RADIOSS：以工程應用為第一落腳點

齊健

顯式時間積分和減縮積分殼單元的應用，以及超級矢量計算機（CRAY）的出現，促成了工業界的第一次碰撞仿真。在此背景下，1986年，法國Mecalog公司針對向量計算機進行優化，開發出了應用向量編程的有限元分析軟件RADIOSS。2006年Altair公司宣布收購MecalogGroup及其主打產品RADIOSS，并將RADIOSS整合到HyperWorks軟件中。RADIOSS融合了線性與非線性結構有限元求解技術、多體動力學仿真技術以及流固耦合仿真技術，可以求解應用力學領域中的許多非線性問題，是一款成熟的工程分析與設計預測工具。

從20世紀80年代到今天，汽車碰撞模型已經從6000個單元擴大到了近千萬個，而RADIOSS求解器也經歷了整整30年的發展歷程，從最初的專門應對碰撞數值仿真問題，走向了更廣闊的應用領域。目前，RADIOSS可以解決來自產品制造、地面交通、航空航天、能源、軍工以及電子消費品等各個領域的工程問題。

基于工程應用改進的RADIOSS

“在RADIOSS這30年的發展中，求解器面向的工程領域變廣了，但是軟件立足于實際工程應用的態度沒有變。”日前，Altair公司RADIOSS業務拓展副總裁Jean Michel Terrier先生在Altair北京辦公室接受本刊記者的采訪時這樣告訴記者。他還以HyperWorks 14.0在汽車、航空以及電子行業推出的新功能為例，向記者介紹了HyperWorks以及RADIOSS求解器針對不同行業，基于工程實際應用的開發。

在汽車設計領域，產品輕量化設計是很多汽車廠商的關注重點，仿真分析的應用早已不局限于模擬驗證，大部分廠商已經開始利用模擬分析結果指導前期設計，在這部分分析工作中，材料分析過程尤為重要。汽車設計中需要應用到很多帶有失效材料的本構模型，針對這一問題，Altair將實際工程應用中得到的一系列材料本構參數輸入到求解器中，直接提供給用戶，簡化了用戶分析本構模型的過程。

此外，在HyperWorks 14.0中RADIOSS的擴展有限元技術也得到了增強。對于求解器計算來說，實體單元網格可以有效提高計算精度，但是以現有的計算能力，遠遠不能滿足需求。因此Altair選擇應用殼單元網格，而應用殼單元網格就需要考慮失效和網格劃分等問題。擴展有限元技術則可以更好地模擬裂紋擴展，很多大型的汽車企業，以及制造廠商都在應用這項技術。

航空領域對于材料分析有著更多的需求，在HyperWorks 14.0中，復合材料分析的功能得到了大幅增強。比如對高強度復合材料進行熱沖壓和冷卻分析，增加了熱沖壓的材料穩構，在沖壓冷卻過程中，引入了新的時間步長算法，對比之前的算法，可以提高4倍以上的解算速度。同時增加了一些跟其他求解器的耦合，提高了耦合的計算精度。

在飛機設計過程中多軟件、多求解器協同應用是非常普遍的現象，這就涉及到了不同軟件之間數據轉換的問題，Altair面向多種求解器設計了不同的數據轉換接口，并持續改進不同求解器之間的契合度，使分析數據可以在不同求解器之間進行無縫傳輸，不需要過多的人工干預。

電子產品要求上市速度快，開發周期短的特點，導致了其設計、仿真與制造過程與傳統制造業有所不同。RADIOSS為電子產品分析提供了高效的接觸算法，接觸算法不僅可以提高電子產品求解過程中的計算速度，同時也可以保證產品的分析精度。

產品發展離不開與用戶的緊密合作

“要做到基于工程實踐，就要走近用戶，與用戶共同面對、解決問題。”Jean Michel Terrier介紹說，Altair是做工程咨詢起家的，因此更關注與用戶的合作。咨詢服務可以更好地幫助Altair接觸工程實踐，了解用戶的需求，在幫助用戶解決問題的過程中，與用戶共同探討、改進分析軟件的功能，并基于用戶需求開發新的軟件功能。

自Altair收購RADIOSS以來，RADIOSS在全球的用戶規模增長了10倍。福特、標致、法拉利及葛蘭素史克等國際知名廠商都在應用RADIOSS求解器。隨著仿真應用企業的增多，企業對于仿真應用的要求也越來越多樣化，對于應用水平比較成熟的軍工、航空以及汽車企業，要求仿真軟件提高大型求解能力和求解速度，并保證計算的精確性。而對于剛剛開始應用或者應用需求不強的企業來說，則需要更為易用，且開銷較低的仿真服務。

RADIOSS根據用戶需求特性制定了三個不同階段的服務策略：增強工程分析易用性、開發企業短期應用需求以及研究企業長期發展目標。對于初級用戶來說，重點在于提高易用性、魯棒性和解算速度，幫助用戶縮短產品上市時間；而對于有一定應用基礎的用戶，幫助用戶預測短期主流需求，在與用戶的緊密合作中，發現企業未來一到兩年中應該重視的問題，并找到解決方案；工程分析應用比較深入的用戶則需要研究企業的長期發展方向，以及可以在企業運作過程中優化的流程。

Jean Michel Terrier表示，一直以來，Altair積極推動產品研發，保持HyperWorks產品的技術優勢。而對于用戶迅速上漲的新需求，則通過并購的手段，優化自身產品和技術，力圖把創新的解決方案推廣給更多的用戶。

在研發方面，Altair即將推出一款全新的系統仿真產品“ACTIVATE”。它將幫助企業建立混合模型標準庫。SolidThinking ACTIVATE可以幫助產品設計師、系統仿真工程師完成建模并優化多學科仿真系統。

近年來，Altair看中了電磁仿真市場的發展。2014年，Altair并購了EMSS，并整合了其先進的電磁仿真解決方案FEKO。進一步增強了HyperWorks產品，為用戶提供更多求解器功能，尤其在航空航天、汽車和造船行業。2016年，Altair又收購了法國電磁仿真軟件商CEDRAT，將其主打產品Flux整合至產品線中，擴展HyperWorks產品組合的電磁和熱仿真能力，能夠滿足更低頻率的仿真要求。

用“軟”技術突破“硬”瓶頸

1965年，Intel公司的創始人Gordon Moore提出了集成電路發展的摩爾定律。而就在2016年初，最新出版的《自然》雜志宣布摩爾定律被技術瓶頸打破。受限于制造技術，目前的計算機核心數已經趨于穩定，核心主頻也碰觸了天花板，物理計算能力成為了軟件發展的瓶頸，硬件先于軟件發展的規律正在改變。

基于多核并行計算技術和GPU計算技術的開發已經成為軟件行業優化計算速度的趨勢。應用在仿真軟件中的并行計算需要在求解計算過程中把模型分成不同的區塊，分配給不同的CPU進行計算。RADIOSS的并行計算能力在HyperWorks 14.0版本中得到了進一步的提升，Altair對RADIOSS進行了重新編碼，提高了內部信息交換的效率，提升了分塊計算的能力。RADIOSS可以在不同的服務器之間實現并行計算，最多可以同時在14000個CPU核心中進行混合并行求解。

在軟件的研發過程中，Altair與英特爾、惠普等眾多硬件產成廠商都有合作，通過把握硬件的開發方向不斷改進軟件。Altair主打的軟件計算調度和管理工具PBS就大量采用了先進的HPC技術，通過PBS調度不同的求解器，再把不同的RADIOSS求解任務運行于HPC中進行并行求解，實現仿真效率的大幅提升。同時，PBS還可以為用戶提供遠程仿真云技術。通過仿真云，企業可以協調來自世界各地的不同工程師，并基于云計算中心快速處理協同任務，快速調用分析結果。

記者手記：

在采訪中，Jean Michel Terrier多次提到了Altair加快技術更新速度的并購舉措，這也就不得不說起當下CAE乃至PLM市場“大魚” 整合“小魚”的現象。Jean Michel Terrier認為，與整個PLM市場相比，CAE市場的體量很小，出現并購整合是很自然的現象。并購對于CAE廠商來說并不是壞事，一方面可以為CAE廠商提供比較充裕的研發經費，另一方面也可以增強信息化的整體性。但他同時也表示，目前Altair并不需要這樣的整合，Altair的產品具有很好的開放性，可以與所有主流的CAD軟件、求解器以及PLM平臺無縫對接。而作為獨立的CAE廠商，Altair擁有很強的自主性和創新性，在軟件開發以及與用戶的合作方面可以保證為用戶提供最適應工程需要，最符合需求的產品與服務。