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

作者：林師授 2017-07-18 16:44:38

云計(jì)算

開(kāi)發(fā) 盡管國(guó)內(nèi)高端的工業(yè)軟件發(fā)展好多年，卻沒(méi)有在市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)上完成多大的轉(zhuǎn)化。近日，由英特仿真和華為合作的“工業(yè)仿真云平臺(tái)”在大連正式上線。

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2017年7月7日，“2017年度國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件優(yōu)秀解決方案展示對(duì)接會(huì)——大連專場(chǎng)”在大連世博廣場(chǎng)召開(kāi)。在會(huì)上，由英特仿真和華為公司合作建立的“工業(yè)仿真云平臺(tái)”正式上線，這是中國(guó)第一個(gè)仿真云平臺(tái)?！肮I(yè)仿真云平臺(tái)”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(guó)其他地區(qū)輻射。

前《連線》雜志主編克里斯?安德森曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“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(wú)疑問(wèn)，信息科技發(fā)展所帶來(lái)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(lái)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(wú)論從國(guó)家信息安全角度還是深層次創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)CAE技術(shù)和軟件的依賴，我國(guó)的高端裝備行業(yè)的設(shè)計(jì)、分析不可能一直依賴外國(guó)的分析軟件和技術(shù)。同時(shí)，國(guó)家已經(jīng)意識(shí)到了“重硬輕軟”的問(wèn)題，科技部和工信部都加深了對(duì)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(chǎng)化、企業(yè)化，難度在于：你要如何去做?

2009年，在積累了國(guó)際最優(yōu)秀的CAE軟件研發(fā)、管理和市場(chǎng)運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)，以及國(guó)際人脈和資源后，張群選擇回國(guó)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(guó)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(chǎng)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(kāi)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(guó)內(nèi)空白，張群一直想打造具有中國(guó)自主知識(shí)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?！睆埲赫f(shuō)。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(guó)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(guò)靈活的接口、精確的算法和開(kāi)放的技術(shù)，定制化的用戶交互平臺(tái)開(kāi)發(fā)，更加貼合了國(guó)內(nèi)企業(yè)用戶的實(shí)際應(yīng)用狀況。

以前，國(guó)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(guó)外的模式，沒(méi)有針對(duì)國(guó)內(nèi)的流程或者工藝來(lái)適應(yīng)它，所以中間使用上有大量的問(wèn)題存在。張群認(rèn)為，“盡管國(guó)內(nèi)CAE軟件應(yīng)用已經(jīng)普及，但我國(guó)擁有自主知識(shí)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(tái)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(guò)自主平臺(tái)，與合作伙伴一起共贏云時(shí)代的未來(lái)。

“通過(guò)仿真云平臺(tái)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(duì)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(wèn)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(duì)進(jìn)口軟件的依賴”， 張群冷靜分析道。

如今，中國(guó)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(kāi)以CAE為基礎(chǔ)的數(shù)字化技術(shù)。曾幾何時(shí)，通過(guò)想法改變世界是異常的艱難。如今，人們完全可以通過(guò)數(shù)字化虛擬技術(shù)來(lái)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(shí)這個(gè)世界，也將會(huì)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(lái)了內(nèi)心的沖擊，經(jīng)過(guò)多年的努力最終如期而至。英特仿真推出了工程多物理場(chǎng)仿真和優(yōu)化軟件平臺(tái)，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(duì)仿真技術(shù)來(lái)說(shuō)，可視化平臺(tái)和前期建構(gòu)平臺(tái)應(yīng)該是具備國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。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(yǔ)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(jué)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(kāi)大數(shù)據(jù)的助推，如何利用大數(shù)據(jù)來(lái)提升仿真能力和精確度，是英特仿真接下來(lái)要深思的問(wèn)題。

過(guò)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(wèn)題的一種近似數(shù)值分析方法。通過(guò)力學(xué)特性分析來(lái)獲取結(jié)果，是傳統(tǒng)仿真技術(shù)的基礎(chǔ)。無(wú)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(duì)比來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和預(yù)測(cè)問(wèn)題，整個(gè)研發(fā)測(cè)試時(shí)間動(dòng)輒幾年，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間?，F(xiàn)在仿真分析的發(fā)展趨勢(shì)是漸漸的貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全生命周期，過(guò)長(zhǎng)的研發(fā)周期必然影響產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jiǎn)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(lái)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(huì)性等;另外一種是來(lái)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(duì)象有了前所未有的擴(kuò)展。隨著數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)和數(shù)據(jù)種類增加的過(guò)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(guò)相關(guān)數(shù)值，就能夠迅速把結(jié)果精準(zhǔn)的計(jì)算出來(lái)。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(kāi)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(chǔ)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(wèn)題需要大量的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)”，張群認(rèn)為。

不過(guò)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(wèn)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(duì)性能的影響，要形成這種大量的分析需要通過(guò)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(lái)形成100個(gè)、1000個(gè)、10000個(gè)對(duì)應(yīng)性，這也是張群所說(shuō)的區(qū)域?qū)^(qū)域，然后通過(guò)這種大量關(guān)系擬合出真正的敏感度，或是對(duì)性能和響應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

如果說(shuō)，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(lái)把它當(dāng)做生產(chǎn)力呢?

張群表示，“現(xiàn)在我們需要云平臺(tái)，利用平臺(tái)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(tái)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(tái)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(wèn)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(tái)上委托咨詢服務(wù)等模式。避免了軟硬件購(gòu)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(tái)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(tái)來(lái)處理大數(shù)據(jù)分析。另外，英特仿真還針對(duì)一些數(shù)據(jù)進(jìn)行輕量化，這也是對(duì)大數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)化，能夠在工作站上來(lái)完成。所以，英特仿真在管理龐大的數(shù)據(jù)上，通過(guò)自有的管理平臺(tái)和云平臺(tái)，然后對(duì)數(shù)據(jù)的梳理、分類、劃分形成一個(gè)信息的管理，這對(duì)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(tái)的結(jié)合，仿真技術(shù)逐漸進(jìn)入以計(jì)算、存儲(chǔ)為主導(dǎo)的世界，利用云計(jì)算本身的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，以及資源靈活利用，將會(huì)達(dá)到無(wú)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(lái)的偉大便利。

龐大的仿真數(shù)據(jù)分析、快速運(yùn)算、存儲(chǔ)需要到云平臺(tái)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(chǔ)、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(zhǎng)期成本支出。

對(duì)于一個(gè)創(chuàng)業(yè)公司來(lái)說(shuō)，購(gòu)買(mǎi)硬件，以及對(duì)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(duì)硬件的采購(gòu)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(guò)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(wèn)題，這對(duì)于仿真軟件需要大量的數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、存儲(chǔ)，云計(jì)算能夠很大程度解決這些問(wèn)題?！?/p>

好在這幾年隨著云計(jì)算的發(fā)展，無(wú)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(chǔ)、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(mén)檻降低、資源利用、成本等問(wèn)題上，張群認(rèn)為，對(duì)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(lái)完善自己的知識(shí)和對(duì)仿真的認(rèn)知。

攜手打造工業(yè)仿真云平臺(tái)

建設(shè)完成后，工業(yè)仿真云平臺(tái)能夠每年為企業(yè)節(jié)省超過(guò)4000萬(wàn)元的仿真相關(guān)軟硬件投入。而且全國(guó)每年CAE軟硬件投入在30-50億元，云平臺(tái)建成后短期內(nèi)即有望覆蓋5%的國(guó)內(nèi)軟硬件市場(chǎng)，將切實(shí)促進(jìn)大連成為全國(guó)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(tái)到底能夠?yàn)榭蛻魩?lái)哪些價(jià)值呢?

張群表示，“工業(yè)仿真云平臺(tái)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(tái)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(tái)，在整個(gè)廣度、寬度、客戶成本、客戶可獲得的資源，都是無(wú)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)域具有技術(shù)水平、運(yùn)營(yíng)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(guò)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(guó)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(shì)，攜手英特仿真一起共同開(kāi)啟全國(guó)工業(yè)仿真和云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新征程。

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