新興高性能計(jì)算行業(yè)應(yīng)用及發(fā)展戰(zhàn)略
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高性能工業(yè)計(jì)算推動制造向智造邁進(jìn)
計(jì)算機(jī)仿真用于模擬現(xiàn)實(shí)，并且用于探索新的理論，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)，以及測試新的理論。當(dāng)現(xiàn)象無法觀測，測量不切實(shí)際或者過于昂貴的時候，仿真為實(shí)驗(yàn)和觀測科學(xué)提供了另一種選擇。30?年來，仿真理論和技術(shù)對工程領(lǐng)域才產(chǎn)生了巨大的影響，計(jì)算仿真替代了大部分的物理實(shí)驗(yàn)，而且有一些無法做實(shí)驗(yàn)的極端工況可用計(jì)算機(jī)來仿真。計(jì)算機(jī)仿真的水平是衡量工業(yè)企業(yè)競爭力的主要標(biāo)志之一，計(jì)算機(jī)仿真是成就未來工程和科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵。
國際上著名的制造業(yè)大公司已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的虛擬化設(shè)計(jì)和制造，并實(shí)現(xiàn)了全球資源共享。美國波音公司從?20?世紀(jì)?80?年代起，在飛機(jī)設(shè)計(jì)中利用計(jì)算機(jī)仿真替代了大量的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)和樣機(jī)驗(yàn)證過程?，F(xiàn)在物理實(shí)驗(yàn)反而成為驗(yàn)證和輔助手段（圖?1），飛機(jī)的設(shè)計(jì)周期大大縮短，研發(fā)費(fèi)用大幅度下降。從飛機(jī)布局研究、關(guān)鍵氣動部件設(shè)計(jì)、發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)到飛機(jī)性能分析，都廣泛應(yīng)用到了計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)。飛機(jī)全機(jī)計(jì)算中，采用工程湍流模式的全機(jī)網(wǎng)格規(guī)模早就突破千萬量級。
圖 1 新興高性能計(jì)算行業(yè)應(yīng)用及發(fā)展戰(zhàn)略
汽車工業(yè)中，以計(jì)算機(jī)仿真為核心的數(shù)字化開發(fā)是重要的技術(shù)突破，也被認(rèn)為是繼福特流水線生產(chǎn)、豐田精益生產(chǎn)之后，汽車工業(yè)具有革命性意義的重大技術(shù)進(jìn)步。以汽車安全性研究為例來看，早期的汽車耐撞性研究主要采用實(shí)驗(yàn)手段來進(jìn)行，車對障礙物的撞擊試驗(yàn)是評價一輛汽車抗撞強(qiáng)度的唯一方法。制造商為了評價某種車型零部件更改的效果并證明最終產(chǎn)品符合各項(xiàng)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)，需要投入數(shù)百萬美元的費(fèi)用進(jìn)行數(shù)百次試驗(yàn)，這是一種很昂貴的試錯過程。從零部件直至整車裝配級別的研發(fā)設(shè)計(jì)階段都有大量計(jì)算分析，涉及剛度、強(qiáng)度、噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）、機(jī)構(gòu)運(yùn)動、碰撞模擬、板件沖壓、疲勞和空氣動力學(xué)分析等方面，計(jì)算機(jī)仿真發(fā)揮著無可替代的優(yōu)勢和作用，從而大幅度提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，節(jié)省大量開發(fā)費(fèi)用。
上海汽車公司在十多年來“榮威”系列車型開發(fā)過程中，均借助了超級計(jì)算平臺完成了大量虛擬安全碰撞試驗(yàn)計(jì)算工作，使虛擬碰撞試驗(yàn)數(shù)量、分析精度、精細(xì)程度和設(shè)計(jì)周期等都接近全球一流汽車研發(fā)水平。