中國科學院院士 陳十一
陳院士表示,中國工業(yè)軟件是中國科技攻堅的戰(zhàn)略要地,是中國制造業(yè)持續(xù)創(chuàng)新升級的最強助力,工業(yè)軟件必須發(fā)展自己的核心技術(shù),尤其是工業(yè)仿真軟件。以下是陳院士演講全文:
非常感謝在本次峰會發(fā)言。我做了一輩子的流體力學,做湍流研究,湍流研究沒有分析解,所以我做了一輩子的數(shù)值解。我做high-performance computing,各種各樣的解法和發(fā)展方法,turbulence modelling,molecular dynamics,涉及流體力學所有的方法我都碰過。我現(xiàn)在的想法就是,我們能不能把我們的軟件在鯤鵬上都試一試,尤其是我聽說鯤鵬有很多很好用的庫,讓這些工業(yè)軟件匹配、鑲嵌到我們國家自主研發(fā)的基礎(chǔ)軟硬件平臺上,所以我今天是抱著一種學習的態(tài)度,來跟大家介紹分享一下我最近的一些研究。
工業(yè)軟件是服務(wù)企業(yè)“規(guī)劃、研究、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)”全流程的產(chǎn)品,幾乎腰部以上的企業(yè),很少不用工業(yè)軟件。工業(yè)軟件主要有四塊,研發(fā)設(shè)計類的有CAD、CAE、PLM、PDM;另一類是信息管理類的,像ERP;還有生產(chǎn)控制類和嵌入式的,我現(xiàn)在主要是關(guān)心的是研發(fā)設(shè)計類的。我覺得,研發(fā)設(shè)計類的是最有希望運用到鯤鵬,最有希望運用到shift-computing的。
工業(yè)仿真軟件屬于研發(fā)設(shè)計類的工業(yè)軟件,在產(chǎn)品的研發(fā)過程中,利用計算機進行建模及性能仿真分析。工業(yè)制造流程中,第一步就是三維設(shè)計建模。比如說造飛機,就要先把飛機的形狀給digitize。然后做物理模型,判斷邊界條件,像流體力學的不可壓縮等等,還有一個很重要的步驟是把網(wǎng)格建立起來,建立好數(shù)學模型和數(shù)值模型。然后就是數(shù)值求解,也就是解偏微分方程,這也是最難的部分,所有的超算都集中在數(shù)值求解這一塊。得到結(jié)果以后,還要做后處理分析,根據(jù)物理方程、定律進行解釋,并回饋于工業(yè)設(shè)計中。以上就是基于工業(yè)軟件的產(chǎn)品開發(fā)過程。
工業(yè)軟件仿真的應(yīng)用價值是不得了的,比如說飛機的制造,它先做計算機模擬,后做很少的試驗,所以說很多時間都是花在用計算機來模擬飛機的空氣動力學行為,結(jié)構(gòu)行為,阻力,升力,扭矩等等。最重要的是,仿真軟件可以代替實驗,我聽說汽車行業(yè)做油泥,油泥要做幾個月,而真正的計算,大概就一兩天,而如果利用人工智能,我們有望將時間縮短到幾個小時。AI+CAE,這是今后發(fā)展的方向。當然,通過數(shù)值優(yōu)化與設(shè)計,還可以做到增效減材、提升產(chǎn)品的性能、技術(shù)水平及市場競爭力等等。
工業(yè)軟件在當今中國市場來看,每年的增長在20%上下。有人說,工業(yè)軟件是零和游戲,我不這么覺得,我覺得中國工業(yè)軟件可以去比肩美國、西方的工業(yè)軟件,甚至更好。但是我們看國內(nèi)工業(yè)軟件市場前十大供應(yīng)商,在CAE板塊,一個國內(nèi)自主品牌軟件都沒有,非常的令人失望,所以我們是真正在嘗試解決中國的“卡脖子”問題。
工業(yè)軟件在各行各業(yè)都有著非常廣泛的應(yīng)用,我舉幾個例子,像飛機、發(fā)動機、船舶、汽車,汽車是工業(yè)軟件用的最廣的領(lǐng)域,還有海上雙碳技術(shù),包括自然災(zāi)害、污染擴散等問題的處理。這么來看,工業(yè)軟件對整個國民經(jīng)濟是起非常重大作用的。這一塊,我們還跟世界頂尖水平存在很大的差距。
對流體力學來說,湍流問題為什么這么難?因為它計算量極其大。飛機在飛行的過程中,在靠近機體與空氣相交的地方,算的準不準,決定了飛機的阻力、升力。這個過程的計算量非常非常大,所以直接數(shù)值模擬很難,所以大家發(fā)展了像RANS,HYBRID RANS/LES,Wall-resolved LES等等的模型。我們在2012年,在國際上首先提出了變分法來解決難點問題,所以說這里面的理論和計算都非常復雜。原則上講,空氣動力學,流體力學核心問題就是湍流問題。
大家看一下我們中國C919的模擬和汽車涉水的模擬。從這個角度上來講,我們國家的工業(yè)軟件跟世界著名的軟件Ansys、達索、西門子可以比一比,流體力學軟件,比如我們廣東的“鑄魂”計劃,實際上都在做這些事情。我覺得,我國的工業(yè)軟件,5年可以跟國際比,10年可以跟國際頂級軟件同臺競技。我們歡迎鯤鵬的開發(fā)者們來跟我們合作,把我們的軟件放在鯤鵬的服務(wù)器上,試試看用一用它的庫。
我們現(xiàn)在做的比較多的,是嘗試把工業(yè)軟件和數(shù)字孿生結(jié)合起來。大家都知道,現(xiàn)在國家提倡數(shù)字經(jīng)濟,很多省今年的第一號文件就是講數(shù)字經(jīng)濟,講數(shù)字孿生。數(shù)字孿生有三大塊,數(shù)字采集,算法,軟件。第一代的數(shù)字孿生,把數(shù)據(jù)采集了之后輸入到屏幕并顯示出來,這種數(shù)字孿生缺乏預(yù)測能力。而真正對智慧城市,數(shù)字孿生有用的,是將數(shù)字經(jīng)濟與工業(yè)軟件的可預(yù)測性結(jié)合起來,這就需要AI+CAE。能用AI的就用AI,我們最近發(fā)現(xiàn),一些簡單的流體力學問題,利用AI解決可以節(jié)省10的3次方級的計算空間。所以我覺得下一個版本的數(shù)字經(jīng)濟應(yīng)該是AI和CAE的結(jié)合。比方說,福島海嘯來臨時,面對核輻射威脅的前提下,整個城市應(yīng)該怎么樣規(guī)劃疏散方案?這時,我們就可以通過深度學習和CAE的仿真馬上得出疏散方案。為了解決像這樣的緊急公共安全事件,數(shù)字孿生城市需要有預(yù)測性,也就需要AI+CAE。
關(guān)于仿真云平臺的應(yīng)用,我想講兩點,一是超算在其中的重要性,它提供了很強大的data storage能力;二是云平臺,云平臺是把工業(yè)軟件從ToB轉(zhuǎn)向ToC的鑰匙。像CAE這樣的工業(yè)軟件目前主要是ToB,我覺得隨著云平臺的發(fā)展,是完全可以加入ToC的。我們在這一方面也做了很多的嘗試,比如風資源評估。風場的建立,需要對整個地形,整個測量數(shù)據(jù)同化。這是我們真正講AI、同化數(shù)據(jù)和GIS加上CAE進行預(yù)測,對機感,對風場布置,包括我們現(xiàn)在計劃開展的海上風能項目,這可能是真正解決生態(tài)問題的核心。
最后強調(diào)一下我的這個想法,就是我們國家的數(shù)字經(jīng)濟,應(yīng)該是AI+數(shù)字孿生+CAE。我覺得這是工業(yè)軟件在傳統(tǒng)的工業(yè)制造領(lǐng)域以外,相當重要的一個新板塊——跟數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)據(jù)采集和AI在同一個體系下協(xié)調(diào)發(fā)展。發(fā)展自主工業(yè)仿真軟件道路很長,我們需要市場,需要人才。廣東非常的好,開放了工業(yè)軟件市場,已經(jīng)有很多企業(yè)也都參與進來。以前沒有西方對我們的技術(shù)壟斷,我們自己的工業(yè)軟件很難得到發(fā)展,所以我覺得現(xiàn)在對于發(fā)展自主品牌的工業(yè)軟件來說是天時地利人和。
我自己呢,在2020年卸任南科大校長后,出來整合創(chuàng)辦了一家公司叫十灃科技。在我以前當教授的時候,很可惜沒有對工業(yè)軟件給予足夠的關(guān)注,而當我真正出來了以后,關(guān)心應(yīng)用的時候,才發(fā)現(xiàn)工業(yè)軟件離我們的社會生產(chǎn)和運作最近,最密切,最重要。所以在過去的一年半之間,我們企業(yè)發(fā)展了200-300人,做各種工業(yè)軟件,現(xiàn)在已經(jīng)推出了13款相對成熟的工業(yè)軟件,有流體的,結(jié)構(gòu)材料的,電磁場的,傳熱傳質(zhì)的,光學、聲學的。我們在各大工業(yè)核心城市布局了我們的子公司,我們也跟北大清華、西工大、交大等等建立聯(lián)系。我們的想法就是把技術(shù)研究中好的東西放到軟件應(yīng)用中來。所以我們跟南科大很多教授在AI結(jié)合上開展了大量工作。
我特別喜歡華為的一句標語:Bring digital to every person, home and organization for a fully connected, intelligent world.我的理想是有一天把“digital”替換成“工業(yè)軟件”,謝謝各位!
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