CAE的那點(diǎn)破事兒(三)【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-03-08  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

前面說了很多關(guān)于要利用好CAE的話,從業(yè)人員應(yīng)當(dāng)具備的三大素質(zhì):

• 熟練掌握相關(guān)CAE軟件的操作

• 理解CAE軟件背后的運(yùn)作原理

• 了解現(xiàn)象背后的數(shù)學(xué)物理原理

但其實(shí)具備了這些素質(zhì),并不意味著就一定能夠?qū)AE用好。CAE的使用除了對(duì)從業(yè)人員有要求外,對(duì)于使用環(huán)境同樣有要求。

1 硬件環(huán)境

硬件環(huán)境是CAE成功運(yùn)作的基礎(chǔ)。這里的硬件環(huán)境主要包括計(jì)算機(jī)硬件以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試硬件。

1.1 計(jì)算機(jī)硬件

顯而易見,CAE軟件必須運(yùn)行在計(jì)算硬件上。CAE進(jìn)行的是密集的數(shù)學(xué)計(jì)算,對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求非常高。經(jīng)常有網(wǎng)友在群里問“做CAE計(jì)算需要什么樣的計(jì)算機(jī)配置?”其實(shí)我想說的是沒有什么最優(yōu)的計(jì)算機(jī)配置,買最貴的就是了。

隨著計(jì)算機(jī)性能的高速發(fā)展,能用于CAE的硬件類型越來越多,如筆記本電腦、PC機(jī)、工作站服務(wù)器、小型機(jī)以及大型機(jī),到處都可以發(fā)現(xiàn)CAE的身影。很多人分不清楚這些硬件的區(qū)別。

• 筆記本電腦。這個(gè)一般人都能夠分得清,類似下圖這種。筆記本電腦其功能定位為便攜性,為了達(dá)到便攜的目的,通常犧牲CPU的工作性能(省電可提高續(xù)航能力),同時(shí)降低硬盤的轉(zhuǎn)速(導(dǎo)致讀寫速度降低。當(dāng)然現(xiàn)在不少筆記本采用固態(tài)硬盤,則可以避免此問題)。筆記本電腦只適合于解決非常簡(jiǎn)單的工程問題,計(jì)算量小,計(jì)算時(shí)間短。

• PC機(jī)。其實(shí)就是我們俗稱的“臺(tái)式機(jī)”。PC機(jī)功能定位為日常辦公及生活?yuàn)蕵?/strong>。其價(jià)格較低,計(jì)算性能不強(qiáng)。適合于簡(jiǎn)單工程問題。

• 工作站。工作站是一種高檔的微型計(jì)算機(jī),通常配有高分辨率的大屏幕顯示器及容量很大的內(nèi)存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器,并且具有較強(qiáng)的信息處理功能和高性能的圖形、圖像處理功能以及聯(lián)網(wǎng)功能。工作站的特長(zhǎng)在于高性能計(jì)算。工作站具有較強(qiáng)的計(jì)算能力,適合于中等復(fù)雜程度的工程問題。

• 服務(wù)器。服務(wù)器主要用于后臺(tái)服務(wù)、網(wǎng)站后臺(tái)、郵件服務(wù)器、文件服務(wù)器、CRM、OA、ERP等等自動(dòng)運(yùn)行的系統(tǒng),不需要頻繁地人為操作,高性能,高穩(wěn)定性的主機(jī)。總體性能偏向數(shù)據(jù)處理,更強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定,一般不配獨(dú)立顯卡,顯示器也可有可無(wú)的。在很多時(shí)候,也有用工作站兼做服務(wù)器。服務(wù)器與工作站類似,適合于中等復(fù)雜程度的工程問題。

• 小型機(jī)。小型機(jī)與服務(wù)器具有相同的用途,具有高穩(wěn)定性和高性能。但是小型機(jī)一般是基于RISC(精簡(jiǎn)指令集)架構(gòu)的,而我們常說的服務(wù)器是基于CISC(復(fù)雜指令集)架構(gòu)的PC服務(wù)器。小型機(jī)一般使用專用的操作系統(tǒng),更強(qiáng)調(diào)安全性、穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)然隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,使用x86架構(gòu)的小型機(jī)也逐漸開始出現(xiàn)。小型機(jī)與服務(wù)器、工作站類似,適合于中等復(fù)雜程度的工程問題。

• 大型機(jī)。大型機(jī)的功能、價(jià)格以及性能上都在小型機(jī)和微型計(jì)算機(jī)之上,是一種用于大規(guī)模計(jì)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),由于早期產(chǎn)品體積龐大因而被稱為大型機(jī)。大型機(jī)通常采用集中式體系架構(gòu),這種架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)之一是其出色的I/O處理能力,因而最適合處理大規(guī)模事務(wù)數(shù)據(jù)。大型機(jī)不單純用來進(jìn)行傳統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)處理和財(cái)務(wù)事務(wù)處理。在一些場(chǎng)合,它可作為企業(yè)的中心架構(gòu),用來提高安全性,可用性和可管理性。大型機(jī)也可用來安裝多個(gè)操作系統(tǒng),可以運(yùn)行所有的主流的軟件包。大型機(jī)通常用于政府、銀行、交通、保險(xiǎn)公司和大型制造企業(yè)。特點(diǎn)是處理數(shù)據(jù)能力強(qiáng)大、穩(wěn)定性和安全性又非常高。

• 超級(jí)計(jì)算機(jī)。超級(jí)計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)容量最大的一類計(jì)算機(jī),多用于國(guó)家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究,是一個(gè)國(guó)家科研實(shí)力的體現(xiàn),它對(duì)國(guó)家安全,經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有舉足輕重的意義。是國(guó)家科技發(fā)展水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。超級(jí)計(jì)算機(jī)特別適合于進(jìn)行CAE運(yùn)算,特別是大型復(fù)雜工程的CAE計(jì)算。
  
  總的來說,計(jì)算機(jī)硬件要求更快的CPU,更大容量的內(nèi)存,讀寫更快的硬盤。甚至現(xiàn)在很多CAE軟件都支持GPU加速,采用高性能圖形加速卡也能極大的提高CAE的運(yùn)行效率。

  1.3 測(cè)試硬件

  有計(jì)算機(jī)硬件還不足以做出好的CAE結(jié)果,還需要有完善的實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件。有人會(huì)說“都有實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件了,我還要CAE干甚?”

  
  

  在使用CAE的過程中,離不開實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

  
  

對(duì)于絕大多數(shù)CAE工程師來說,CAE軟件是一個(gè)黑箱子。我們提供軟件所需要的輸入,然后軟件輸出一個(gè)結(jié)果給我們。在這個(gè)過程中,人們并不清楚結(jié)果與輸入之間的關(guān)系是怎樣的,或者說對(duì)于結(jié)果是如何產(chǎn)生的并不十分了解。這是一個(gè)非常大的隱患。

在CAE使用過程中,有三個(gè)方面的內(nèi)容需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試來獲取及控制:

• 邊界條件及初始條件的獲取。這是軟件黑箱子的輸入,其直接影響輸出結(jié)果的正確與否。這些條件怎么得到?只能靠?jī)x器測(cè)量。

• 軟件模型的校準(zhǔn)。這實(shí)際上涉及到了軟件黑箱子內(nèi)部的工作機(jī)理問題。由于其內(nèi)部運(yùn)作細(xì)節(jié)不可知,因此只能通過實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行標(biāo)定。

• 計(jì)算結(jié)果的校核。由于對(duì)黑箱子內(nèi)部工作原理不清楚,因此計(jì)算完了之后,對(duì)于所輸出的計(jì)算結(jié)果是否有效,誰(shuí)也不敢說,唯有通過實(shí)驗(yàn)獲取了。

再來說前面的問題“有實(shí)驗(yàn)條件,還需要CAE么?”當(dāng)然是需要的。CAE能節(jié)省實(shí)驗(yàn)開支,能做現(xiàn)實(shí)無(wú)法做的實(shí)驗(yàn),不過前提是在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。
做實(shí)驗(yàn)的目的是為了不做實(shí)驗(yàn)。我們通過大量的現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn),積累大量的測(cè)試數(shù)據(jù),當(dāng)把前面提到的CAE所需的三個(gè)環(huán)節(jié)都搞清楚了之后,就可以逐漸擺脫現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),采用CAE替代實(shí)驗(yàn),從而節(jié)省大量的成本。

2 軟件環(huán)境

說完了硬件環(huán)節(jié),再來說軟件環(huán)境。這里不討論CAE所涉及的具體軟件,只簡(jiǎn)單的談一談要做好CAE所需的軟件環(huán)境。

• 協(xié)作環(huán)境。由于現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性,導(dǎo)致單純的考慮某一個(gè)物理模型存在較大的誤差,現(xiàn)如今CAE所考慮的工程問題背后通常包含著多物理場(chǎng)相互耦合的情況。因此軟件環(huán)境應(yīng)當(dāng)能夠很好的支持團(tuán)隊(duì)協(xié)作。包括從CAD模型到CAE軟件之間的幾何兼容性、各CAE軟件之間的數(shù)據(jù)接口等等。

• 軟件版本兼容性。軟件常常會(huì)更新,在軟件更新的時(shí)候必須要考慮與其他軟件或接口之間的兼容性問題。

• 數(shù)據(jù)知識(shí)化。想要利用好CAE,將各類數(shù)據(jù)形成知識(shí)非常重要。否則一堆死數(shù)據(jù),不同的人解讀出不同的結(jié)果來,沒有任何意義。

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