大數(shù)據(jù)時(shí)代,云計(jì)算如何為仿真技術(shù)插上“翅膀”

2017年7月7日，“2017年度國產(chǎn)工業(yè)軟件優(yōu)秀解決方案展示對接會——大連專場”在大連世博廣場召開。在會上，由英特仿真和華為公司合作建立的“工業(yè)仿真云平臺”正式上線，這是中國第一個(gè)仿真云平臺?！肮I(yè)仿真云平臺”已初步計(jì)劃在遼寧、江蘇、山東、天津、湖北五省市與華為共同推廣，而后再向全國其他地區(qū)輻射。

前《連線》雜志主編克里斯?安德森曾經(jīng)說過：“數(shù)字革命已經(jīng)進(jìn)入了真實(shí)世界的核心部分，而且可能已經(jīng)產(chǎn)生了最深遠(yuǎn)的影響?！焙翢o疑問，信息科技發(fā)展所帶來的創(chuàng)新與變化可謂翻天覆地，而利用云計(jì)算及數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，將成為未來仿真技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)力量。

英特仿真公司總裁張群博士認(rèn)為，無論從國家信息安全角度還是深層次創(chuàng)新設(shè)計(jì)對CAE技術(shù)和軟件的依賴，我國的高端裝備行業(yè)的設(shè)計(jì)、分析不可能一直依賴外國的分析軟件和技術(shù)。同時(shí)，國家已經(jīng)意識到了“重硬輕軟”的問題，科技部和工信部都加深了對超算應(yīng)用領(lǐng)域的投入，而支持大規(guī)模計(jì)算的CAE軟件就是超算應(yīng)用的重要部分之一。因此，英特仿真要走一條自主創(chuàng)新的道路，只要做到本地化，才有可能把自己的產(chǎn)品盡快完成市場化、企業(yè)化，難度在于：你要如何去做？

2009年，在積累了國際最優(yōu)秀的CAE軟件研發(fā)、管理和市場運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)，以及國際人脈和資源后，張群選擇回國在大連創(chuàng)建了英特工程仿真技術(shù)（大連）有限公司，致力于成為一家國際型的工程仿真軟件研發(fā)公司和高端仿真技術(shù)服務(wù)供應(yīng)商。很顯然，張群的目標(biāo)不止于完善CAE市場自有品牌的高端軟件，還希望在汽車工程類、航天航空類、重工業(yè)和機(jī)械行業(yè)用仿真技術(shù)提供軟件、定制化開發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)，建立完整的仿真生態(tài)服務(wù)體系。

讓進(jìn)口軟件成為歷史

為填補(bǔ)國內(nèi)空白，張群一直想打造具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的商業(yè)化工程仿真及優(yōu)化軟件，為用戶提供全方位的技術(shù)解決方案和技術(shù)咨詢服務(wù)。

“自主CAE研發(fā)這條路注定是崎嶇不平的，充滿了艱難險(xiǎn)阻，其中有我們自身的原因，也有很多外部環(huán)境因素的影響，創(chuàng)業(yè)是冒險(xiǎn)的，但是在大連我心里更有底氣。”張群說。在2013年，依托大連良好的產(chǎn)業(yè)背景和高校資源，作為主要發(fā)起單位，英特仿真與大連高新區(qū)聯(lián)合籌建了我國第一個(gè)CAE技術(shù)產(chǎn)業(yè)園“大連仿真產(chǎn)業(yè)園”，一起打造自主品牌CAE仿真分析軟件，通過靈活的接口、精確的算法和開放的技術(shù)，定制化的用戶交互平臺開發(fā)，更加貼合了國內(nèi)企業(yè)用戶的實(shí)際應(yīng)用狀況。

以前，國內(nèi)一些不錯(cuò)的汽車公司CAE普及率相當(dāng)高，產(chǎn)品設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)，從零部件到整車，從動(dòng)力學(xué)到強(qiáng)度分析各個(gè)方面都很完善，但是基本都照搬國外的模式，沒有針對國內(nèi)的流程或者工藝來適應(yīng)它，所以中間使用上有大量的問題存在。張群認(rèn)為，“盡管國內(nèi)CAE軟件應(yīng)用已經(jīng)普及，但我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)輔助工程產(chǎn)品極少，大部分依賴進(jìn)口軟件，價(jià)格昂貴。

2016年，英特仿真與華為企業(yè)云在大連簽署云計(jì)算戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方就共同打造云平臺和推動(dòng)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展等領(lǐng)域達(dá)成戰(zhàn)略合作。

此次戰(zhàn)略合作協(xié)議的簽署，也標(biāo)志著雙方在工業(yè)仿真和云計(jì)算合作掀起了新的篇章，將共同推動(dòng)工業(yè)仿真和云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)仿真產(chǎn)業(yè)與云計(jì)算全面結(jié)合，希望通過自主平臺，與合作伙伴一起共贏云時(shí)代的未來。

“通過仿真云平臺的計(jì)算仿真和模擬技術(shù)，能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、改進(jìn)、創(chuàng)新，以及模型的快速認(rèn)證和方案的快速對比，不但解決了大量零散復(fù)雜的CAE數(shù)據(jù)的可控性差的問題，還在安全性、耐久性、一致性方面得到保障，很大程度脫離企業(yè)對進(jìn)口軟件的依賴”， 張群冷靜分析道。

如今，中國的CAE產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了發(fā)展的黃金期，高端設(shè)備制造已經(jīng)完全離不開以CAE為基礎(chǔ)的數(shù)字化技術(shù)。曾幾何時(shí)，通過想法改變世界是異常的艱難。如今，人們完全可以通過數(shù)字化虛擬技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自己的想法和創(chuàng)意。而此時(shí)，數(shù)據(jù)不僅僅是讓人認(rèn)識這個(gè)世界，也將會改造現(xiàn)實(shí)世界。

利用大數(shù)據(jù)擬合精確度

環(huán)境的改變帶來了內(nèi)心的沖擊，經(jīng)過多年的努力最終如期而至。英特仿真推出了工程多物理場仿真和優(yōu)化軟件平臺，以及系列的行業(yè)專用計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)產(chǎn)品。在整個(gè)制造行業(yè)中，包括汽車、航天航空、核電、機(jī)械重工為主提供專業(yè)性的軟件和服務(wù)。張群表示，對仿真技術(shù)來說，可視化平臺和前期建構(gòu)平臺應(yīng)該是具備國內(nèi)領(lǐng)先的優(yōu)勢。這也是十幾年的積累基礎(chǔ)，以及項(xiàng)目和推廣的成果上比較靠前。

明顯能夠從張群的語氣中感受到，最先踏上這條路，并用自己創(chuàng)造的工具，成為生產(chǎn)力的感覺真好！但是在這個(gè)變革時(shí)代，所有的風(fēng)起云涌都很難離開大數(shù)據(jù)的助推，如何利用大數(shù)據(jù)來提升仿真能力和精確度，是英特仿真接下來要深思的問題。

過去，CAE技術(shù)是力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的一種近似數(shù)值分析方法。通過力學(xué)特性分析來獲取結(jié)果，是傳統(tǒng)仿真技術(shù)的基礎(chǔ)。無論是在航天航空的INTESIM顫振分析技術(shù)，還是在復(fù)合材料分層及損傷模擬上，都需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行大量的反復(fù)試驗(yàn)對比來發(fā)現(xiàn)問題和預(yù)測問題，整個(gè)研發(fā)測試時(shí)間動(dòng)輒幾年，甚至更長的時(shí)間。現(xiàn)在仿真分析的發(fā)展趨勢是漸漸的貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全生命周期，過長的研發(fā)周期必然影響產(chǎn)品的市場競爭力。

但是，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為仿真技術(shù)提供了新的可能。傳統(tǒng)的仿真結(jié)果大多都比較簡單和直接，而大數(shù)據(jù)能夠預(yù)先的處理和深入分析，為解決規(guī)模性的仿真數(shù)據(jù)提供全新的思路。大數(shù)據(jù)在仿真技術(shù)中一般分為兩類：第一類是來自用戶在互聯(lián)網(wǎng)上活動(dòng)的泛數(shù)據(jù)，多數(shù)是多源異構(gòu)性、交互性、突發(fā)性、社會性等；另外一種是來自科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、工程傳感數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)使得仿真對象有了前所未有的擴(kuò)展。隨著數(shù)據(jù)量增長和數(shù)據(jù)種類增加的過程中，數(shù)據(jù)的密集性、時(shí)效性、完備性成了整個(gè)仿真系統(tǒng)生存的關(guān)鍵，如今，只要通過相關(guān)數(shù)值，就能夠迅速把結(jié)果精準(zhǔn)的計(jì)算出來。這歸功于將人們平時(shí)所思所想，在一個(gè)虛擬的世界里進(jìn)行重現(xiàn)。如今從制造到智造的轉(zhuǎn)變，都離不開仿真技術(shù)的發(fā)展。

“仿真技術(shù)在大數(shù)據(jù)上有兩個(gè)層面，一個(gè)是本身模型，一次性海量存儲的模型數(shù)據(jù)；另外一個(gè)則是大量的模型，規(guī)律性的問題需要大量的分析來實(shí)現(xiàn)”，張群認(rèn)為。

不過仿真技術(shù)一般跟大數(shù)據(jù)還有些區(qū)別，在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要做一個(gè)基于實(shí)際物理問題的分析，比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)，不同的溫度分布或者不同的設(shè)計(jì)間隙對性能的影響，要形成這種大量的分析需要通過分布調(diào)整，需要嘗試100個(gè)、1000個(gè)、甚至10000個(gè)等不同的參數(shù)組合，來形成100個(gè)、1000個(gè)、10000個(gè)對應(yīng)性，這也是張群所說的區(qū)域?qū)^(qū)域，然后通過這種大量關(guān)系擬合出真正的敏感度，或是對性能和響應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系。

如果說，數(shù)據(jù)就是這個(gè)時(shí)代的生產(chǎn)力，那么除了以上的分析方式，我們應(yīng)該如何結(jié)合起來把它當(dāng)做生產(chǎn)力呢？

張群表示，“現(xiàn)在我們需要云平臺，利用平臺去進(jìn)行模型的處理和模型的分析。這樣能夠同時(shí)讓大量的客戶在這個(gè)平臺上應(yīng)用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和制作通用模型。例如，航空領(lǐng)域需要大規(guī)模的計(jì)算，仿真需要極高的軟硬件配置，航空企業(yè)搭建滿足需要的軟硬件平臺需要花費(fèi)大量的人力物力，還存在資源分配不均、資源利用不充分等問題。引入云服務(wù)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榘礄C(jī)時(shí)租用或在云平臺上委托咨詢服務(wù)等模式。避免了軟硬件購置后可能的閑置和不充分使用的情況，在大幅度降低用戶成本的同時(shí)，也更易于被用戶采納。云平臺能夠大幅度的降低該領(lǐng)域的軟硬件計(jì)算仿真投入成本，不需要航空領(lǐng)域客戶花費(fèi)大量的人力物力去搭建?！?

以上這種方式是用云平臺來處理大數(shù)據(jù)分析。另外，英特仿真還針對一些數(shù)據(jù)進(jìn)行輕量化，這也是對大數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)化，能夠在工作站上來完成。所以，英特仿真在管理龐大的數(shù)據(jù)上，通過自有的管理平臺和云平臺，然后對數(shù)據(jù)的梳理、分類、劃分形成一個(gè)信息的管理，這對于生產(chǎn)力提升是非常重要的一塊。

云計(jì)算為仿真技術(shù)插上“翅膀”

隨著大數(shù)據(jù)與云平臺的結(jié)合，仿真技術(shù)逐漸進(jìn)入以計(jì)算、存儲為主導(dǎo)的世界，利用云計(jì)算本身的計(jì)算能力和存儲能力，以及資源靈活利用，將會達(dá)到無所不在的強(qiáng)大軟件體系，這是云計(jì)算給仿真技術(shù)帶來的偉大便利。

龐大的仿真數(shù)據(jù)分析、快速運(yùn)算、存儲需要到云平臺的支撐，也是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。首先要在IaaS層（基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)）需要提供強(qiáng)大、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的計(jì)算基礎(chǔ)措施，包括主機(jī)、存儲、網(wǎng)絡(luò)及其他硬件在內(nèi)的硬件設(shè)備，這些是實(shí)現(xiàn)云服務(wù)的最基礎(chǔ)資源，也包括維護(hù)人力、能源消耗、物業(yè)租賃、軟/硬件維保、設(shè)備折舊等長期成本支出。

對于一個(gè)創(chuàng)業(yè)公司來說，購買硬件，以及對軟件的配置，建立自己的計(jì)算中心，需要大量的成本負(fù)擔(dān)。張群認(rèn)為，“對硬件的采購永遠(yuǎn)比使用量高，更多時(shí)候很多資源都是閑置的，造成資源上面的浪費(fèi)。通過云計(jì)算，可以在有限成本的前提下，提供強(qiáng)大的硬件體系，以及整個(gè)強(qiáng)大的軟件體系解決大量的計(jì)算問題，這對于仿真軟件需要大量的數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、存儲，云計(jì)算能夠很大程度解決這些問題?！?

好在這幾年隨著云計(jì)算的發(fā)展，無論是成本、穩(wěn)定性還是強(qiáng)大的云服務(wù)支持，看似難以解決的瓶頸都有了非常好的轉(zhuǎn)機(jī)。在工業(yè)領(lǐng)域上，華為提供了強(qiáng)大的計(jì)算基礎(chǔ)措施，包括處理CPU、內(nèi)容、存儲、網(wǎng)絡(luò)和其他基本的計(jì)算資源，支撐了仿真技術(shù)上的一些硬性需求，并且在收益上，初期投資成本大大降低了，節(jié)約的大量成本客戶可以更好的應(yīng)用到研發(fā)中。

云計(jì)算的發(fā)展，除了在仿真領(lǐng)域的門檻降低、資源利用、成本等問題上，張群認(rèn)為，對仿真技術(shù)的普及推廣度也有很大的影響，在仿真教學(xué)、醫(yī)療上，基于云的服務(wù)系統(tǒng)，包括輔助教學(xué)系統(tǒng)，以及大量的物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以快速建立一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)體系，讓學(xué)生真正有效利用這些數(shù)據(jù)和技術(shù)來完善自己的知識和對仿真的認(rèn)知。

攜手打造工業(yè)仿真云平臺

建設(shè)完成后，工業(yè)仿真云平臺能夠每年為企業(yè)節(jié)省超過4000萬元的仿真相關(guān)軟硬件投入。而且全國每年CAE軟硬件投入在30-50億元，云平臺建成后短期內(nèi)即有望覆蓋5%的國內(nèi)軟硬件市場，將切實(shí)促進(jìn)大連成為全國CAE技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)基地、工業(yè)創(chuàng)新強(qiáng)市、兩化融合強(qiáng)市、云應(yīng)用強(qiáng)市。

那么，工業(yè)仿真云平臺到底能夠?yàn)榭蛻魩砟男﹥r(jià)值呢？

張群表示，“工業(yè)仿真云平臺不但節(jié)約客戶的成本，而且還能幫助以往不可能實(shí)現(xiàn)仿真的企業(yè)應(yīng)用仿真技術(shù)。工業(yè)仿真云平臺不光提供服務(wù)、軟件，還能打造APP的專用產(chǎn)品，并且進(jìn)行打包發(fā)布，同時(shí)進(jìn)行線上交易，打造了一個(gè)互動(dòng)、交易、共享（模型共享，流程共享）的平臺，在整個(gè)廣度、寬度、客戶成本、客戶可獲得的資源，都是無窮大的?！?

華為作為全球領(lǐng)先的信息與通信解決方案供應(yīng)商，在云服務(wù)領(lǐng)域具有先進(jìn)的技術(shù)水平、運(yùn)營能力和品牌影響力。雙方在工業(yè)仿真和云計(jì)算合作上掀起了新的篇章，通過整合云計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，推動(dòng)工業(yè)仿真和云計(jì)算產(chǎn)業(yè)在全國快速發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)仿真產(chǎn)業(yè)與云計(jì)算全面結(jié)合。華為將充分發(fā)揮在云服務(wù)領(lǐng)域技術(shù)和資源優(yōu)勢，攜手英特仿真一起共同開啟全國工業(yè)仿真和云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新征程。