Altair公司求解器：历史沿革与未来展望

带你深入了解Altair公司求解器的历史和未来

从左至右：技术邻创始人虞伦、Altair全球高级副总裁周明、Altair软件与企业解决方案技术总监赵阳

引言

受Altair公司的邀请，技术邻创始人虞伦参加了8月30-31日在青岛举行的“2018 Altair结构仿真与优化技术暨OptiStruct用户大会”，并有幸采访了Altair全球高级副总裁、负责结构求解器和优化技术研发的周明博士，和Altair软件与企业解决方案技术总监赵阳先生。周明博士1998年加入了Altair公司，是Altair拳头产品优化软件OptiStruct的最早期的核心开发人员，并且周明博士在国际优化学术界有很高的知名度，发表了众多优化方面的论文。

Altair全球高级副总裁周明博士

周明博士和赵阳先生非常健谈，对我来说这既是一次采访，又是一次学习和探讨，交流的内容很多，绝大部分都很有学习和参考价值，所以本稿件基本上保留了我们三人的对话，未做大量删减。虽然篇幅较长，但阅后相信大家对Altair求解器的发展历史、发展方向、产品策略、行业分析、行业未来趋势会有进一步的认识。

以下是周明博士、赵阳先生和我的采访对话内容整编。

以下是采访内容：

虞伦：

周博，赵总好，非常感谢接受技术邻的采访。众所周知，OptiStruct 是Altair公司的拳头产品，也是CAE业界最早商业化，至今为止最赋盛名的优化软件，所以第一个问题，能否先请周博为大家介绍一下OptiStruct软件的发展历史？

周明：

OptiStruct最早是从密西根大学的一个高校研究项目开始，当时两位密西根大学教授基于均匀化方法开发了这款优化设计软件，Altair公司对这款前瞻性的软件非常感兴趣，在90年代初的时候收购了这款软件，并进行了商业化，到现在OptiStruct已经有20年的开发历史了。在2000年左右我们进一步在OptiStruct中增加了制造工艺约束，支持最小尺寸、最大尺寸约束，支持铸造工艺，使得优化出来的结构有了实际的工艺可行性，这是一个较大的进步，后来又进一步支持了更多的制造工艺约束。同时OptiStruct支持了更多的响应，经过20年的发展，OptiStruct能够支持的响应分析已经很全了。Altair在优化软件的算法有很多是自己独创的，并且业界领先的。

虞伦：

现在很多CAE软件都有拓扑优化功能，Altair OptiStruct相比其他CAE软件的拓扑优化功能的主要优势在什么地方？

周明：

现在很多CAE厂商看到了Altair公司在优化领域的成功，都在开始研发拓扑优化。其实研发拓扑优化功能是很容易的，学术界也有开源的Matlab代码可以实现拓扑优化功能，但是想要做成一个真正满足工程设计和制造的优化软件是有相当难度的，因为要考虑不同的制造约束、不同的响应约束，而且要把所有功能都集成起来成为一个效率很高的应用很不容易。Altair OptiStruct相比其他拓扑优化软件的优势，最直接的一点，OptiStruct可以考虑真实的工程问题，而不只是适合概念设计，OptiStruct能够考虑很完善的制造约束和响应约束。第二点，OptiStruct经过20多年的发展，和各个行业的客户进行合作，积累了航空航天、汽车、电子等多个领域的产品优化经验，开发了完整的从概念设计到细节设计的优化设计功能，对多行业产品优化的经验积累和深入研究，是其他后来者所不具备的。所以到目前为止，OptiStruct在优化软件业界依然是领先的。

虞伦：

Altair这两年推出了面向工艺制造工艺的优化软件Click2系列，工艺模拟涉及的影响因素太多了，软件优化会很有难度，所以想请教周博，现阶段Click2的优化做到了什么程度？

周明：

这是一个很好的问题，Click2系列软件最早推出的是Click2Cast，是一个很成功的软件，算法很快，建模环境也很直观高效。Click2Cast不仅可以考虑拔模角度等工艺因素，也可以预测工艺缺陷，比如什么位置会出现缩孔，Click2Cast可以设置最大厚度限制等制造约束，来多次迭代对铸件结构进行拓扑优化，以达到避免工艺缺陷的目的。

目前Click2系列产品已全部整合到Altair solidThinking 平台，大家可以关注下，原 Click2Cast 更名为 Altair Inspire Cast，原 Click2Form 更名为 Altair Inspire Form，原 Click2Extrude Metal 更名为 Altair Inspire Extrude Metal，以此类推。

虞伦：

接下来这个问题是关于HyperStudy，这款多学科优化软件是一款很好的软件，但是似乎在中国应用的客户不是很多，能否请赵总介绍一些HyperStudy的定位以及发展情况？

赵阳：

其实HyperStudy在中国已经有不少用户了，我们技术支持部门经常遇到之前我们并没有培训过HyperStudy的用户他们在自己学习并使用HyperStudy，因为这个软件的学习很简单，很容易上手。

周明：

HyperStudy的定位是通用的多学科优化CAE仿真平台，可以把任意的问题加载在平台上，做试验设计、DOE、近似模型、多学科优化。市面上多学科优化软件很多，有几十款，HyperStudy的主要优势在于基于HyperWorks平台，因为HyperMesh对其他第三方求解器优秀的兼容性，所以HyperStudy可以很方便地连接其他求解器的模型和结果，对用户来说非常高效，很容易上手。

虞伦：

除了HyperWorks的显著优势—优化以外，HyperWorks的求解器相比于其他通用主流求解器的发展战略是什么？如何在竞争中建立优势？

周明：

第一点：我们的目标是为客户提供更多的选择，HyperWorks是一个开放的平台，支持ANSYS、ABAQUS等软件的模型，同时我们提供自己的求解器OptiStruct、OptiStruct的算法比较新，在某些计算上比其它求解器更快速，现在越来越多的客户已经从其他求解器转到了OptiStruct，比如法国的阿尔斯通，之前他们使用的另一款通用CAE软件求解器，现在已经全部改为使用OptiStruct。越来越多的用户希望减少使用的软件工具数量，这样更有利于提高使用效率。使用HyperMesh的用户，不需要转换模型就可以直接使用OptiStruct求解器，所以在同一个平台使用效率更高。另外工程师集中学习掌握少数几个CAE软件，也有利于CAE技能的提升。另一个很重要的原因是：客户最终的目的都是要利用CAE工具来优化产品的设计，HyperWorks既有强大的优化软件OptiStruct，其它的各个模块也都考虑了对优化的支持，使得客户用HyperWorks来做仿真和优化更高效。关于HyperWorks求解器的发展战略，我们的重点是大力发展非线性计算的能力。真实的工程问题都是非线性的，线性是一种简化的处理办法。目前OptiStruct的非线性求解能力已经非常出色，现在已经有很多大客户，比如德国的大众汽车，开始用OptiStruct求解非线性问题。我们相信在以后OptiStruct的非线性求解能力会越来越有竞争力。

虞伦：

总结一下周博的讲解，三个重点。第一：HyperWorks以强大的前处理工具为入口，为工程师提供可替代其它CAE求解器的各个功能模块，来获得更高的使用效率；第二：HyperWorks强大的优化求解功能，以及贯穿所有模块的对优化的支持接口，用HyperWorks做优化相比其他求解器功能更强大，效率更高。第三：HyperWorks求解器的发展策略的其中一个重点是发展非线性求解计算能力。这样来看，假以时日，会有更多的用户使用HyperWorks的求解器。

周明：

是的，我们对此非常乐观。

赵阳：

我个人感觉这几年我们的研发速度很快，我们国内的非线性用户也在快速积累，之前大家谈到非线性计算就会想到ABAQUS，这几年我们发现越来越多的客户主动来用HyperWorks计算非线性问题。

虞伦：

下一个问题是关于中国市场，请问赵总这几年Altair中国在各个行业的销量占比排名情况如何，哪个市场又是增长最快的？

赵阳：

我们在中国的市场，汽车行业还是最大的行业，占中国地区销量的50%左右，发展最快的是消费电子行业，另外航空航天行业市场占有率也比较大。

周明：

从全球来看，汽车行业的占比没有中国市场占比那么大，在国外汽车行业大概占比是1／3。

虞伦：

大家都知道Altair以著名的前处理软件HyperMesh起家，近几年无网格技术， 或者自动网格技术越来越成熟，有不少CAE软件以快速自动网格处理作为卖点切入市场，请问周博是如何看待这个现象，是否会对Altair的优势产生较大挑战?

周明：

首先HyperMesh自动划分网格的功能很强，也在往新一代的前处理工具发展。另外我们还有一个SimLab产品，有很强的网格划分过程自动化的功能，比如对汽车发动机的建模可以达到很高的自动化的程度。至于无网格算法其实几十年前就已经提出来，近几年又推出了一个IGA（Isogeometric Analysis）方法，IGA方法诞生也已经有20年左右了，但还没有很好地应用到商业软件，比如LS-DYNA就有这个功能，但是相关的应用实际非常少。这些方法虽然目标是Meshfree，但是最终都得有一个把连续体离散化的过程，所以真正的Meshfree是不存在的，总归是要做Mesh的，所以正确的发展思路是尽量把Mesh的过程更多地实现自动化，把工程师从繁琐的划分网格工作中解放出来。

虞伦：

那会不会因为网格自动化技术的成熟，各个竞争对手之间的差距变小了呢？

周明：

竞争差距变小对用户是好事，竞争让技术发展，某种角度上说竞争对手越多越好，比如越来越多的公司开始做拓扑优化，这说明我们在优化领域取得了很大的成功，只要我们能继续走在前面，我们就永远是领导位置。

赵阳：

有多个竞争者更有利于把市场做大，达到共赢的目的。

虞伦：

非常赞同两位的观点，无论对厂商还是用户，有竞争其实是好事。

虞伦：

solidThinking 作为一款面向设计师的优化设计软件，“傻瓜式”的拓扑优化功能对不会使用CAE 的设计师来说非常有价值，请问 solidThinking 都包含了 OptiStruct 的哪些优化功能? 以及 solidThinking 在优化功能增强方面的计划是什么?

周明：

这个问题非常好，solidThinking对用户来说，Mesh工作隐藏起来不可见的，这其实和Meshfree是一回事。 solidThinking最早是Focus在拓扑优化，后来我们发现solidThinking其实是一个很好的仿真的平台，现在solidThinking的分析功能越来越多了，包括多体动力学分析功能，并且Click2系列都已经纳入到solidThinking平台上，所以solidThinking是一个面向设计师的仿真和优化的平台。

虞伦：

那我是不是可以这样理解，以后会把更多的HyperWorks功能复制到solidThinking平台上，solidThinking会越来越强大，最终的仿真和优化能力和接近HyperWorks？

周明：

目前solidThinking和HyperWorks是有明显定位差异的两条产品线，但是将来两个产品会逐渐融合。下一代的HyperMesh会和solidThinking一样会基于Unity platform开发，用户界面和体验会越来越和solidThinking接近，几年以后HyperMesh的界面和Inspire的界面会基本上一致。所以到时候对使用solidThinking的设计师和对使用HyperWorks的CAE工程师来说，没有太多的用户体验差别。

虞伦：

这个策略非常棒，既能通过HyperWorks继续保持CAE优化和求解能力的领先优势，又能通过solidThinking在用户体验角度创新并领先，来获得设计工程师用户，最终实现“殊途同归”！如此看来solidThinking将会与有非常大的市场空间，那您觉得有没有可能几年以后solidThinking 的销量会超过 HyperWorks？

周明：

这是我们希望的发展方向和结果，我估计在5年之内solidThinking的增长会比HyperWorks快，有可能在10年以后solidThinking 的销量会超过 HyperWorks。

虞伦：

非常期待solidThinking的未来～ 那么请问赵总在中国市场solidThinking主要在哪些行业的应用较多？

赵阳：

在中国solidThinking应用较多的一个领域是3D打印，solidThinking能够实现产品造型、结构优化、工艺支撑等整个3D打印的设计和制造过程。对3D打印来说一个非常有用的功能是PolyNurbs曲面建模功能，能够在拓扑优化生成的非规则表面模型的基础上，快速地建立光滑曲面。之前在可能在CATIA里花一周时间建出来的曲面，在solidThinking中几个小时就能建出来。在今年将发布的新版本中还会支持对3D打印工艺支撑件的设计。solidThinking除了在3D打印领域有很好的应用以外，对中小企业用户来说，solidThinking也是一个很好的选择，小企业的设计师能够使用solidThinking来快速设计和优化产品，并且solidThinking的有限元分析功能也能够满足小企业的结构强度等分析要求，非常高效又经济。

虞伦：

最后一个问题，请问周博您是怎么看待AI和CAE软件结合的趋势性问题? 能否给我们描绘一下未来 CAE 发展可能的令人激动的应用场景?

周明：

其实我们CAE的优化本身就是一种AI，现在AI中用的某些技术，优化早就在用了，比如生成近似模型。现在大家谈论的AI大都是指广义的AI，我觉得现在去谈广义的AI没有太大意义，广义的AI可能要到50年以后去谈。我们应该要定义一个具体问题，然后用AI去解决这个问题，这是现阶段AI的水平。比如Alpha Go只是针对于围棋的AI，但并不代表现在AI已经全面超过了人。对CAE来说，AI可以做的工作还有很多，比如网格自动化技术，可以进一步加入自学习的功能，AI的其中一个明显特征就是自学习，这个我觉得以后是可以实现的。现在流行的Digital Twin（数字孪生）概念，把仿真模型在整个产品的设计和运行过程中进行保留，把实际产品在运营过程的数据反馈到仿真，如果在这里再加上自学习的功能，想象空间就会非常大。

虞伦：

没错，相比其他输出代码指令的AI应用场景，比如Alpha Go，自动驾驶，CAE的AI应用的一个很显著的区别是CAE是能够自动生成三维几何模型的，不只是生成指令代码，这意味着以后AI和CAE的结合，说有可能可以智能地设计三维物理世界的，所以从这个角度来说，CAE行业不是一个小行业，而是一个非常有广阔发展空间的行业。

周明&赵阳：

对，CAD相当于把几何三维数字化，只是描述设计，但不真正创造价值，真正创造价值的是工程，CAE是计算机辅助工程，工程的范畴要比造型的范畴深奥很多，以工程为主导的PLM应该代表未来，这个行业在产生越来越多的并购，工业软件越来越系统化，整合设计、仿真、优化、工艺、控制所有的设计和制造环节，AI在这个工业软件系统中将有越来越多的机会扮演重要的角色。

虞伦：

非常感谢周博和赵总接受技术邻的采访，通过访谈，让我对Altair公司的发展和对CAE行业的前景越来越有信心，越来越期待！

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删