быть максимально автоматизированы и выполн€тьс€ с оптимальными параметрами с автоматическим учетом специфики рассчитываемой модели. –езультаты расчета должны быть представлены в нагл€дном и удобном дл€ прин€ти€ проектных решений виде. ¬ частности, следует практиковать настраиваемый интерфейс пользовател€ и многоуровневое представление (level of complexity and detailing) модели и результатов, адаптированное дл€ успешной работы пользователей с различной степенью опыта и подготовки. Ќадо сказать, что именно такой подход стараютс€ реализовать разработчики Ќ“ѕ “рубопровод.

ƒругое требование Ц это обеспечение разумного баланса между скоростью и точностью расчета, при автоматической проверке исходных данных и оценке возможной погрешности и достоверности результатов расчета (Speed & model fidelity). ќчевидно, что если мы хотим активного использовани€ проектировщиком расчетов и моделировани€ на прот€жении всего процесса проектировани€, такие расчеты должны выполн€тьс€ очень быстро и практически незаметно, чтобы не задерживать работу проектировщика. ѕри этом совершенно нет нужды во всех случа€х стремитьс€ к большой точности результатов Ц если сами исходные данные (в том числе геометри€) еще не определены с достаточной точностью. ѕользователю на ранних стади€х проектировани€ важно как можно скорее получить хот€ бы качественную оценку (проходит Ц не проходит) и определитьс€, куда и как дальше двигатьс€. јналогией тут может служить ситуаци€ с визуализацией модели, когда удобно использовать упрощенную (но нагл€дную) визуализацию дл€ работы с моделью Ђв реальном времениї, а затем включить фотореалистическую визуализацию, но рассчитывающую модель не сразу, а постепенно Ц пошагово со все большей степенью детализации, чтобы можно было сразу обнаружить проблемы и не ждать завершени€ всего процесса расчета. –азумеетс€, при таком подходе огромное значение приобретает автоматический анализ правильности построени€ расчетной модели, а также оценка достоверности результатов расчета (включа€ анализ чувствительности к тем или иным параметрам модели, чему зачастую удел€етс€ мало внимани€). »де€ подобного подхода получила самую большую поддержку участников —аммита (в сумме 46 голосов от 41 участника!)

Ёксперты Ц расчетчики, читающие этот текст, наверн€ка уже скептически усмехаютс€, представл€€ себе, что насчитает неопытный проектировщик при таком подходе. ¬едь не секрет, что геометрическа€ и расчетна€ модели Ц это, как говоритс€, Ђдве большие разницыї. —оздание корректной и эффективной расчетной модели требует опыта и понимани€, как правильно моделировать те или иные факторы и особенности конструкции, что важно, а чем можно пренебречь дл€ упрощени€ модели и ускорени€ расчетов. ќпытный специалист - расчетчик знает, как анализировать результаты и какие решени€ можно предложить дл€ сн€ти€ возникающих проблем.  онечно, знани€ и опыт (в том числе накопленные экспертами Ц расчетчиками) €вл€ютс€ огромной ценностью. ѕлохо то, что эти знани€ и опыт при нынешнем подходе не используютс€ в полном объеме, и если их не передать молодому поколению проектировщиков, могут уйти безвозвратно. ”важаемые эксперты-расчетчики, сделайте благородное дело, поделитесь вашими опытом и знани€ми, помогите разработчикам и пользовател€м зафиксировать, описать и сделать их доступными в CAD/CAE Ц системах! –азвитие инструментов сохранени€, описани€ и использовани€ знаний и опыта (knowledge capture and reuse) Ц еще одна ключева€ иде€ —аммита, получивша€ широкую поддержку его участников (44 голоса!). јрсенал возможных инструментов дл€ этого достаточно богатый Ц от простых методик и учебных материалов, детальных онлайн справок по программам, специализированных википедий Ц до встроенных в программы баз знаний и экспертных систем. –азличные разработчики уже пробуют такой подход, как создание библиотек уже настроенных типовых расчетных моделей, из которых можно собрать пользовательскую модель. ≈ще одной хорошей возможностью €вл€етс€ разработка специализированных расчетных программ дл€ решени€ определенных (но часто встречающихс€) задач, дл€ которых знани€ и опыт легче поддаютс€ формализации и встраиванию в программы. Ќаконец, разработчики и ассоциации пользователей должны приложить организационные усили€ и создать соответствующие каналы (онлайн-форумы и т.п.) дл€ того, чтобы у пользователей всегда была возможность быстро св€затьс€ с подход€щим экспертом и получить оперативную консультацию.

—ложность решаемых современных индустрией задач зачастую требует проведени€ комплексного инженерного анализа, включающего взаимодействие различных физических €влений и областей (механики твердого тела, механики жидкости и газа, электромагнетизма и т.д.).  роме того, различные части расчетной модели бывает выгодно моделировать с использованием различного ѕќ с разной степенью детализации (например, большую часть модели с использованием модули одномерного течени€ в трубопроводах Ц а отдельные наиболее сложные элементы Ц с расчетом трехмерного течени€ с использованием CFD-систем). »нструменты дл€ создани€ и расчета такого рода гетерогенных моделей (heterogenous models), с интеграцией различного ѕќ различных разработчиков Ц еще один приоритет развити€, отмеченный —аммитом. ¬ качестве примеров подобных инструментов можно указать такие системы, как Simulink (MathWorks), Modelica (Modelon), SystemModeler (Wolfram).

 онечно, не осталась без внимани€ тема облачных вычислений и мобильных устройств (Web Cloud Mobile). ”частники форума высоко оценивают возможности, которые новые платформы открывают дл€ CAD/CAE систем. »спользование облачных вычислений может значительно повысить доступность данных систем, упростить их развертывание и использование, и в конечном счете заметно уменьшить стоимость владени€. ќднако на этом пути еще предстоит решить проблемы обеспечени€ безопасности и выполнить большой объема работы по переносу старых программных разработок на новые платформы.

Ќаконец, о презренном металлеЕ «начительна€ часть участников —аммита высказалась за пересмотр лицензионной политики дл€ систем —ј≈. –азработчикам стоит подумать, как сделать услови€ лицензировани€ своих программ более гибкими, а сами программы Ц более доступными дл€ широкого круга пользователей.

ќчевидно, что дл€ реализации описанных идей необходимо самое широкое сотрудничество между заинтересованными разработчиками и пользовател€ми. Ѕудем наде€тьс€, что предсто€щее более детальное обсуждение результатов —аммита на COFES 2015 даст новый импульс движению в этом направлении.

COFES 2015


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора:  ому адресованы ваши публикации, или о трешевых и прочих isicad-заголовках
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2017 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.