CAE的那點破事兒(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軟件背后的運作原理
了解現(xiàn)象背后的數(shù)學(xué)物理原理

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

1 硬件環(huán)境

硬件環(huán)境是CAE成功運作的基礎(chǔ)。這里的硬件環(huán)境主要包括計算機硬件以及實驗測試硬件。

1.1 計算機硬件

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

隨著計算機性能的高速發(fā)展,能用于CAE的硬件類型越來越多,如筆記本電腦、PC機、工作站服務(wù)器、小型機以及大型機,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單的工程問題,計算量小,計算時間短。
PC機。其實就是我們俗稱的“臺式機”。PC機功能定位為日常辦公及生活娛樂。其價格較低,計算性能不強。適合于簡單工程問題。
工作站。工作站是一種高檔的微型計算機,通常配有高分辨率的大屏幕顯示器及容量很大的內(nèi)存儲器和外部存儲器,并且具有較強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。工作站的特長在于高性能計算。工作站具有較強的計算能力,適合于中等復(fù)雜程度的工程問題。
服務(wù)器。服務(wù)器主要用于后臺服務(wù)、網(wǎng)站后臺、郵件服務(wù)器、文件服務(wù)器、CRM、OA、ERP等等自動運行的系統(tǒng),不需要頻繁地人為操作,高性能,高穩(wěn)定性的主機。總體性能偏向數(shù)據(jù)處理,更強調(diào)穩(wěn)定,一般不配獨立顯卡,顯示器也可有可無的。在很多時候,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。小型機與服務(wù)器具有相同的用途,具有高穩(wěn)定性和高性能。但是小型機一般是基于RISC(精簡指令集)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。小型機一般使用專用的操作系統(tǒng),更強調(diào)安全性、穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)然隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,使用x86架構(gòu)的小型機也逐漸開始出現(xiàn)。小型機與服務(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。大型機的功能、價格以及性能上都在小型機和微型計算機之上,是一種用于大規(guī)模計算的計算機系統(tǒng),由于早期產(chǎn)品體積龐大因而被稱為大型機。大型機通常采用集中式體系架構(gòu),這種架構(gòu)的優(yōu)勢之一是其出色的I/O處理能力,因而最適合處理大規(guī)模事務(wù)數(shù)據(jù)。大型機不單純用來進行傳統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)處理和財務(wù)事務(wù)處理。在一些場合,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。大型機也可用來安裝多個操作系統(tǒng),可以運行所有的主流的軟件包。大型機通常用于政府、銀行、交通、保險公司和大型制造企業(yè)。特點是處理數(shù)據(jù)能力強大、穩(wěn)定性和安全性又非常高。
超級計算機。超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機,多用于國家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究,是一個國家科研實力的體現(xiàn),它對國家安全,經(jīng)濟和社會發(fā)展具有舉足輕重的意義。是國家科技發(fā)展水平和綜合國力的重要標志。超級計算機特別適合于進行CAE運算,特別是大型復(fù)雜工程的CAE計算。

總的來說,計算機硬件要求更快的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的運行效率。

1.3 測試硬件

有計算機硬件還不足以做出好的CAE結(jié)果,還需要有完善的實驗測試條件。有人會說“都有實驗測試條件了,我還要CAE干甚?”

在使用CAE的過程中,離不開實驗測試。

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

在CAE使用過程中,有三個方面的內(nèi)容需要通過實驗測試來獲取及控制:

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?只能靠儀器測量。
軟件模型的校準。這實際上涉及到了軟件黑箱子內(nèi)部的工作機理問題。由于其內(nèi)部運作細節(jié)不可知,因此只能通過實驗的方式進行標定。
計算結(jié)果的校核。由于對黑箱子內(nèi)部工作原理不清楚,因此計算完了之后,對于所輸出的計算結(jié)果是否有效,誰也不敢說,唯有通過實驗獲取了。

再來說前面的問題“有實驗條件,還需要CAE么?”當(dāng)然是需要的。CAE能節(jié)省實驗開支,能做現(xiàn)實無法做的實驗,不過前提是在大量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。
做實驗的目的是為了不做實驗。我們通過大量的現(xiàn)實實驗,積累大量的測試數(shù)據(jù),當(dāng)把前面提到的CAE所需的三個環(huán)節(jié)都搞清楚了之后,就可以逐漸擺脫現(xiàn)場實驗,采用CAE替代實驗,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)實世界的復(fù)雜性,導(dǎo)致單純的考慮某一個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)能夠很好的支持團隊協(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。軟件常常會更新,在軟件更新的時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)知識化。想要利用好CAE,將各類數(shù)據(jù)形成知識非常重要。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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