作者：王高峰 林雪萍 时间：2021-10-19
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的设计优化工具领域，是最近二十多年才得以发展起来。它代表了一种全新的设计仿真一体化的理念，使得设计的迭代大大加速。而最新人工智能的算法，则使得这一进程，进一步被加速。
江湖鸣清雏
1996年，一个华人软件工程师从通用电气的研究中心辞职出来，跟合伙人创立了Engineous Software公司，发布了软件iSight。他在GE软件开发，具有的条件接触这些新技术。GE在10%硬性淘汰的机制下，使得一帮子聪明人尝试各种新方法，以证明自己的价值。但这位华人可能没有想到这个公司在短短时间内就成为业界的。在这之前的优化工具面临很多工程实际的挑战，而他将当时的响应面模型方法和试验设计方法写到了软件里。这些方法摆脱了传统优化对数学方程式的依赖，适合于面向仿真的设计。
尽管iSight也难以脱离原来软件工具的窠臼，比如要求用户是优化专家，很多新的方法其实存在理论上的缺陷等，但对于当时几乎没有工程上可用的优化软件的制造业，已经是一个突破。
凭借良好的商业运作和通用电气的背景，很快iSight得到了CAE仿真应用水平最高的汽车与航空巨头公司的青睐，在公司成立之初四年时间，公司增长了20多倍。
在实际应用中，iSight也意识到优化建立于仿真过程的集成，于是在2003年推出FIPER集成环境，使得各种不同的CAE仿真工具可以自动交换数据，便于实现由优化来驱动设计和分析的一体化，这让iSight如虎添翼，继续迅速发展。
然而2008年金融风暴来袭，CAD/CAE大鳄法国的达索，在2009年以四千万美元的低价将Engineous公司全部收购，将iSight改成Isight，纳入到Simula仿真的家族中。自此再也鲜有Isight的消息和发展，一颗新星悄然退于幕后。
波音自研软件的锋芒外露
波音公司非常擅长开发自研软件，最早的一批研究基于响应面模型优化算法的就有波音的工程师。在航空航天领域，优化的需求非常强烈。这是因为它代表着一个的技术和最高军事力量。而航空航天领域的问题复杂，涉及多学科，需要诸多仿真过程互相调用。比如说给定机翼形状，需要流体动力学仿真计算机翼的受力；反过来动力模型仿真机翼在受力情况下形状改变，改变了的形状作为输入又要导回到流体动力学仿真，直到收敛。在过去的30年，有证据显示在NASA，波音，DARPA（国防研究项目管理总署）投资巨大来发展优化设计技术。在新型飞行器的总体设计，以及重要部件设计上，优化设计技术得到普遍和广泛的应用。波音公司在2004年通过技术授权，将与飞机无关的算法部分的通用优化器DesignExplorer，对外提供给另外一家以仿真集成为主业的Phoenix Integration公司。尽管这款优化器功能与Isight，不相上下。但在iSight的光芒掩盖之下，新东家一直无法翻身，直到iSight被收购之后才重燃生机，在航空航天、海军等市场上表现活跃，回到几十人的规模。
之外的阵地
在欧洲战场上，在欧盟的主导之下，英国宇航局，英国国防评估与研究局，德国奔驰航空公司，以及意大利、挪威等几十家企业和大学就设计优化主题成立了名为“前沿”(Frontier)的研究专项。一番调研以后觉得这是一个有价值的方向，而且人已经有了Engineous， Phoenix Integration, 还有老牌的优化公司比如VR&D。研究项目一结束，就由意大利的几个教授牵头在1999年成立了Esteco公司，推出了modeFrontier的软件，其中Frontier就取自研究项目“前沿”的名字。这款优化软件直接跟iSight和modelCenter竞争，主攻航天和汽车等制造业。这几个教授没有一个是优化算法专家，尽管软件在集成上表现不俗，优化器用的则是网上一些通用的算法。但是众人拾柴火焰高，当初参加项目的大企业们都承诺使用欧盟自己的软件，modeFrontier很快在欧盟这个圈子被广泛应用。用户的使用反馈，是软件发展最好的乳汁。通过用户的加速迭代，这款名不见经传的软件发展很快。但想进入北美和亚太市场，却遇到了很大的阻力。毕竟算法并不给力，似乎具有欧洲“口音”，无法真正走向化。
欧洲还有一个以战斗和数学闻名的俄国，他们也有一款优化软件， 2010年成立DATADVANCE，2012年推出产品pSeven。不过用户数量不多，可能仅局限于欧洲的客户。
2014年一直活跃在设计优化领域的华人，依托位于温哥华的在加拿大综合性大学里蝉联冠军的西蒙弗雷泽大学，创建了恩峰Empower Operations，并推出了基于人工智能和机器学习的软件OASIS。这款智能优化软件，算法上优势明显，在通用汽车、世界知名手机A公司、福特汽车以及航空、新能源等领域得到广泛的应用。
并购者的乐园
实际上，欧洲的modefrontier软件面临着另外一款全新的欧洲软件的阻击，那就是Noesis 公司的Optimus软件，这是老牌比利时公司LMS在2003年成立的公司所开发的软件。跟modeFrontier比较起来，Optimus软件技术并无之处，但对外开放性很好。而在东方的日本，有一家以代理发家的CAE公司Cybernet，在汽车行业深耕多年积累了大量的客户。2010年Cybernet以500万欧元收购了这家比利时的软件。
在制造强国德国也有一个有意思的叫做Dynardo公司，2002年发布了一款OptiSLang软件。虽然并无骄人的算法，但主推鲁棒设计和可靠性设计，依然受到广泛欢迎。它先是通过仿真巨头ANSYS的渠道进入市场，并在去年被ANSYS以3千万欧元收入门下。
在的本部，另有一个公司RedCedar引人注目。根植于毗邻的密西根州立大学，是大名鼎鼎的遗传算法的发源地。2004年公司推出HEEDS，其主要算法也是以遗传算法为基础。2013年被流体分析软件CD-Adapco公司收购，而CD-Adapco也在2016年被西门子以9亿7千万美元收购。西门子是嗅到了市场对优化的需要，在接下来的西门子年会上第一次有了关于优化设计的分会场。
小有意思的是德国的西门子买了的RedCedar，而的ANSYS买的德国的Dynardo。
如果重新看一下这些优化软件，会发现，并购方往往不是来自单一的CAD和CAE的厂家。因为设计优化软件，正好介于CAD和CAE之间。达索和西门子都是有能力构建整个数字设计平台和环境的巨头。ANSYS作为CAE销量第一，年销售额15亿美金的公司，最近这些年忙着买了众多CAE仿真软件，全部集成在Workbench平台之上。通过优化软件，可以方便地与这些CAE软件集成。Cybernet虽然跟前几个比起来，体量不在一个量级，但近几年也收购了多款分析和仿真软件，目标是要实现设计和仿真的一体化。
图1 优化设计软件的江湖
小记
未来的产品和流程设计，将是设计和仿真的一体化。同一个平台，同一个工作间，通过优化技术，尤其是智能优化技术，将CAD与CAE联结起来，实现自动学习和设计的迭代。以前两个星期才能迭代一次设计，通过这样的集成，在两个星期内将有可能实现几千次的智能迭代和，并且还无需人工参与。
传统分离的CAD设计与CAE仿真，正在越来越紧密地联系在一起，数据正在加速进行迭代，而整个制造的进程，则会呈现一个全新不同的面貌。
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作者简介
王高峰：加拿大西蒙弗雷泽大学终身教授，恩峰智能科技联合创始人兼总裁，机械工程师学会会士（ASME Fellow），微信号wanggary1995
林雪萍：南山工业书院发起人，北京联讯动力咨询公司总经理，微博@南山林雪萍
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