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Altair:数字创新引领未来工业

—— Altair创始人、主席兼CEO James Scapa先生专访

2021年10月14日     作者:e-works  吴星星  黄培       
关键字:Altair  CAE  仿真技术  
展望未来,James Scapa先生将带领Altair不断推动仿真技术、HPC和人工智能之间的深度融合,帮助用户通过数字创新引领未来工业。
       时光飞逝,转眼Altair已经进入中国20年。一路走来,Altair已成长为世界领先的工程技术开发公司,通过为企业解决各种棘手问题,实现与企业共同成长。那么,最近两年Altair发展现状如何?是否受到新冠疫情的影响?在产品和解决方案上有哪些更新?在仿真应用方面有哪些创新?针对CAE的未来发展趋势,Altair有何布局?带着这些疑问,2021年8月18日,e-works CEO黄培博士通过在线视频专访了Altair创始人、主席兼CEO James Scapa先生。这是黄培博士继2008年、2013年和2019年之后,第四次专访James Scapa先生。

Altair创始人、主席兼CEO James Scapa先生

Altair创始人、主席兼CEO James Scapa先生

加速融合,仿真技术呈现全新发展态势

       毫无疑问,新冠疫情对全球人们的生活和工作带来了前所未有的影响。对于企业而言,由于在家办公对员工的数字化思维产生影响,企业对技术的需求明显提升,大量新兴技术在新冠疫情之后被加速融合与应用。在CAE领域,随着仿真技术在多个行业的深度应用,也带来了仿真模型日益复杂、仿真过程数据倍增、仿真计算费用昂贵等问题,降阶模型、人工智能、云计算等多种技术和仿真技术的深度融合,成为了仿真技术的重要发展趋势。

       首先,降阶模型与仿真技术的融合是仿真技术的重要发展方向之一。对此,James Scapa先生表示:“通过与仿真技术的结合,驱动通过神经网络、机器学习或深度学习模型建立的降阶模型,将是未来仿真技术发展的关键,Altair在此竞争中处于一个非常有利的地位。未来,越来越多的降阶模型将被用于大量的仿真分析,降阶模型的构建将通过神经网络处理,届时工程师可实现快速决策;此方法也可用于快速构建数字孪生模型,数字孪生往往涉及众多传感器数据,决策产生于各个边缘端,借助降阶模型构建的数字孪生有助于在设备运行现场快速做出决策。”

       其次,人工智能和仿真技术的整合也是仿真技术发展的关键。James认为:“Altair的用户看到并开始理解这一点,Altair正在让仿真工具的使用变得日益简单,用户可以不用关心人工智能和仿真如何结合。未来,会有更多技术以一种对用户透明的方式与仿真技术实现融合应用。”

       第三,云计算的使用是仿真技术发展的大趋势。随着时间的推移,未来会有越来越多的仿真用户转向云计算。当然,一些用户只选择使用公有云,另外一些用户只选择使用本地设备,但大多数用户将使用私有云和公共云结合的混合模式。James指出:“很多仿真工作都会基于HPC开展,以帮助客户节约成本并获得想要的计算资源。但考虑到云计算的应用依然相对昂贵,客户管理层出于成本的考量不会放任用户在云上自由使用,所以大趋势将是私有和公共云的混合。”

持续深耕,提供卓越的工程仿真系列软件

       自1985年成立以来,Altair始终高度重视对技术的投入,以确保为用户提供更好的服务。最近几年,Altair更是通过持续并购创新型技术或具有行业特色的技术,为用户带来了更为广泛而卓越的工程仿真系列软件。目前,Altair提供完备的仿真、数据分析、人工智能(AI)、物联网和高性能计算(HPC)等一系列全面而开放的产品和解决方案。

Altair提供广泛的多物理场仿真工具

Altair提供广泛的多物理场仿真工具

       例如,在结构仿真领域,Altair拥有久经验证的非线性结构分析求解器Radioss,可以进行诸如手机跌落测试的碰撞仿真分析;其次,在OptiStruct中,Altair不仅添加了所有的非线性隐式分析功能,还添加了类似Radioss的显式求解功能,并可进行一系列的结构优化;第三,SimSolid是Altair针对更前端的设计领域的结构分析软件。

基于SimSolid分析的应用案例

基于SimSolid分析的应用案例

       James对SimSolid未来的发展信心十足,他指出:“SimSolid是Altair系列软件中增长最快的产品,在未来十年有望取代传统的结构仿真工具,它的功能十分强大,几乎适用于所有市场,包括汽车,航空,石油和天然气,建筑等。Altair最近并购了建筑和土木工程行业的小型软件公司S-FRAME,该软件可以与SimSolid实现联合模拟仿真。此外,在能源、石油和天然气行业,Altair通过在SimSolid中添加新功能就解决了传统软件所不能解决的问题,可见SimSolid发展潜力巨大。”

       在电磁仿真领域,通过在电磁学、波传播和印刷电路板模拟方面的并购显著提升了Altair的电磁仿真能力。2020年,Altair先后并购了军用电磁与红外软件平台newFASANT、频谱管理与无线电网络规划软件WRAP,进一步巩固Altair在高频电磁仿真领域的领先地位。同时,在Spice电路分析方面,Altair也在持续改进提供快速而准确的系统电路求解器。

       在网格工具方面,Altair不仅基于传统的网格算法来增强机器智能,而且还通过内嵌机器学习算法来进一步增强。James表示:“在HyperMesh和SimLab中都有机器学习算法,如果用户需要在大型模型组装中寻找一个特定的部件,借助这些算法驱动,就能帮助用户确定匹配的部件。无论是营销决策,还是关于参数设置的决定,Altair所扮演的角色,就是一家使用机器学习、神经网络、仿真等数学和算法来帮助其他公司做决策的公司。”

勇于创新,Altair着眼未来仿真应用

       在优化方面,尽管创成设计可以带来很多创意,但其中大多数方案都没有任何价值。工程师更需要有价值的优化解决方案,例如利用机器学习技术以某种方式筛选创成设计工具所提出的方案。Altair在这方面进行了很多探索,包括加强Inspire的功能,将SimSolid、OptiStruct、拓扑技术、运动仿真技术集成于Inspire平台,未来CFD技术也将加入,以不断拓展多学科仿真与优化的范围。

       James强调:“Altair将构建真正的未来仿真环境,甚至包含像成本这样的因素,都可以借助机器学习算法驱动。我们致力于把人类的创造力和设计技术结合,这样用户就能根据想要创造的东西实现最优的解决方案。目前Altair正朝此方向发展,未来还有更多的探索。”

       对于当前十分热门的创成设计技术,其中的一个优势就是将创成设计与增材制造相结合。在Altair Inspire平台中,不仅涵盖了铸造、注塑、挤压、发泡、冲压和传统3D的制造仿真,针对3D打印的烧结功能也在持续开发中。

基于Altair Inspire进行3D打印单胞晶格生成

基于Altair Inspire进行3D打印单胞晶格生成

       同时,Altair也非常专注于仿真和制造工艺的集成与优化。James认为:“不仅是3D打印,所有制造,包括生产过程的优化也很重要。Altair已经在制造工艺仿真方面投资了15年。Altair的注塑仿真软件Altair Inspire Mold可为用户提供端到端的注塑成型解决方案。新一代的模具填充速度非常快,令人印象深刻。” 

       在电机拓扑探索和多物理场优化方面,Altair拥有强大的电机整体设计的解决方案——Altair FluxMotor,用户可以基于此工具快速设计电机。接下来,Altair还将在电机方面进行更为复杂的仿真探索,例如,通过拓扑优化,用低频电磁学来设计例如感应电动机的功率输出。

基于FluxMotor快速完成电机概念设计

基于FluxMotor快速完成电机概念设计

       此外,针对动力电池,Altair也在不断完善仿真解决方案。例如,可以通过优化仿真让工程师去除多余材料,并保证电池的强度和刚度。James指出:“在电池方面,Altair主要围绕特定客户展开工作,探索如何最大限度地提高电池的能量密度。未来,拥有高效、紧凑、重量轻、功率密度高的电池,对于电动汽车非常重要。”

聚焦数字孪生,Altair助力用户“预“见未来

       当前,数字孪生技术的关注度很高。数字孪生在汽车、航空航天领域应用最多,但其实几乎每一个产品领域,例如能源领域、电力运输的所有产品,数字孪生在这些领域都将扮演一个非常重要的角色。甚至在人们日常生活中使用的产品,也有很多机会应用到数字孪生。

       Altair除了是全球仿真软件领域的领先厂商,也是一家致力于新兴技术开发与应用的工程公司。例如,Altair在固态照明领域拥有150项专利,其设计的灯具通过多年的合作伙伴,一家香港公司在广州生产,然后在成千上万家商店出售。这些灯具看起来很简单,但其实是非常复杂的电子产品。这些灯具运用了Altair的很多专利设计,可以帮助用户智能决策。当前,这些灯具的数字孪生已在云上运行,随着时间的推移,未来可以在灯管或固定装置上运行,人们可以决策何时需要降低亮度来保存电力;也可以通过传感器来测量来自自然光的光线,让灯光在晚上更亮,白天更暗;还可以根据氛围改变光的颜色,实现变成柔和的黄色光或更明亮的光。

       James强调:“未来几乎每一件产品都可能应用到数字孪生,这是一种功能性成本。这些数字孪生模型大多数情况下将会采用降阶模型,通过模拟并利用神经网络来构建,确保可以同步运行并能立即决策。同时,这些模型的覆盖面积必须非常小,以便安装到任何地方,可以在非常小的微控制器上运行。例如,运动鞋可以根据使用者在跑还是在走,踩踏是否用力,来调整运动鞋的性能。”

       显然,数字孪生技术的发展潜力巨大,Altair也将在数字孪生的应用中扮演重要角色。James表示:“Altair在物联网和大数据分析领域进行了大量投资,未来五年还将继续投资。今天,Altair拥有适用于每个人的产品,并且这些产品还在不断改进中。同时,Altair正在开发的物联网技术以及解决方案将帮助用户构建应用程序,也帮助Altair自己构建与物联网、分布式解决方案相关的产品。实际上Altair的Toggled产品使用的正是物联网智能产品开发平台SmartWorks IoT。Altair往往是自身技术的第一个用户。”

Altair数字孪生应用案例

Altair数字孪生应用案例

       在复杂产品的数字孪生方面,Altair很多技术都被应用其中。例如,罗尔斯•罗伊斯(Rolls-Royce)德国有一个项目,Altair帮助其飞机引擎业务构建数字孪生,该业务涉及到数据分析和人工智能技术的应用。最终的数字孪生模型被用于预测故障、改进设计和实时把传感器数据引入数据流,通过机器学习模型实时运行,当需要替换零部件时,数字孪生模型也可以不断做出调整或预测。

       此外,Altair还拥有一些非常有趣的工具,例如实时流数据可视化软件Panopticon,它被众多交易员和银行用于实时数据分析,其实也适用于许多环境,包括制造车间。

       谈到如何使用物联网和传感器数据,通过数字孪生模型来分析和优化对应实物产品时,James指出:“物联网和传感器数据其实是整合在一起应用,数字孪生模型不仅拥有真实世界的传感器数据,也拥有关于产品如何运行的信息。这些合成数据和真实数据都会被加以利用。这样工程师就可以知道在故障或者疲劳状况下产品会有怎样的表现,还可以对未来做出预测,并在使用过程中通过仿真来优化产品性能,通过带有预测功能的优化来实现真正优化整体性能。这正是企业一直想要实现的数字孪生应用,一旦产品在投入使用后,也能不断优化性能。”

重视HPC和云应用,Altair引领未来工程应用

       在大多数人的传统印象中,Altair是一家全球领先的CAE软件公司,但其实,走过了36年的Altair在经过若干重要并购事件后,公司品牌也在不断被重塑,赋予新的内涵。James指出:“Altair一直在重塑品牌,如何定义公司非常重要。因为公司的愿景本身也是一种品牌塑造,而Altair的愿景基本是围绕帮助客户利用仿真、HPC、数据分析以及云解决方案做出决策。”

       在HPC领域,Altair在2020年并购了工作负载管理领导者Univa和顶尖I/O分析公司Ellexus。对此,James表示:“Univa旗下的Grid Engine是一款领先的HPC解决方案,适用于生命科学、石油和天然气以及金融市场的工作负载和工作流管理;Ellexus位于英国剑桥大学附近,由才华横溢的电子学博士Rosemary Francis创建,该公司专注于存储感知和I/O,对于数据分析领域,存储感知调度至关重要”。

       在数据分析领域,Altair于2018年底并购了专注于数据分析与可视化的公司Datawatch。Datawatch成立于1989年,主要服务于银行和金融服务行业,多年来发布了许多创新的产品和技术,包括用于数据准备和数据科学的Monarch和Knowledge Studio,专注于实时数据分析和可视化的Panopticon。James认为:“这一并购对于Altair实现仿真、HPC、数据和人工智能融合的愿景意义非凡,有助于未来Altair构建对数据驱动型企业融合愿景的解决方案。”

       关于云原生,James强调:“Altair一直在大量投资并将各种产品带到云端,这也是Altair云原生平台SmartWorks的由来。Altair的目标是将所有仿真、HPC、数据分析等技术和机器学习操作(MLOps)都整合到云原生环境中。每个人都需要MLOps能力,SmartWorks本身是一个低代码,甚至无代码的环境,许多大型企业都在寻找这些工具。”

在SmartWorks构建的机器学习模型

在SmartWorks构建的机器学习模型

       在2021年5月,Altair宣布推出了全新的Altair One云平台,集成了Altair全部产品套件和HPC能力,这使得用户可以在一个平台上以动态、协作的方式,应用各种仿真技术、数据分析、可扩展的HPC和云服务。未来,Altair将把更多的技术以类似Altair One的形式出现,为用户持续提高先进的协作式数据驱动的设计和开发环境。

基于Altair One云平台的应用案例

基于Altair One云平台的应用案例

       目前,Altair的云计算服务已经支持亚马逊、谷歌、微软和甲骨文的云平台,而在中国也与亚马逊中国公司开展了很多合作。未来,Altair也会支持更多的中国云服务提供商,只要对方支持HPC和GPU技术。“但即使是美国的主要云服务厂商,在GPU支持上也比较迟缓,这也是为什么Altair参与到混合云建模市场的原因,因为云计算市场绝大多数供应商还未达到我们期待的水平。”James坦言。

后记

       Altair拥有超过12000家客户,其产品和解决方案遍布制造、工程、银行、生命科学、地球科学、能源和科技领域的知名企业,并且还在持续增加;多年来,Altair重视技术研发,每年将超过25%的收入用于研发,不断通过内部研发和对外并购新技术,保持技术的先进性和引领性。这也是Altair多年来能够实现稳步增长的秘诀。即使遇到2020年疫情大爆发,Altair也几乎未受到影响,2020年总收入达到4.7亿美元。

       放眼未来,James Scapa先生将带领Altair公司继续关注并引领技术领域的前沿趋势,通过不断推动仿真技术、HPC和人工智能之间的深度融合,构建更加完整的产品和解决方案,帮助更多用户实现最佳决策,通过数字创新引领未来工业。
 
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