在國家超級計算廣州中心(以下簡稱“超算中心”)四樓的小會議室，超算中心工程師張曦揮動激光筆，正在講解一艘載重量為40000噸的化學品運輸船船型的模擬計算結(jié)果。投影屏幕上顯示著化學品運輸船的3D模型，以及它在不同條件下的受力情況分析，包括壓力、速度的變化等。頁面切換，張曦還介紹了使用不同軟件對船型進行模擬計算的異同和優(yōu)劣。
這是廣船國際有限公司(以下簡稱“廣船國際”)交給超算中心計算的第一個船型，廣船國際副總工程師陳灝和他帶領的技術團隊在一旁觀看，時不時和張曦以及超算中心主任袁學鋒交換意見。
普通人關心的是“天河二號”亮眼的每秒運算速度，對于老牌船廠來說，每日面對國際船舶業(yè)的競爭，能夠縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、加快上市速度是企業(yè)在激烈競爭中獲勝的不二法門。
對于“天河二號”來說，這是它最擅長的事。目前，“天河二號”已為676位來自世界各地的客戶服務，其中有近1/3的客戶來自廣東。它正在成為珠三角產(chǎn)業(yè)升級的“發(fā)動機”和“倍增器”。 南方日報記者 黃祖健 陳思勤
1.“算”出性價比最高的船型
“天河二號”的“全數(shù)字設計與制造應用服務平臺”基于模擬仿真的數(shù)字化技術，可以有效預測產(chǎn)品在真實世界的性能，優(yōu)化產(chǎn)品設計制造，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，實現(xiàn)投資的最大價值
這艘載重量為40000噸的化學品運輸船全長為183米，寬度為31米，吃水9.5米，是今年廣船國際的主打產(chǎn)品之一。
陳灝告訴記者，船的經(jīng)濟性是最重要的指標，也是船廠的核心競爭力。生產(chǎn)一艘船，想在市場上賣得出去，經(jīng)濟性就一定要夠好。起碼要勝過韓國、日本的船廠。“一艘受市場歡迎的船舶，是通過船的水動力性能來體現(xiàn)。也就是說，要通過優(yōu)化船型設計，讓船舶載重量最高，而且在航行時，阻力更小，穩(wěn)定性更強，耗能更低，用得更久。”
廣船國際希望能夠通過超算模擬不同船型在水中的航行數(shù)據(jù)，獲取和對比各項參數(shù)，以確定最優(yōu)的船型進行生產(chǎn)。陳灝介紹，越靠近船體的空間范圍，模擬計算的精度要求越高。“船的運行并不是靜態(tài)的，就算外界環(huán)境靜止，螺旋槳周圍也會形成渦流，對船身也會造成影響。加上流動的水和空氣，運算量就更大了。”陳灝說。
廣船國際將船型的基本數(shù)據(jù)提交到超算中心之后，張曦運用自己的專業(yè)知識對船型進行重新建模，導入到系統(tǒng)中就可以開始運算了。他告訴記者，通過微調(diào)船型各項參數(shù)，計算其受力的變化情況，可以確定最優(yōu)方案。
在用超算模擬船型受力時，會將船身周圍的環(huán)境切分為單元網(wǎng)格來模擬，切分的網(wǎng)格越密集，運算量就越大。在聽取張曦講解時，陳灝提到，上百萬的網(wǎng)格就已經(jīng)讓普通電腦卡機了。
然而袁學鋒一句話就打消了陳灝的顧慮：“幾百萬不算什么，就算是上千萬都沒問題。這臺超算可是有幾萬萬億次每秒的計算能力!”“天河二號”的浮點運算速度為每秒33.86千萬億次，全球第一。
其實，廣船國際之前在上海和荷蘭都做過超算模擬。荷蘭的機構(gòu)專門從事船體優(yōu)化，有多年專業(yè)經(jīng)驗，算法成熟，但是其超算的性能并不算強。“和‘天河二號’相比，可能就像一個小孩子和拳擊手的對決。”陳灝說。
“如果是傳統(tǒng)的方法，就需要根據(jù)不同的船型來做不同的實驗，周期很長，成本也很高。用超算來模擬的話，一次可以模擬多種船型的受力情況，比如，10個船型只要1—2個小時就能得出結(jié)果了。”張曦說。
袁學鋒認為，目前世界上醞釀著第三次產(chǎn)業(yè)革命，其核心內(nèi)容就是如何把信息技術的大數(shù)據(jù)向制造業(yè)、實體經(jīng)濟輻射。所以如何利用大數(shù)據(jù)將信息技術轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，是超算中心在應用方面的核心內(nèi)容，這也是衡量一個國家創(chuàng)新型經(jīng)濟競爭能力的核心內(nèi)容。
據(jù)介紹，“天河二號”擁有六大服務平臺，其中一個是“裝備的全數(shù)字設計與制造應用服務平臺”。“該平臺基于模擬仿真的數(shù)字化技術可以有效預測產(chǎn)品在真實世界的性能，優(yōu)化產(chǎn)品設計制造，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，實現(xiàn)投資的最大價值。”袁學鋒表示。
2.“解”出船舶制造業(yè)的難題
一些環(huán)境影響要用計算機進行模擬，對于軟、硬件都有很高的要求。然而，普通計算機無法勝任的工作，超算的強悍性能可以保證任務完成
一般來說，船舶在獲得試航資格之前，工程師會對其進行1—2年的研究，進行設計優(yōu)化。優(yōu)化好了之后，要進行下水試驗以確定其性能合格。在試驗過程中，工程師還會不斷優(yōu)化船舶的制造工藝。
在這樣漫長繁復的生產(chǎn)制造過程中，造船行業(yè)有很多困擾。陳灝坦言，目前設計理論已經(jīng)很成熟，但是一般的計算設備性能不足，很多問題都解決不了。比如調(diào)整設計時出現(xiàn)的一些隨機現(xiàn)象，發(fā)生的詳細原因就很難解釋。“以前做試驗，發(fā)現(xiàn)螺旋槳轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，我們知道是船型有問題，但是具體問題產(chǎn)生在哪個位置，就不知道了”。
過去通過反復的試驗，技術人員能夠?qū)σ恍┈F(xiàn)象作出比較籠統(tǒng)的解答。但隨著市場對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，一點點瑕疵都會導致競爭上的失敗。
“以前技術水平低，保證船舶在靜水中能夠良好運行就夠了。但實際上，大海茫茫，無風三尺浪，在波浪沖擊的條件下船的運行狀況會如何，是一個很復雜的問題。”陳灝告訴記者，自然界中的波浪在試驗室里很難模擬，隨機性太強，很難通過試驗來完全驗證。
以極地運輸船為例，陳灝表示，輪船在前往極地的過程中并不是簡單地從水里過或者把冰破開。破冰的時候，冰由于形成的過程不同，物理屬性也不太一樣，對船體會有不同的影響。這些環(huán)境影響要用計算機進行模擬，對于軟、硬件都有很高的要求。然而，普通計算機無法勝任的工作，超算的強悍性能可以保證任務完成。
“廣船國際希望借助超算這樣的先進技術手段，從更小的細節(jié)上尋找問題，優(yōu)化每一個小的細節(jié)，來提升輪船的經(jīng)濟性。”陳灝透露。
袁學鋒透露，超算中心計劃通過廣船國際的案例，吸引上海交大、浙大等合作單位的技術人才，讓更多人一起使用超算平臺。在他看來，通過互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同設計和協(xié)同科研，能夠更好地發(fā)揮超算平臺的作用。
3.“轉(zhuǎn)”出市場先機
訂單多也有煩惱。要按傳統(tǒng)設計、生產(chǎn)方法，時間非常緊迫。但現(xiàn)在超算可以幫助加快設計試驗階段的進度，搶占時間，就是搶占市場先機
在剛剛過去的2015年，廣船國際與瑞典STENA公司簽署的3+2艘5萬噸化學品/成品油船后續(xù)建造合同生效，與TORM公司成功簽署4+4+2艘油船訂單、與南京油運公司簽署的2艘5萬噸選擇船合同生效……臨近年末，這一系列的訂單生效，為廣船國際的船舶經(jīng)營工作畫上了一個完美的句號。據(jù)統(tǒng)計，截至2015年12月9日，廣船國際手持民船及海工產(chǎn)品訂單66艘、約680萬載重噸，超額完成全年經(jīng)營任務。
陳灝告訴記者，去年很多船廠都因為訂單量不足而破產(chǎn)，還有很多船廠出現(xiàn)了訂單下滑的情況，但廣船國際仍能交出一份令人滿意的成績單。據(jù)了解，目前廣船手握訂單70多艘，其中油輪超過50艘，訂單已經(jīng)排到2018年上半年。
“訂單多也有煩惱。要按傳統(tǒng)設計、生產(chǎn)方法，時間非常緊迫。但現(xiàn)在超算可以幫助我們加快設計試驗階段的進度，搶占時間，就是搶占市場先機。”陳灝透露，聽說廣汽研究院在超級計算機的幫助下，某個原來需要兩至三年的新車型設計，縮短到5個月完成，并可模擬實現(xiàn)優(yōu)化設計、防撞性能測試等，大大節(jié)約了成本。
會議結(jié)束之后，張曦還要和廣船國際的工程師獲取更新的數(shù)據(jù)，修正計算結(jié)果。
雖然這只是雙方第一次正式的技術交流會，但其實在接到廣船國際這個項目后，張曦和廣船國際的工程師頻繁互動，隨時溝通工作進展。“可以說是大家一起算出來的一個船型。”廣船國際海工技術部研發(fā)室高級工程師汪建華告訴記者。
以“天河二號”的性能，同時計算10個船型，只需要1小時左右。但其實，或許還能更快。袁學鋒告訴記者，目前“天河二號”還處在建設期和研制階段，有一部分在提供服務，有一部分還在建設和調(diào)整。“‘天河二號’當前開發(fā)可用的資源有70%左右，未來還有無限的空間。”
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