simulation driven innovation implementation
TRANSCRIPT
Simulation Driven Innovation
Implementation
Guohuan Qi (Herbert) 戚国焕
Altair 大中国区总经理
Nov. 24, 2011
仿真驱动的产品研发
组合管理
聚焦客户的设计
有竞争力的产品成本
设计面向制造、供应和维护
多职能团队协作
资源、技术及能力管理 适当的
stage gate
控制
同步及协同项目交付
精益
产品
研发
创新
仿真驱动的产品研发
业务价值 解决方向 实现结果
创新的软件许可
拓扑优化
统一的前后处理器
性能数据管理
计算资源整合优化
仿真流程建设
制造工艺仿真
仿真驱动的设计
减少设计反复
减少差错
减重
知识积累及性能持续改进
团队合作效率
减少物理样机
优化IT投资
增效
节支
创新
仿真驱动的设计
昨天……
今天……
正在发生的改变……
Savings:
Time; $$
随着设计的深入，设计自由度越来越少。
怎样在设计的初期获得尽可能多的“产品”的知识？
模型导入
模型检查
几何修补
特征处理
抽取中面
…
有限元分析流程
网格划分
质量检查
网格装配
网格变形
网格管理
…
本构模型
材料数据
材料库
单元类型
部件属性
…
集中力/压力
温度/流场
接触界面
流固耦合
优化问题设置
…
求解类型
模型输出
求解参数设定
作业调度
并行计算
…
变形/应力
动画/图表
结果分析
报告编写
网络发布
…
对软件平台和技术的挑战
支持各种最新CAD模型文件格式？
具有强大的几何编辑能力？
快速与高质量中面抽取能力？
支持各种模型转换？
高性能计算管理？
充分发挥硬件架构能力？
支持各种材料本构关系？
支持各种单元及部件属性？
快速的材料及属性编辑？
快速与高质量网格划分能力？
自动化与批处理网格划分？
良好的模型管理与装配能力？
快速便捷的加载能力？
流程自动化加载能力？
全面的边界条件设置？
全面的后处理工具？
大模型的快速后处理能力？
数据与文档的管理与发布？
对各阶段工作的挑战
对整体流程的挑战
建模效率低下导致工程师把大量时间花在重复工作上？
同时使用多种前处理器导致企业仿真环境支离破碎？
工程师需要大量培训时间才能熟悉各种前处理器？
繁琐的模型管理及糟糕的数据兼容性造成工作效率降低及易于出错？
求解器计算效率低下导致工程师耗费大量时间等待计算结果？
Licnese不够造成很多计算任务无法提交？
工程师需要熟悉多个后处理器兼取所长才能完成一份完整漂亮的报告？
不能使用流程自动化报告模板导致每次分析后都要重复读取及处理结果数据？
仿真结果数据和试验结果数据不能进行统一管理及数据挖掘以及时获取最多有用信息？
CAE分析周期太长从而不能及时对设计提出建议？CAE技术不能在设计前期发挥概念设计作用？CAE只是虚拟校核工具不能进行创新设计？CAE人员及软件投入很多但效益不明显？CAE人员流动导致经验流失？CAE数据管理紊乱？
统一的前后处理器
有限元前处理过程就譬如是炒菜之选菜、洗菜和配菜。一旦这些被认
为是“下手活”的工作被轻视，就容易导致：垃圾进去，垃圾出来。由此可见前处理工作是至关重要的。
工具的先进与否将大大影响有限元模型建立的效率和质量
• 批处理的网格划分技术；（成倍地提高效率）
• 强大的几何清理功能；（这一步很重要，往往事半功倍）
• 强大的网格质量检查功能；
• 网格生成及编辑能力等；
几何体
求解器
前处理
不统一的坏处：
•数据不能重用、效率低；
•人员要求高、培训困难；
•重复投资；
•不利于平台建设；
统一的可能性：见下表
• 越来越多的大企业考虑统一的前后处理器
统一的前后处理器
HyperMesh
统一的前后处理器
既然CAE目前尚未能实现统一，那么选择一款通用的前后处理器就显得尤为重要。
统一的前后处理器的优势：
• 模型共享方便，且同一模型可用于不同的分析，提高效率；
• 有利于人员培训及交流；
• 有助于开发标准化流程和模板，提升CAE工作的效率和质量；
• 节约成本；
• 为数据管理奠定坚实的基础；
Team Adventure
Duration of journey was 2 weeks—3885 miles
Team Adventure reduced the time it took to travel the same
distance as Columbus by 80%
WHY? 统一的前后处理器及高级的流程自动化！
Columbus
Duration of journey was 10 weeks—3885 miles
制造工艺仿真
结果可视化
优化和随机研究
数据分析
机构仿真
路谱
车辆仿真
疲劳分析
结果可视化
部件应力分析
部件应力
部件载荷
部件载荷条件
输入载荷
结果
举例: 耐久性分析
结构仿真
优化和随机研究
仿真流程建设
Road Loads
Vehicle
Simulation
Fatigue Analysis
Results
Visualization
部件应力
部件载荷
部件载荷条件
输入载荷
结果
仿真流程建设
举例: 耐久性分析
仿真流程建设
举例: 耐久性分析
仿真流程建设案例：沃尔沃
Pro Intralink Dorostore
CAE Models SimLab Abaqus Result files
Thermo Mech.
Analysis
Plots
MS office
Word
ER Database
Technical
Report
Abaqus
Viewer
Pressure
CAD
Method
Documents
NGD
备注:
• 创建网格
• 进行分析
备注:
•向上级汇报
•向其他成员演示
Also addressed by Meshing Assembly subsystem of ADM
方法-1 方法-2
• 提升工作效率；
• 帮助新人快速上手；
• 易于标准化实施；
• 提高并确保分析质量
• 有助于知识积累
• 创建最佳实践
仿真流程建设案例：一汽解放
挑战
• 需要高效分析和流程优化
• 仿真不需要有限元专家参与
解决方案
• Altair开发Engine Mount自动分析流程
• 自动为Engine Mount加载合适的载荷工况
• 优化Engine Mount性能
效果
• 实现企业最佳实践—更短的开发周期
• 更加稳定有效的流程
• 优化发动机支架性能
用户评价
“This ML-Studio process automation solution with HyperWorks improves the quality of our NVH process and the productivity of our team a lot.”
Dr. Dietmar Jennewein, Team Manager NVH, Adam Opel AG
仿真流程建设案例：欧宝公司发动机支架分析
应用现状
CAE软件多样化；
仿真数据量巨大；
数据类型多，关系复杂，组织管理、共享和安全控制困难；
缺乏统一管理平台，数据存放不规范，历史数据和分析报告难以重复利用，导致大量重复计算和分析；
仿真过程缺乏管理，难以保证数据的唯一性、准确性和可追溯性；
无法保证找到的是正确的数据；
性能数据管理 CAE Data Management
Bottom-up w/ OOTB
“至上而下” (Top-down) VS “自底而上” (Bottom-up)
回到最终用户，认真审视真实需求 一个OTB模块解决一个特定的、紧迫问题
注重用户体验和清晰回报 自然成长为企业级系统
Top-down
一把手工程、千万级预算、调研-->论证-->实施-->测试-->上线 +长达几年的定制开发计划, 软件：实施 1:8
漫长昂贵、不清晰的ROI、沉重的IT开销/维护、被束缚的用户……
“以流程为中心” (Process-Centric) VS “以用户为中心” (User-Centric)
用户必须遵循此流程进行工作，可能大大改变工作习惯，甚至增加工作量
要对任何一种分析类型进行管理，首先进行流程分析，然后对每一个节点进行标准化、集成、元数据定义……
流程有任何变动，如方法、标准、输入输出、软件、HPC系统，必须重新定制
SDM的建设永远在进行中
遵循“没有规矩不成方圆”的原则
以流程为中心
Process-Centric
关注用户需要：快速访问信息、透明使用资源、访问最新数据，管理装配体/BOM，协作……
注重用户体验：易于学习，易于使用，愉悦，自然；而不是强迫用户为 “数据管理”而去”管理数据”
提高用户效率：自动化重复的劳动，轻松灵活使用HPC资源，数据管理在工作过程中自动完成，快速精确定位信息
每一个模块都解决用户一些明确的需要，带来清晰可见的好处
遵循“用户是上帝”的原则
以用户为中心
User-Centric
Simulation Manager
创建仿真任务
管理仿真数据
比较设计方案
管理项目KPI
项目-->任务
Process Manager
捕获并自动化
CAE 及Test
微观/宏观流程
Compute Manager
运行, 图形化监控& 管理
CAE作业
远程结果结果可视化
执行自定义脚本自动生成报告
数据可自动进入数据库
Performance Manager
快捷直观共享
分析结果
分析方案
多学科KPI看板
开发节点review
直观决策
HWE-Enterprise组成部分
User First
Enterprise Freshness
Quick & Clear ROI Affordable
HyperWorks Enterprise 解决方案价值主张
一个OTB模块解决一些明确的问题，快速部署，极少的定制，清晰的好处
HWU许可证机制
所有模块基于SOA
SaaS
最新数据
实时协作
经济适用
物超所值
以人为本
用户第一 快速部署
清晰回报
不是束缚用户
而是解放用户
让计算机工作
让人做决定
总是使用最新数据
数据实时、有序地流动于人与人之间、软件与之间
、系统与系统之间
性能数据管理案例：Magna Steyr/Austria
Assemble
Meshes
Assemble
Meshes
BatchMesherBatchMesher
Virtu
al M
ock U
p -
HyperW
ork
s D
ata
Manager
CATIA/UG
EDB/AXALANT
Export
Import
CA
D/P
LM
STEP/XML
Interface to
PLM
Geometry in
native format
CATIA/UG
EDB/AXALANT
Export
Import
CA
D/P
LM
STEP/XML
Interface to
PLM
Geometry in
native format
Assign Material
Realize Welds
Connections
Assign Material
Realize Welds
Connections
HyperMesh
Meshing
Assembling
Load Case
Input Deck
Documentation
Assemble
Geometry
Pre
pro
ces
sin
g
HyperMesh
Meshing
Assembling
Load Case
Input Deck
Documentation
Assemble
Geometry
Pre
pro
ces
sin
g
HDM
Project
Import &
Export
3rd Party
HDM
Project
Import &
Export
3rd Party
Submit
Simulation to
OptiStruct/LS-DYNASo
lve
r
Submit
Simulation to
OptiStruct/LS-DYNASo
lve
r
HyperView
Report Generation
Download
ResultsP
ostp
roc
ess
ing
HyperView
Report Generation
Download
ResultsP
ostp
roc
ess
ing
HDM
WebPortal
HDM
WebPortal
挑战
• 需要一个CAE流程自动化和数据管理的环境
解决方案
• 选择Altair作为战略合作伙伴
• Altair Data Manager管理所有的CAE模型、求解器和后处理数据
效果
• 集中化的CAE数据管理
• 大幅度加快数据提供速度
• CAE流程的标准化和可复制性
先进的研发流程
量产 工程化，设计与分析 概念研究 初期规划
RASIC
项目定义
造型冻结
结构概念设计
对标
目标定义
初始BOM
概念开发
项目开始
概念选择
准备项目具体要求
样车设计
骡车试制
样车试制 开发 改进
制造
工艺设计
发布
预生产
CAE 驱动设计 早期优化
集中参数与MBD 研究
MBD 定义
可调校参数
共享试验与
仿真模板
专业的
主观评价
相互培训
工程师
团队协作
最终产品确认
多种属性研究
样车确认
主观评价场景
查看 主观评价流程图
查看 主观评价指南
提交主观评价计划
提交主观评价报告，保存相关性
能指标 查询、对比指标
拓扑优化: 创新的基石
探 索 设 计 空 间
激 发 设 计 灵 感
完 善 设 计 方 案
实 现 设 计 创 新
总之，更快得到最佳设计——重量减轻，性能提高！
拓扑优化案例：散热器支架的创新设计
Courtesy
拓扑优化案例：散热器支架的创新设计
Courtesy
原始设计 优化后的设计
Max. v. Mises Stress Max. Displ. Mass
设计空间 最终设计
The consideration of the OptiStruct design
proposal led directly to a part with low stresses
and high stiffness that exceeded the target natural
frequencies by 37%
Altair OptiStruct
拓扑优化案例：散热器支架的创新设计
创新的软件许可
按模块 “地方
粮票”
“全国
粮票” 私有云 SAAS
Modeling
Drafting
Assembly
Manufactu
ring
FEA
Modeling
Drafting
Assembly
Manufactu
ring
FEA
20万
10万
10万
25万
25万
总共：90万 25万用任何
一个、错时
Modeling
Drafting
Assembly
Manufactu
ring
FEA
25万用任何
一个、同时
蓄水池
按实际使用
计费
蓄水池
•通常CAD是按模块卖的，即使一年才用一次的模块，也必须付出昂贵的代价
•Token以后进入成本大大降低，
•Leveling以后，使用的成本大大降低
创新的软件许可
Licensing
Product 1
Product 2 Product 3Nu
mb
er
of
HW
U u
se
d
Leveling
Product 1
Product 2
Product 3
Nu
mb
er
of
tok
en
s u
se
d
“Stacking”
•进入成本低；
•使用效率高、整体运行成本低；
•应用面越广、获益越大；
创新的软件许可
•已经获得比较多软件企业的认同，加入此模式；
•已经获得越来越多大客户的认同，为企业带来的效益；
GW
UP
ool
Scenario 1: 1 engineer with 1 machine
问题： 1）不能利用别人的机器计算；
2）无法计算大题目；
3）计算时，无法同时做其他事情；
4）人人配置一台很好的机器仍不能从根本上解决以上问题；
计算资源不够!
计算资源整合优化
问题： 1）需要经常查看别人的作业占用了多少CPU，使用的是什么软件的license，还剩下多少；
2）如果同时上去计算，每个人都很慢；
3）如果等待，不知道他人何时能够计算完毕；
4）夜间、周末及节假日无法充分利用资源计算人人配置一台很好的机器仍不能从根本上解决以上问题；
5）需要学习linux或unix；
6）需要上传计算文件；
7）需要经常查看自己的作业是否算完；
8）需要手工下载计算结果
9）无法控制用户对资源的使用，如谁可以用Radioss，可以用几个CPU？
10）……
More issues are there !
Scenario 2: N engineers with 1 server
计算资源整合优化
问题： 1）需要经常查看别人的作业占用了多少CPU，使用的是什么软件的license，还剩下多少；
2）如果同时上去计算，每个人都很慢；
3）如果等待，不知道他人何时能够计算完毕；
4）夜间、周末及节假日无法充分利用资源计算人人配置一台很好的机器仍不能从根本上解决以上问题；
5）需要学习linux或unix；
6）需要上传计算文件；
7）需要经常查看自己的作业是否算完；
8）需要手工下载计算结果
9）无法控制用户对资源的使用，如谁可以用Radioss，可以用几个CPU？
10）不知道哪些节点装有什么软件；
11）某个节点出故障了，作业不能自动转到其他地方计算；
12）无法知道哪几台机器是空闲的；
13）无法知道繁忙的机器何时会空闲；
14）需要记住每次提交计算的节点以便查看作业状态，取回计算文件；
15）……
Much more issue!!
Scenario 3: N engineers with N servers (cluster)
计算资源整合优化
计算资源整合优化
计算资源整合优化
Meshing+Assembly
Manufact
Post & Correlation
Test
Optim
izatio
n Resource Manager
Impact Durab Struct NVH
提高企业生产率和市场反应速度
提高计算资源投资回报率
• 确保资源利用最大化
更加高效地进行计算处理分析
• 降低作业周转期
• 简化作业提交
Top 10用户及软件使用统计报告
Top 10 项目排序报告
License utilization by projects
$ 0 $ 20,000 $ 40,000 $ 60,000 $ 80,000 $ 100,000 $ 120,000 $ 140,000 $ 160,000 $ 180,000
Project 1 15.3%
Project 18 14.3%
Project 5 14.2%
Project 19 13.6%
Project 12 13.1%
Project 14 2.8%
Project 3 2.8%
Project 7 2.6%
Project 6 2.2%
Project 20 2.2%
$ 157,240
$ 147,641
$ 146,419
$ 140,216
$ 135,050
$ 29,203
$ 28,932
$ 26,952
$ 22,441
$ 22,220
Duration
1.9%2.5%1.6%1.3%
15.0%
2.4%
2.8%
2.0%
14.0%
2.4%12.8%
1.7%3.0%
13.2%
2.0%2.4%
1.9%1.6%
1.7%
13.8%
Cost
1.9%2.6%1.5%1.2%
15.3%
2.2%
2.8%1.9%
14.2%
2.1%13.1%
1.5%2.8%
13.6%
1.8%2.2%1.7%
1.4%1.9%
14.3%
Project 2
Project 7
Project 4
Project 9
Project 1
Project 6
Project 3
Project 8
Project 5
Project 10
Project 12
Project 17
Project 14
Project 19
Project 15
Project 20
Project 11
Project 16
Project 13
Project 18
years
2009 2008 2007 2006
months
Jan Apr Jul Oct
Feb May Aug Nov
Mar Jun Sep Dec
Total
days
01 02 03 04 05 06 07 08
09 10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31
Total
day: 2008 -- top 10 projects
day: 2008 -- G1 filter by group:
user group: G1
dollars...
delta analysis...
compare...
altair specific...
cost duration
120.00
1.00
0.01
21,600.0
5.0
0.1
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000
2000
2010
2020
Comput. Time [min]
Total Time [days]
Typical Crashworthiness Simulation Process
“The substantial impact of computer
simulation has ridden on the back
of the speed of computing.”
– James Welton,
former Global Director of CAE, GM
计算资源整合优化 Compute Power
IT技术趋势及选型策略
从CAD发展的历程来看，高端CAD系统仅剩三家，而汽车整车厂不是统一
到UG就是CATIA，发动机不少采用Pro/E；
而CAE就完全不一样了，各种CAE系统相互独立，品种繁多；从而使：1
）设计过程复杂化；2）降低效率，增加直接和间接成本；
由于CAE应用的使用频度很不一样，各种应用系统软件更新也不一样，有
的系统更新很快，有的系统几年没有进步；所以在同等条件下，尽可能采
用更新的许可模式以提高综合使用效率和优化IT投资；
绝大多数企业不管用什么样的求解器，均采用统一的有限元前后处理器作
为有限元模型准备工具；案例：在GM，HyperMesh是标准建模工具，而
且在HyperWorks平台上构建了许多流程自动化功能，使分析过程标准化
和简单化，提高效率；
越来越多的企业在寻求CAE战略合作伙伴，减少CAE品种和数量，平台化
运作（流程自动化），建立性能数据管理；
？
由于历史的原因，几乎世界上所有叫得上名的商用CAD/CAM系统均存在：
数据交换困难；
• 协同效率低；
• 数字样机又慢又差；
培训困难；
管理及采购成本高；
GM的故事
CADDS5
Adina
CAE
Vericut
Ansys
Adams
Unigraphics
ABAQUS
GT
CIM
IGES
DXF
I-deas
Mac
从何着手？怎么做？
HyperMesh
HyperWorks
CATIA
Deform
Permas
Radioss
Simpack StarCD
CFD++
Pro/E Unigraphics Catia
I-deas
CADDS
Euclid
Moldflow
ADAMS
Nastran
CADAM
AutoCAD
LS-Dyna
CGS
LMS xxx xxx xxx
xxx xxx xxx
xxx xxx
应用的广度
应用的深度
GM选型的示意图
选择在广度上最具代表性的同时又具有良好开放构架的代表性软件，加上众多的专门应用程序构成GM
CAD平台
HyperWorks
建议的CAE软件平台
动力学分析 NVH分析 结构分析 碰撞分析
HyperMesh MotionView
MotionSolve Optistrut，Radioss，HyperStudy Altair求解器
分析内容
前置处理
HyperView 后处理
轻量化设计
Adams，DesignLife，Fluent
ABAQUS、LS-Dyna 其它求解器
疲劳分析 CFD分析
服务器
流程自动化
数据库
作业调度
优化
拓扑优化
统一的前后处理器
性能数据管理
创新的软件许可 计算资源整合优化
仿真
流程
建设
仿真驱动的设计
仿真驱动的产品研发
业务价值 解决方向==建议项目 实现结果
创新的软件许可
拓扑优化
统一的前后处理器
性能数据管理
计算资源整合优化
仿真流程建设
制造工艺仿真
仿真驱动的设计
减少设计反复
减少差错
减重
知识积累及性能持续改进
团队合作效率
减少物理样机
优化IT投资
节支
增效
创新
on Track with
Altair Platform
Simulation Driven Innovation
