Инженерный анализ: мечты и будущее

Санта-Фе гостиницаНа фото: гостиница в Санта-Фе – столице штата Нью-Мехико и старейшем городе-столице в США (более 400 лет). Кроме выполнения функций административного и научного центра, город является одним из мировых центров изобразительного искусства. Во множестве галерей и магазинчиков можно увидеть и купить картины всех художественных течений. Оригинальная архитектура времен Новой Испании в сочетании с природой полупустыни придает городу неповторимое очарование.

Санта-Фе институт

При этом подкупает уважение и бережное отношение, с которым тут относятся ко всему, что связано с культурой и искусством коренного населения Америки. Научный и учебный институт Санта Фе – очень интересный (и на мой взгляд, незаслуженно малоизвестный у нас) коллектив, ведущий исследования и разработки в самых разнообразных областях науки, в особенности по междисциплинарным проблемам.

Саммит по инженерному анализу, динамическому моделированию и системам инженерного софтвера (Analysis, Simulation and System Engineering Software Summit), который регулярно проходит в Санте Фе (штат Нью Мексика, США), призван обсудить дальнейшие пути развития данного сегмента программного обеспечения (ПО).

На саммите по инженерному анализу предложены 8 принципов развития программного обеспечения в этой области, призванных сделать инструменты инженерного анализа доступными для повседневного использования рядовыми инженерами. Напомним эти принципы:

  • Инженерный анализ и моделирование должны стать неотъемлемой и органичной частью обычного процесса проектирования. Это предполагает тесную и по возможности «бесшовную» интеграцию между программным обеспечением для графического проектирования и ПО инженерных расчетов, с тем, чтобы выполнение соответствующих расчетов и моделирования стало для рядового проектировщика таким же обычным и рутинным делом, как создание трехмерной модели или выпуск чертежей.
  • Изменение роли расчетного анализа и моделирования при принятии проектных решений. На смену текущей практике, когда CAE в лучшем случае используется лишь для проверки уже детально разработанного проекта (с проработанной геометрией и трехмерной моделью), должны прийти системы, где именно предварительный расчетный анализ и моделирование подсказывают оптимальные проектные (в том числе геометрические) решения.
  • Обеспечение разумного баланса между скоростью и точностью расчета, при автоматической проверке исходных данных и оценке возможной погрешности и достоверности результатов расчета.
  • Развитие инструментов сохранения, описания и использования знаний и опыта, которые позволили бы передавать их новым поколениям проектировщиков.
  • Широкое развитие инструментов создания и расчета гетерогенных моделей для междисциплинарного моделирования (прочность, гидравлика, теплообмен, электромагнетизм, био- и нанотехнологии и т.д.), в том числе с интеграцией различного ПО различных разработчиков.
  • Простота и легкость использования для рядовых инженеров. Работа с расчетной моделью должна происходить в доступных и понятных проектировщику терминах. Специализированные процедуры (генерация и настройка сетки, настройка параметров решателя и т. п.) должны быть максимально автоматизированы и выполняться с оптимальными параметрами с автоматическим учетом специфики рассчитываемой модели, а результаты расчета – представлены в наглядном и удобном для принятия проектных решений виде.
  • Облачные вычисления, в том числе с мобильных устройств. Использование облачных вычислений может значительно повысить доступность инженерного анализа, упростить развертывание и использование соответствующих программных средств, и в конечном счете заметно уменьшить стоимость владения ими.
  • Пересмотр политики лицензирования, с тем чтобы сделать ее более гибкой, а инструменты инженерных расчетов и моделирования – более доступными широкому кругу инженеров.

Стратегическая программа, выдвинутая Саммитом, получила название ASSESS (сокращение от Analysis, Simulation and Systems Engineering Software Strategies). Данная статья – своего рода отчет о том, что было сделано за прошедшие 2 года для ее реализации.

Обсуждение ASSESS под снежными завалами

Первым важным шагом по налаживанию практической работы стал полномасштабный Конгресс ASSESS. Он был организован инициаторами движения ASSESS – Брэдом Хольцем (Brad Holtz, президентом и директором Cyon Research, и Джо Уэлшем (Joe Walsh), директором IntrinSIM. Конгресс прошел 20-22 января 2016 в Bolger Center, Potomac, Maryland – прямо во время колоссального снежной бури, разразившейся в Вашингтоне и ближайших штатах, и заблокировавшей все автомобильное движение в месте проведения Конгресса. Казалось, сама природа решила обеспечить участников, представлявших всех ведущих разработчиков и наиболее влиятельных коммерческих и академических пользователей, массой времени для глубокого и детального обсуждения.

ASSESS снег

Повестка для пленарных заседаний включала выступления Jesse Citizen (M&SCO), Roger Burkhart (John Deere) и Zack Eckblad (Intel), которые рассказали об опыте использования инженерных расчетов и моделирования в их организациях в соответствии с идеями ASSESS. Большая презентация Rodney Dreisbach (Старший технический руководитель Boeing (в отставке)) была особенно вдохновляющей, с попыткой заглянуть в перспективы нового поколения средств инженерного моделирования. Также очень интересными (а кое в чем и неожиданными) оказались новые результаты исследования рынка, представленные Брэдом Хольцем. Например, выяснилось, что конечные пользователи куда лучше разработчиков понимают важность таких «скучных» тем, как оценка погрешности результатов и анализ их чувствительности к неточности исходных данных!

Но более важно, что Конгресс дал участникам прекрасные возможности поделиться своими идеями, подходами и последними достижениями и обсудить их друг с другом. Два раунда брифингов в первый день (12 + 14 брифингов) включали сообщения о всевозможных результатах исследований и разработках по тематике ASSESS. Это был как раз тот момент, когда я пожалел, что не умею создавать собственных дублей, чтобы присутствовать на всех брифингах одновременно! Поэтому упомяну тут только тот брифинг, на котором присутствовал и который впечатлил меня больше всего – презентация Кеном Уэлчем (Ken Welch) новой программы прочностного анализа SIMSOLID, базирующейся на технологии, не требующей генерации сетки и вообще разбиения рассчитываемой геометрии на традиционные конечные элементы!

Тот факт, что эта технология (метод внешних конечноэлементных аппроксимаций) была придумана, исследована и реализована на практике нашим бывшим соотечественником, коллегой – математиком из Белоруссии Виктором Апановичем, особенно вдохновляет.

SIMSOLID
SIMSOLID

На второй день работы Конгресса участники разбились на 7 рабочих групп по ключевым темам ASSESS:

  • Демократизация моделирования
  • Достоверность результатов моделирования
  • Вызовы бизнеса (смена бизнес-моделей)
  • Гетерогенные модели
  • Синхронизация интересов и усилий коммерческих, правительственных и научных организаций
  • Потенциальные прорывные технологии
  • Подготовка к грядущим переменам.

Каждая группа провела трехчасовой мозговой штурм для выработки конкретных подходов и последующих шагов по ее тематике. Мозговые штурмы были весьма продуктивными, результаты были доложены руководителями групп на пленарном заседании Конгресса, и в последующем на конференции COFES 2016.

Консультативный комитет ASSESS и начало регулярной работы

Для дальнейшей практической работы движению ASSESS была необходима организационная структура. Был создан Консультативный комитет из 55 участников – волонтеров (включая автора данной статьи) под руководством Джо Уэлша. Комитет впервые собрался на конференции COFES 2016 в апреле 2016 года и с тех пор проводит регулярные онлайн-встречи. Для финансово-юридической деятельности создано и зарегистрировано соответствующее юридическое лицо – компания ASSESS Initiative LLC.

Первой задачей было создание документов ASSESS (манифеста ASSESS) для объяснения наших идей и намерений. Для этого была создана специальная рабочая группа. К настоящему моменту ее работа практически завершена, документы готовы к окончательному утверждению и распространению. При этом наиболее важная (на взгляд автора) часть манифеста – то, каким образом ASSESS собирается реализовывать свои идеи на практике. Для этого под руководством Консультативного комитета будут использоваться разнообразные способы, в том числе:

  • Проведение ежегодных Конгрессов ASSESS, с участием сообщества экспертов и аналитиков, разработчиков ПО, исследователей и пользователей средств инженерного моделирования для рассмотрения текущего состояния, проблем, целей и необходимых мер для реализации инициативы ASSESS;
  • Создание и использование других разнообразных возможностей встреч, обсуждений и обмена опытом и развития сотрудничества;
  • Стимулирование исследований по решению ключевых проблем реализации ASSESS;
  • Продвижение прорывных технологий для более эффективных решений по инженерному моделированию;
  • Поощрение стратегий (направлений) разработки ПО, соответствующих философии ASSESS, в частности:
    • ПО для решения специализированных инженерных задач
    • Инструменты сохранения и повторного использования знаний
    • Специализированные программные компоненты совместного использования
  • Сбор и публикация историй успеха реализации и использования ASSESS;
  • Поддержка разработки необходимых стандартов.

Помимо рабочей группы по разработке манифеста ASSESS, организованы и уже приступили к работе 7 других рабочих групп по следующим направлениям:

  • Финансирование деятельности (изыскание соответствующих возможностей);
  • Преимущества для конечных пользователей;
  • Демократизация инженерного моделирования;
  • Достоверность результатов инженерного моделирования;
  • Вызовы бизнеса (смена бизнес-моделей)
  • Инженерное моделирование сложных систем (многоуровневое моделирование)
  • Синхронизация интересов и усилий коммерческих, правительственных и научных организаций.

Планируется, что результаты их работы будут доложены на конференции COFES 2017 в апреле 2017 года. Также планируется выпуск специального документа, разъясняющего преимущества ASSESS для конечных пользователей. Планируется участие ASSESS и в других конференциях по инженерным расчетам и моделированию. Также заработал отдельный веб-сайт, на котором будет размещаться вся информация по ASSESS. Следующий конгресс ASSESS намечено провести 1-3 ноября 2017 года.

Идеи ASSESS на других событиях 2016 года

Хотелось бы также поделиться некоторыми личными впечатлениями с других крупнейших CAD/CAE событий прошлого года – конференций COFES 2016 и CAE Conference 2016.

Удивительно, как быстро происходит сейчас реализация инновационных подходов в CAE! Так, моделирование в «облаке» использовалось уже в почти 50% докладов на CAE Conference, а оптимизация проектов на основе моделирования (причем часто с использованием гетерогенных моделей) упоминалась там уже как нечто само-собой разумеющееся! Инструменты многокритериальной и междисциплинарной (в гетерогенных моделях) оптимизации уже доступны и активно используются (как пример – modeFRONTIER фирмы Esteco). Эти программы, как ожидается, будут представлены и на международной конференции по оптимизации LION11 в Нижнем Новгороде в июне этого года.

Резко активизировались и разработки в области топологической оптимизации. Так, одним из наиболее интересных событий на COFES 2016 был специальный брифинг знаменитого Тэда Блэкера (Ted Blacker, Sandia National Laboratories) о проекте «PLATO» (Plausible Topology Optimization program). Рассказывалось о разработанной программной системе для топологической оптимизации и результатах ее работы, с изготовлением последних с помощью 3D печати (см. http://www.sandia.gov/plato3d/index.html).

Но самым большим шоком для автора на COFES 2016 был пленарный доклад и брифинг Эндрю Хесселя (Andrew Hessel) из исследовательской группы фирмы Autodesk в области био- и нанотехнологий (http://bionano.autodesk.com). Оказывается, компьютерное моделирование в области синтеза ДНК и биоинженерии развивается сейчас с такой скоростью, что результаты способны полностью преобразить жизнь уже нынешних поколений! Сам тот факт, что ведущая мировая САПР-компания имеет в своем составе подобную группу и активно финансирует ее исследования и разработки, о многом говорит. Все это выглядит весьма многообещающе.

Andrew Hessel демо

Эндрю Хессел показывает крупномасштабную информационную модель живой клетки

Andrew Hessel демо

Эндрю Хессел демонстрирует компьютерную трехмерную молекулярную модель вируса

DNA ASSESS

Компьютерная программа декодирования генетического кода (ДНК)

НТП Трубопровод подает пример!

НТП Трубопровод, как профессиональный разработчик программ расчета трубопроводов и оборудования и один из изначальных участников инициативы ASSESS, полностью разделяет принципы ASSESS и старается на практике следовать им в собственных программных продуктах. Ведь чтобы убедить следовать принципам других, надо начать с себя и показать личный пример! И вот 2 примера наших достижений в этом направлении в 2016 году.

В нашей программе Гидросистема расчета многофазного течения в трубопроводах мы реализовали одну из самых современных и продвинутых расчетных моделей – так называемую TUFFP (Tulsa University Fluid Flow Projects) Unified Model. Однако для корректного задания всех настроек (выбора замыкающих соотношений) требуются знания эксперта. Нельзя ли «вложить» хотя бы часть этих знаний в программу? Для этого мы решили использовать созданную TUFFP базу данных экспериментальных результатов по многофазному течению. Теперь Гидросистема сама подбирает оптимальный набор замыкающих соотношений по набору безразмерных параметров, характеризующих характер многофазного течения в заданном трубопроводе. Тем самым наша программа теперь обеспечивает более точный расчет многофазного течения для пользователей – не экспертов. (Подробнее о новой возможности см. статью).

Присоединяйтесь к инициативе ASSESS, давайте вместе сделаем наши проекты и решения высокоэффективными с помощью средств инженерных расчетов и компьютерного моделирования нового поколения!

Автор: Леонид Корельштейн, зам. директора по научной работе НТП Трубопровод

Источник: http://isicad.ru/

Картинки по запросу инженерный анализ