CAE的那点破事儿(三)【转发】

2017-03-08 by:CAE仿真在线来源:互联网

前面说了很多关于要利用好CAE的话,从业人员应当具备的三大素质:

熟练掌握相关CAE软件的操作
理解CAE软件背后的运作原理
了解现象背后的数学物理原理

但其实具备了这些素质,并不意味着就一定能够将CAE用好。CAE的使用除了对从业人员有要求外,对于使用环境同样有要求。

1 硬件环境

硬件环境是CAE成功运作的基础。这里的硬件环境主要包括计算机硬件以及实验测试硬件。

1.1 计算机硬件

显而易见,CAE软件必须运行在计算硬件上。CAE进行的是密集的数学计算,对计算机硬件要求非常高。经常有网友在群里问“做CAE计算需要什么样的计算机配置?”其实我想说的是没有什么最优的计算机配置,买最贵的就是了。

随着计算机性能的高速发展,能用于CAE的硬件类型越来越多,如笔记本电脑、PC机、工作站服务器、小型机以及大型机,到处都可以发现CAE的身影。很多人分不清楚这些硬件的区别。

笔记本电脑。这个一般人都能够分得清,类似下图这种。笔记本电脑其功能定位为便携性,为了达到便携的目的,通常牺牲CPU的工作性能(省电可提高续航能力),同时降低硬盘的转速(导致读写速度降低。当然现在不少笔记本采用固态硬盘,则可以避免此问题)。笔记本电脑只适合于解决非常简单的工程问题,计算量小,计算时间短。
PC机。其实就是我们俗称的“台式机”。PC机功能定位为日常办公及生活娱乐。其价格较低,计算性能不强。适合于简单工程问题。
工作站。工作站是一种高档的微型计算机,通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存储器和外部存储器,并且具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能。工作站的特长在于高性能计算。工作站具有较强的计算能力,适合于中等复杂程度的工程问题。
服务器。服务器主要用于后台服务、网站后台、邮件服务器、文件服务器、CRM、OA、ERP等等自动运行的系统,不需要频繁地人为操作,高性能,高稳定性的主机。总体性能偏向数据处理,更强调稳定,一般不配独立显卡,显示器也可有可无的。在很多时候,也有用工作站兼做服务器。服务器与工作站类似,适合于中等复杂程度的工程问题。
小型机。小型机与服务器具有相同的用途,具有高稳定性和高性能。但是小型机一般是基于RISC(精简指令集)架构的,而我们常说的服务器是基于CISC(复杂指令集)架构的PC服务器。小型机一般使用专用的操作系统,更强调安全性、稳定性和可靠性。当然随着计算机技术的发展,使用x86架构的小型机也逐渐开始出现。小型机与服务器、工作站类似,适合于中等复杂程度的工程问题。
大型机。大型机的功能、价格以及性能上都在小型机和微型计算机之上,是一种用于大规模计算的计算机系统,由于早期产品体积庞大因而被称为大型机。大型机通常采用集中式体系架构,这种架构的优势之一是其出色的I/O处理能力,因而最适合处理大规模事务数据。大型机不单纯用来进行传统的海量数据处理和财务事务处理。在一些场合,它可作为企业的中心架构,用来提高安全性,可用性和可管理性。大型机也可用来安装多个操作系统,可以运行所有的主流的软件包。大型机通常用于政府、银行、交通、保险公司和大型制造企业。特点是处理数据能力强大、稳定性和安全性又非常高。
超级计算机。超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机,多用于国家高科技领域和尖端技术研究,是一个国家科研实力的体现,它对国家安全,经济和社会发展具有举足轻重的意义。是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。超级计算机特别适合于进行CAE运算,特别是大型复杂工程的CAE计算。

总的来说,计算机硬件要求更快的CPU,更大容量的内存,读写更快的硬盘。甚至现在很多CAE软件都支持GPU加速,采用高性能图形加速卡也能极大的提高CAE的运行效率。

1.3 测试硬件

有计算机硬件还不足以做出好的CAE结果,还需要有完善的实验测试条件。有人会说“都有实验测试条件了,我还要CAE干甚?”

在使用CAE的过程中,离不开实验测试。

对于绝大多数CAE工程师来说,CAE软件是一个黑箱子。我们提供软件所需要的输入,然后软件输出一个结果给我们。在这个过程中,人们并不清楚结果与输入之间的关系是怎样的,或者说对于结果是如何产生的并不十分了解。这是一个非常大的隐患。

在CAE使用过程中,有三个方面的内容需要通过实验测试来获取及控制:

边界条件及初始条件的获取。这是软件黑箱子的输入,其直接影响输出结果的正确与否。这些条件怎么得到?只能靠仪器测量。
软件模型的校准。这实际上涉及到了软件黑箱子内部的工作机理问题。由于其内部运作细节不可知,因此只能通过实验的方式进行标定。
计算结果的校核。由于对黑箱子内部工作原理不清楚,因此计算完了之后,对于所输出的计算结果是否有效,谁也不敢说,唯有通过实验获取了。

再来说前面的问题“有实验条件,还需要CAE么?”当然是需要的。CAE能节省实验开支,能做现实无法做的实验,不过前提是在大量实验数据的基础上。
做实验的目的是为了不做实验。我们通过大量的现实实验,积累大量的测试数据,当把前面提到的CAE所需的三个环节都搞清楚了之后,就可以逐渐摆脱现场实验,采用CAE替代实验,从而节省大量的成本。

2 软件环境

说完了硬件环节,再来说软件环境。这里不讨论CAE所涉及的具体软件,只简单的谈一谈要做好CAE所需的软件环境。

协作环境。由于现实世界的复杂性,导致单纯的考虑某一个物理模型存在较大的误差,现如今CAE所考虑的工程问题背后通常包含着多物理场相互耦合的情况。因此软件环境应当能够很好的支持团队协作。包括从CAD模型到CAE软件之间的几何兼容性、各CAE软件之间的数据接口等等。
软件版本兼容性。软件常常会更新,在软件更新的时候必须要考虑与其他软件或接口之间的兼容性问题。
数据知识化。想要利用好CAE,将各类数据形成知识非常重要。否则一堆死数据,不同的人解读出不同的结果来,没有任何意义。

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