工程设计与仿真科学

时间： 2025年12月5日 星期五 下午8:21 (亚洲/上海时间)

地点： 纽约伊萨卡（康奈尔大学所在地）

主持人 (Nicholas Phillips):

大家下午好！欢迎来到纽约伊萨卡，康奈尔大学的所在地。我是 Nicholas Phillips，非常高兴大家今天能加入我们。今天的主题是关于将工程设计与仿真科学相结合。

对于非工程师，甚至是那些刚刚开始职业生涯、即使数学不太好也需要学习核心理念的人来说，仿真的普及化将使设计工程师和其他非专业人士能够在设计周期的早期释放仿真的力量，从而带来更好的产品。

请和我一起欢迎 Rajesh Bhaskaran，康奈尔大学工程学院斯旺森工程仿真主任。他也是使用 ANSYS 进行有限元分析和流体动力学仿真证书课程的作者，相关链接可以在聊天区找到。

在我们开始之前，我想提醒大家，我们会回答大家的问题，请随时在聊天区提问。另外，我们也会在聊天区分享一些有用的资源，请留意。

Rajesh，非常感谢您今天来到演播室，我们非常感激。

我想从我们之前聊天时您提到的一个点开始。您提到工程师和一些工科学生如何在概念上理解一个项目（比如建造桥梁或风力涡轮机），但不理解它在现实世界或实际仿真中是如何工作的？

Rajesh Bhaskaran:

谢谢 Nick 的提问。本质上，仿真是使用计算机和软件来解决我们早就知道的数学模型。只是在过去几十年里，我们才有了近似求解这些数学模型的技术。

你可能有一个桥梁或汽车零件的 CAD 设计，如果你想知道它的表现，比如是否会断裂，或者你需要建造什么样的安全系数，你就必须从科学角度理解那个数学模型是如何建立的，以及如何使用我们拥有的工具来求解它。

正如你提到的，你需要在概念层面理解科学，而不是陷入细节，因为我们有像 ANSYS 这样惊人的工具（我们在教学中使用它，但你可以使用任何类似的工具）来为你处理详细的数学细节。我觉得这非常解放，因为理解科学本身很令人兴奋，你会发现你可以应用科学来解决所有这些令人兴奋的问题。你可以很快地从理解科学过渡到解决令人兴奋的应用问题，其中一些我也将在 ANSYS 的证书课程中展示。

主持人:

我们如何弥合这种差距，利用科学来帮助我们影响我们正在寻找的结果？例如，风力涡轮机叶片或压力容器能承受多大的力？

Rajesh Bhaskaran:

这也是工程师使用仿真的主要目的之一。稍后我会展示一些例子。假设你有一个风力涡轮机叶片的 CAD 模型，你把它放入仿真软件中求解数学模型，你会得到位移和应力（这里我们用了一些工程术语）。然后你可以做一个屈曲分析，比如根据仿真结果，这个叶片将在哪里发生屈曲，以及在什么载荷下发生屈曲。如果这个载荷太低，你就可能需要在仿真告诉你会发生屈曲的特定位置加固结构。

主持人:

我想到了您刚才提到的风力涡轮机屈曲的例子，这些程序有多强大？

Rajesh Bhaskaran:

这是一个好问题。当我还在读研究生的时候（那是很久以前了，尽管我十几岁的女儿觉得那是一百万年前的事），你需要价值数万美元的专用工作站来运行即使是很简单的仿真。而现在，你可以在像这台普通笔记本电脑上做基本的分析。

但是，当你处理更复杂的问题时，你就需要复杂的集群。例如，方程式赛车团队使用仿真来调整他们的设计，这种情况下模型非常详细，你真的需要拥有数百个核心的强大超级计算机来运行这些仿真。所以，学习和做基本的仿真可以在任何现在的电脑上完成，但如果你想深入研究更详细的内容，那就需要那样强大的超级计算机了。

主持人:

听到赛车团队时，我知道我的现场导演肯定竖起了耳朵，他是个超级赛车迷。据我了解，您有一些使用 ANSYS 进行流体动力学分析以及有限元分析的应用案例。我想从头开始，您用哪四五个例子来帮助我们理解仿真的力量？我知道您有一些幻灯片想分享。

Rajesh Bhaskaran:

好的。

• 例子1：压力容器 这是一个压力容器的例子，这些例子是在 ANSYS 的帮助下开发的，并且与许多不同的公司合作，所以它们都具有行业相关性。这里有一个压力容器，底部固定，附有一个喷嘴，实际上还有一个阀门系统，我们不显式建模，但我们可以模拟它的效果（我在证书课程中展示了这一点）。我们简化了 CAD 模型，这也是我对学生的一个重要建议：对于仿真，你只需要保留可能影响物理特性的主要特征。然后你求解数学模型（这里基于 3D 弹性力学），得到应力分布。这告诉你最大应力出现在哪里，这通常意味着喷嘴连接到压力容器主体的地方可能会失效。你还可以扩展这个分析，包括由于地震等原因产生的冲击载荷的影响。这个例子来自我的有限元分析证书课程中的弹性应用课程。

• 例子2：风力涡轮机叶片 这是前面提到的风力涡轮机叶片。这是一个薄壁结构，使用壳理论建模（这在我有限元证书课程的第四门课“梁和壳应用”中会深入讲解）。同样，我们简化了几何形状，只保留蒙皮和两根翼梁。然后你在 ANSYS 中做屈曲分析，首先是静态结构分析，然后是特征值屈曲分析。仿真会告诉我叶片可能在这个区域发生屈曲，以及发生屈曲时的载荷。如果载荷过低，我可能需要把那个区域的蒙皮做得厚一点来防止屈曲。

• 例子3：涡轮盘 这是康奈尔大学和 ANSYS 合作的一个例子，是一个燃气轮机中的涡轮盘。几何形状再次被简化，通常会有钻孔等，但在分析中我们忽略了这些不重要的细节。它以 12,000 RPM 旋转，所以振动分析，特别是可能引起共振的固有频率非常重要。这里的技巧是可以利用周期性只建模一个叶片，然后使用周期性边界条件（这在振动应用课程中展示）。通过这种方式，模型运行得非常快，你可以得到振动模态和固有频率。即使只建模了一个叶片，你也可以得到行波，并通过相移模拟出平面外的振动。

• 例子4：3D 湍流流过车身 (Ahmed Body) 这是流体动力学的一个例子。这是一个 3D 湍流流过车身的仿真，称为 Ahmed 车身。我选择这个是因为有大量的实验数据可以验证仿真结果。颜色显示了车身上的压力，箭头显示了流动的方向。这是流体动力学仿真证书课程中的一部分。数学模型实际上非常复杂（3D 湍流），但我们可以从概念上理解它。在康奈尔大学的课程中，学生们利用这些知识进行设计项目，设计电动汽车的外形以最小化空气动力阻力。

• 例子5：飞机上的可压缩流 这是来自流体动力学证书课程中可压缩流课程的例子。这是模拟飞机上的高速流动，使用的是 DLR F4 模型，同样有实验数据可供验证。模型简化为机身和机翼。自由流马赫数约为 0.8，所以在机翼上方流动会变成超音速。这是一个非常具有挑战性的问题，流动域的部分区域既有亚音速也有超音速。我们讲解了如何将 3D 湍流模型扩展到考虑密度变化的可压缩流。整个理念是逐步增加模型的复杂性，这符合人类的学习方式。

主持人:

关于教学和这些程序的强大功能，随着这些程序的实施，多年来教学方式发生了怎样的变化？学生在进行这些仿真之前需要了解背后的数学知识吗？

Rajesh Bhaskaran:

这是一个很好的问题。我在康奈尔大学教工程仿真已经 23 年了。你需要软件技能，知道如何生成 CAD，如何将其放入 ANSYS 这样的仿真软件中。你需要知道如何使用软件，这是比较容易的部分。但你也需要对潜在的科学有深刻的概念性理解。

这就是我多年来意识到的，如果数学不是你的强项，那也没关系，因为你需要理解科学背后的核心理念 (Big Ideas)。我喜欢引用爱因斯坦的一句话：“我想知道上帝的思想，其余的都是细节。”在仿真的背景下，我会改写为：“我们想知道核心理念，其余的细节由软件处理。”

这并不是我们通常的教学方式，因为我们通常针对非常简单的问题教授大量的细节，而不教授与软件操作的联系。所以我提炼出了核心理念，向你展示概念层面的科学理解，以及当你通过例子工作时如何将这些核心理念联系起来。这就是结合设计艺术与仿真科学，从而真正释放仿真的力量。

为了扩展这个想法，人们通常称复杂的仿真工具为“黑盒子”。我有一个“黑盒子里面是什么”的框架。这个框架来自我与许多不同课程的合作。我发现我们在不同的课程中使用相同的工具，却讲述不同的故事。一定有一种方法可以统一地构建仿真框架。

通常，软件就是一个黑盒子：你给它输入（几何、网格、边界条件等），转动曲柄，然后得到彩色图片和其他结果。如果你不知道黑盒子里是什么，这就成了所谓的“垃圾进，垃圾出 (Garbage In, Garbage Out)”。

要超越“垃圾进，垃圾出”，你需要意识到软件不是在解决物理问题（比如压力容器），而是在解决基于某些物理原理和假设建立的该物理问题的数学模型。

所以，你需要知道的最基本的事情是：

1. 数学模型是什么？ 用于建立该数学模型的物理原理和假设是什么？

2. 求解过程。 软件隐藏了很多数学细节，它为你提供了一个近似的数值解，也就是选定点上的主要未知数。

作为用户，你需要区分数学模型和它的求解方式。这是学生中最常见的误解之一。你也需要能够做一些手工计算（back of the envelope calculations）来验证结果。

为什么这种联系对学生来说很难？一是因为数学可能非常复杂，二是因为我们的教学方式。我认为仿真在学习领域是一项颠覆性技术，因为它自动化了很多数学运算。你需要知道核心理念，但这并不是我们传统的教学方式。

所以我的方法有点不同，我完全拥抱仿真。你可以把它看作是一个超级高级的计算器。你需要知道加减乘除的概念，但如果要除两个大数，你就用计算器，然后通过估算来检查结果是否合理。

主持人:

是不是有一个学生特别喜欢练习的仿真，比如汽车碰撞的例子？

Rajesh Bhaskaran:

动力学方面，汽车碰撞确实很受欢迎。在我们的有限元课程中，学生必须选择问题。土木工程学生选桥梁，机械工程学生选汽车相关（他们喜欢动力学），而我们在课堂上主要教静力学，所以这对他们来说是一个很大的跳跃。在流体方面，流过汽车的仿真很受欢迎，飞机也是，这取决于学生正在研究什么。

主持人:

我们收到了 Albert 的一个很好的问题：对于那些对有限元分析一无所知的经理，如何最好地说服他们在设计过程中使用它能节省时间、金钱并提高准确性？

Rajesh Bhaskaran:

这是一个好问题。虽然我一直在学术界，但我经常和在现实世界中做这件事的 ANSYS 工程师交流。对于他们来说，理由很清楚，这也取决于你的具体应用。

你可以向 ANSYS 市场团队咨询，他们可以帮助你针对具体应用说明优势。如果要说一个更通用的理由，你可以举我之前展示的例子，比如风力涡轮机叶片或汽车仿真，展示你可以从中得到什么，以及它如何帮助产品开发。

例如，汽车碰撞仿真是工业界有限元分析的主要应用之一。汽车行业使用像 LS-DYNA 这样的工具来做这件事。通过计算机进行碰撞模拟可以获得巨大的竞争优势，并最大限度地减少所需的物理测试数量。

我的职位资助人 John Swanson 博士曾讲过一个故事，他在福特公司与工程师谈论碰撞仿真。他说，现在如果测试和仿真不匹配，我们会先检查测试。而在过去通常是反过来的，人们常说“除了做仿真的人，没人相信仿真；除了做测试的人，每个人都相信测试”。但现在他们已经对仿真建立了足够的信心，愿意以此为准。

主持人:

回到您刚才讲的框架，使用这个框架的一个好处是验证和确认 (Verification and Validation)，这是建立对结果信心的过程。

Rajesh Bhaskaran:

是的，验证和确认是两个不同的概念，虽然人们经常互换使用。

• 验证 (Verification): 我是否正确求解了模型？也就是检查数值误差是否在可接受范围内。

• 确认 (Validation): 我选择的数学模型是否合理地代表了物理问题？这是更难回答的，需要实验数据。

主持人:

您能简要谈谈有限元分析的概念基础吗？

Rajesh Bhaskaran:

当然。例如，通过一个简单的 1D 杆拉伸的例子，我们可以得出很多核心理念。

1. 数学模型： 它是一个边值问题，包括定义在域内的控制方程和定义在边界上的边界条件。物理原理是牛顿第二定律，应用于一个无限小的单元。

2. 假设： 在推导过程中必须做出假设（例如 1D 假设）。这些假设在更复杂的 3D 问题（如压力容器）中同样适用。

3. 离散化和插值： 有限元方法不是建立数学模型的方法，而是求解它的方法。我们将问题简化为确定选定点（节点）上的值，然后通过插值得到其他位置的值。这会将微分方程转化为代数方程组，计算机可以轻松求解。

通过这个简单的例子，你可以理解离散化误差、应力在单元间的不连续性等概念。

对于 3D 问题，数学看起来很吓人，但策略是利用类比。如果你深刻理解了 1D 的概念，你可以通过类比来理解复杂的 3D 概念。细节由软件处理，你需要掌握的是整体策略。

主持人:

Robert 提了一个问题：他正在做关于汽车空气动力学稳定性表现的数值分析论文，有什么好的、经济有效的物理方法来验证这些研究？

Rajesh Bhaskaran:

谢谢 Robert 的提问。这里有两个方面：

1. 验证 (Verification): 检查边界条件是否正确，检查质量不平衡等基本检查，以及数值误差。确保你正确求解了数学模型。

2. 确认 (Validation): 你需要实验数据。试着在文献中寻找类似的问题，也许是更简化的模型。例如，在做真车之前先做 Ahmed 车身模型，因为文献中有大量实验数据可以对比。多咨询导师和资深工程师，利用在线讨论区。

主持人:

最后，您希望观众在离开时记住的一件事是什么？

Rajesh Bhaskaran:

如果数学不是你的强项，不要被吓倒。

你需要改变学习方式。你需要理解数学模型背后的核心理念和数值求解策略。这些通常可以通过非常简单的例子来理解，然后在软件中应用这些理念。利用 YouTube 视频来学习软件操作，但一定要花时间去真正理解支撑仿真的科学背后的核心理念。

主持人:

好的，Rajesh，非常感谢您的分享。也感谢观众们的提问。祝大家下午愉快，我们在下一个主题演讲见。

n5321 | 2025年12月5日 20:24

播客：ANSYS 万象 (All Things ANSYS)

Eric Miller (主持人): 这里是《ANSYS 万象》，一档由 PADT 技术支持团队制作的播客。第 35 期是一期非常特别的节目，我们将采访 John Swanson 博士——ANSYS 程序的作者，以及如今 ANSYS 公司的创始人。

大家好，我是 Eric Miller。欢迎收听这期特别版的《ANSYS 万象》。正如开头提到的，我们将与 John Swanson 博士进行对话。我们把整期节目的时间都留给了这次采访，所以不会像往常那样插播无聊的广告、博客更新或新闻之类的东西。那些内容我们留到下期再说，今天我们将完全聚焦于 Swanson 博士和他的分享。

先做一个简短的介绍。我在采访时紧张得舌头都打结了，忘了做正式介绍，所以现在补一下。我们大多数人都知道他是 Swanson Analysis Systems（斯旺森分析系统公司）的创始人，公司成立于 1970 年。那是最初编写和发布 ANSYS 程序的公司，所以 ANSYS 是软件的名字，而 Swanson Analysis Systems 是公司的名字。当公司上市后，他们更名为 ANSYS Inc。

他最初是在家里编写了 ANSYS 程序，他在采访中会详细讲述这个起源故事。离开 ANSYS 后，他投身于慈善事业和替代能源领域，且常将两者结合。许多年轻的听众可能已经从他在教育领域，特别是在宾夕法尼亚州学校的慈善工作中受益。他被公认为将有限元方法应用于工程领域的权威和先驱，这也实至名归。

好了，我们开始吧。就像我说的，我刚才的介绍有点搞砸了，甚至忘了提到 Ted Harris，我们的技术支持经理，本播客的老听众应该认识他。他也和我一起提问，我们是在 4 月 4 日通过 Skype 进行录制的。希望大家能像我和 Ted 一样享受这次谈话。这真的是一份荣幸和快乐。

Eric Miller: John Swanson 博士，非常感谢您今天参加我们的播客。这对我很重要，负责我们技术支持团队的 Ted Harris 也加入了。我们昨天刚讨论过，我们作为 ANSYS 用户已经有 30 多年了。在 ANSYS 使用年限上，您是世界上唯一一个我们要甘拜下风的人。

我想先感谢您。我们的职业生涯、PADT 这家公司的存在，都归功于您当初创立公司时的创举。所以感谢您的加入，并感谢您所做的一切。

Dr. John Swanson: 好的，我们看看聊得怎么样吧。

Eric Miller: 很好。我想从头开始聊起。外界有很多关于 ANSYS 起源的传闻和不同版本的故事，我们很想听听当事人的亲身讲述。您是如何想到要做一个通用有限元分析（FEA）软件的？您也是这样开始的吗？

Dr. John Swanson: 这是一个很好的问题。我确实知道答案。

我当时在西屋电气（Westinghouse）工作，参与核火箭项目。我是结构设计主管，当时在做很多仿真工作，但那时还没被称为“仿真”。我用台式计算器做数值积分之类的计算。后来他们邀请我学习计算机语言，我觉得听起来很有趣，所以我就报名了 Fortran（原文误作 Portran）课程。

在把“Write”（写入）这个词拼错了几次之后，我终于拼对了（R-I-G-H-T），并从那里起步。我使用了几个从外部获取的程序，一个来自巴特尔研究所（Battelle，原文误作 Mattel），那是做点配置法（point collocation）的。我做了一个简单的弹簧模型，看起来有点像有限元。

NASA 的赞助人说：“嘿，这看起来像 Ed Wilson 在伯克利（Berkeley，原文误作 Merkley）做的东西。你为什么不去和 Ed Wilson 谈谈？”当时我在做一个简单的应力集中问题。我得到了一些看似合理的结果，但这离真正的有限元还有很长的路要走，那是一个轴对称问题。

无论如何，我去了那里，拿到了那个程序并进行了修改，变成了 RML2 和其他两个东西，最终变成了一个叫 FEATS（有限元分析、温度和应力）的程序。它通过 Cosmic 分发，那是政府的分发中心。我知道贝蒂斯实验室（Bettis Labs）用过它，因为我去那里给他们讲过课。

然后我开始涉足其他类型的结构，如平面、壳体、实体等，并为这些结构开发了程序。但我开始意识到我有 90% 的工作是在反复做同样的事情，只有 10% 是不同的。

所以我说，不如把它们整合在一起，建立一个单元库，这样我们就可以随心所欲地使用它了。那是西屋电气的一个程序，叫 STASYS（原文 Stasis）。如果你去翻阅档案，你可能会找到它，因为研究实验室接手了那个项目。在好几年甚至几十年的时间里，他们试图用它与 ANSYS 竞争。他们知道我就在邮件列表上，我很清楚他们在做什么。但我们也每隔几年邀请他们来看看我们在做什么。每次他们这样做，都会制定一个五年追赶计划。一开始是两年，后来变成五年，最后他们放弃了。

所以在 60 年代末，我预感到（看到了墙上的字）我们不会像预期的那样在 80 年代去火星了。所以核火箭项目被搁置封存。我离开了，去为核工业做咨询，主要是西屋电气，这并不令人意外。

但在晚上，我会打孔卡片，开车去计算机中心，购买美国钢铁公司的机时来开发下一代软件。重新开始的一个好处是，你可以在第二次时把它做对。所以，你们看到的 ANSYS 基本上是我关于有限元的第二代思考。这就是它的起源。

当时我们的市场策略是“分时租赁”（TimeShare）。特别是 Control Data Corporation 这样的公司，还有 Cytec 和 UCS 等等，这些试图通过出售大型主机计算时间赚钱的公司，当时这似乎是个好主意。

Eric Miller: 当然，绝对是。

Dr. John Swanson: 这个问题就先聊到这，如果有需要我们可以再回过头来聊。

Eric Miller: 太好了。在最初的代码编写中，真的有车库（Garage）参与吗？

Dr. John Swanson: 我记不太清了。确实有，但这并不是什么大事，因为我们并没有在车库里工作。车库主要用来存放手册。当我们有了可观的市场后，我们印制了手册，然后把它们放在车库里进行组装。

Gabe DeSalvo 负责我们的文档工作。所以车库是他的地盘。是的，有一个车库，但也有一座农舍。事实上，那个农舍才是我们所有人办公的地方，他就住在那里。直到我们搬到宾夕法尼亚州的 Houston。

如果你去 ANSYS 的网站上翻翻，我想你能找到作为上次周年庆典一部分的农舍照片。Gabe DeSalvo 有一整套照片库。

那栋楼的整个部分实际上是我亲手建造的。从地基到框架再到屋顶的所有东西。我记得在 7 月 4 日那个炎热的日子里铺屋顶，那真是相当刺激。

Eric Miller: 那太酷了。这真的是白手起家（Bootstrap）。以后见之明来看这很有趣，但这是一个真正的白手起家的运营，包括基础设施的建设，这太棒了。

Dr. John Swanson: 是的，我们还接了所有的电线之类的东西，非常亲力亲为。

实际上，有一件当时我不知道正在发生的惊心动魄的事，就是我们的一台小型机着火了，那可是木结构的房子。虽然没有烧毁钢结构，但当我们早上起来时看到了一堆焦炭。那真是侥幸逃过一劫。

Eric Miller: 噢，天哪。要是那样事情就会变得完全不同了。我想问像您这样成就卓著的人一个问题：您职业生涯中最骄傲的一件事是什么？

Dr. John Swanson: 嗯，让我先理一下背景。我目前处于第三段职业生涯。我的第一段职业生涯是西屋电气。西屋电气帮了我大忙，资助我在匹兹堡大学夜校攻读博士学位。第二段职业生涯当然是 ANSYS，那是至今为止最成功的一段。第三段职业生涯则比较混合，包括可再生能源和慈善事业。

你问我这三段中最骄傲的是什么？显然 ANSYS 是最成功的。就对世界的影响而言，它的影响也是最大的。新的慈善事业和可再生能源都有其影响力，但它们更多是个人的事情，而不是全球性的影响。

你可能记得，几年前我获得了约翰·弗里茨奖章（John Fritz Medal），这是美国最高的工程奖项。就像我当时说的，这反映的是技术本身的成就，而不仅仅是我个人的贡献，但我会欣然接受。

Eric Miller: 是的，没错。

Dr. John Swanson: 我有个好朋友 Bob Cloud，他总是建议我：“如果他们给你颁奖，就收下。”

Eric Miller: 这是很好的建议。Ted，你有没有什么问题想插进来？

Ted Harris: 首先，我想附议 Eric 的话，感谢您创造了这个工具，让我们许多人能够真正建立起自己的职业生涯。就像 Eric 一样，我在大学毕业后第一份工作的第二天就开始使用 ANSYS，那已经是快 32 年前的事了。

Dr. John Swanson: 那是在哪里？

Ted Harris: 在现在的霍尼韦尔（Honeywell）。当时叫 Garrett 涡轮发动机公司。我在 PADT 的工作中教过很多人使用 ANSYS，大概有 500 到 1000 人以上。我一直告诉人们，ANSYS 是一个值得学习的好工具，它能帮助你在很长一段时间内保持就业竞争力。

但我一直想问的一个问题是：有很多写代码的人，也有很多非常了解工程和物理概念的人。但对您来说，您将您的成功归因于什么？显然您取得了惊人的成功。

Dr. John Swanson: 答案很简单：倾听你的客户。

我们确切地知道该做什么，因为客户告诉了我们该做什么。而且客户不会接受“不”作为答案。

我有句话是这么引用的：“你看，我的人走了，我必须跟随他们，因为他们认为我在领导。”这其实是改写自甘地的一句话：“我的人走了，我必须跟随，因为我是他们的领袖。”

但我们确实做了一些有趣的事情。例如，我仍然引用给大学的一点建议是：如果你想成为专业中心，就赞助一个会议，邀请所有的专家。然后每个人都会知道那是关于风力涡轮机的 ANSYS 会议，不管你对此是否了解，你就成了风力涡轮机的专业中心。只要你知道专家是谁，并且有足够的影响力把他们聚在一个房间里。

另外，我在过去 10 年里赞助了康奈尔大学的一个项目，试图将仿真纳入工程课程。我们有一个顾问小组，但我坚持要求他们举办会议，邀请其他大学的人来分享技术，这是我捐款的要求之一。后来他们发现了慕课（MOOCs），并与康奈尔大学合作做了一个，现在的参与人数已经超过 10 万人了。

Eric Miller: 是的，自您开始以来技术发生了很多变化，慕课就是一个很好的例子。另外一个问题，您有没有想过，当初在农舍里用打孔卡创立的那家公司，收入会超过 10 亿美元？

Dr. John Swanson: 其实，在大约五年的时候，我们举办了一次午宴庆祝。我看着房间里大约 100 人说：“嗯，我想象的是找 5 到 10 個人聚在一起写软件推向市场。你们这么多人在这里干什么？”

当然，它在继续增长。但我的一条管理哲学是：付不起工资就不招人。所以我们所有的增长都是基于当年的预计收入，绝不招聘超出支付能力的人员。我们从未借贷，没有任何债务。在上市之前，一直都是白手起家。当然上市那是另一个故事了。

Eric Miller: 我想问一个 ANSYS 内部人士的问题。我非常喜欢 APDL（ANSYS 参数化设计语言）。我觉得它是最酷的东西。我以前经常做梦梦到 APDL 代码。

Dr. John Swanson: 我做完手术出来神志不清的时候，还在给我的身体编程呢。

Eric Miller: 太神了。所以那个是怎么开始的？

Dr. John Swanson: 内幕是这样的：当时我在做涡轮叶片的固有频率分析。涡轮旋转时会变硬，固有频率会发生偏移。所以获取固有频率的方法是先旋转，然后在该速度下使其变硬（应力刚化），再看固有频率是多少。大约三次迭代，就能收敛到真实的旋转固有频率。

你要知道，在当时这些模型跑一次需要一整夜。

我有两个选择：要么我在凌晨两点去计算机中心，从页面底部读取数字，填进去，再把卡片组放回计算机；要么我想出一种语言，让它获取第一个固有频率，将其代入旋转速度，然后重复三次。

这就是 APDL 的开端。获取信息，将其插回输入流，并据此采取行动。需求极大地推动了这一点。懒惰和想睡个好觉是很好的动力。

Eric Miller: 对于那些不知道的人，APDL 是一种完整的编程语言。

Dr. John Swanson: 是的，完整的。我也这么说过，偶尔会有人跑过来说：“哎呀，你这个做不了双曲函数”或者别的什么。加进去很容易，我就说：“好，现在我们可以做了。”

Eric Miller: 您提到了您的第三段职业生涯，即慈善事业。能不能多谈谈您现在在做什么？

Dr. John Swanson: 当我“兑现筹码”离场时（指卖掉公司），我说这笔钱属于工程界。所以我把它放入了一个 Fidelity 慈善信托基金。那是很多年前的事了。所以我做的任何捐赠都来自那里。这笔钱我已经不能用于其他用途，只能捐出去。这消除了捐赠时的任何痛苦，因为那已经不是我的钱了。

这也回馈了当初给予我帮助的工程界，包括国家优秀奖学金、康奈尔大学的一年学费、西屋电气资助的匹兹堡大学博士学位。很多人都做出了贡献。所以，我的目标是把爱传递下去。

我在匹兹堡大学做了很多可再生能源的工作，包括定义学生项目，在一些建筑物上安装太阳能电池板。我在康奈尔大学、华盛顿与杰斐逊学院、匹兹堡大学、两三个动物收容所、一个犹太教堂以及 Green Key Village（一个综合社区）的 25 栋房子上安装了太阳能电池板。

Eric Miller: 太棒了。我们曾经用 ANSYS 为客户模拟过太阳能电池板。想到您安装的产品可能经过 ANSYS 仿真，这种感觉很酷。

Dr. John Swanson: 实际上，我最后一次使用 ANSYS 是为一个教堂的太阳能场做一个几何模型。只是为了得到一个视觉表现。但我必须承认，我现在没有 ANSYS 许可证了，因为我生活中有其他事情要做。

前几天我在电脑上想做一些涉及太阳能性能的事情，我发现了一种叫 Python 的东西，它是免费的。它是一种语言，我可以写程序并做一些图形处理。所以我还是和计算机保持着一点联系。

Eric Miller: 还有一个问题，如果这是个魔法棒问题：如果您能回到过去，改变早期 ANSYS 程序中的一件事，那会是什么？

Dr. John Swanson: 我想听听你想改变什么，因为我想不出有什么要改的。

Eric Miller: 我希望您当时选了一个不同的实体建模器...（原文为 Zox，可能指代某种旧的几何内核或 Xox）。

Dr. John Swanson: 噢，那个啊。我不后悔，因为那是当时唯一可用的。那是可以被替换的东西，而且现在可能已经被替换了两三次了。

ANSYS 表现出的一项技能是整合。他们买了很多东西，而且似乎能够继续增加功能。这也是他们在市场上占据主导地位的原因之一，如果出现竞争对手，他们有足够的现金可以直接买下任何东西。

Eric Miller: 说到几何引擎，SpaceClaim 就是一个很好的例子。那您会改变什么？

Dr. John Swanson: 我会让自己更年轻一点。（笑）

Ted Harris: 我们最近在 PADT 庆祝了公司成立 25 周年。我们在内部播客中讨论了过去 25 年仿真的巨大变化以及未来的预测。我想知道，您对未来 25 年甚至更远的仿真发展有什么愿景吗？

Dr. John Swanson: 我觉得你们应该问客户这个问题。他们知道答案，或者至少知道他们希望你们去哪里。

当然，最近发生的最大事情是大规模并行计算。至于量子计算会走向何方，我不确定，我不做预测。

举个例子，记得以前“纳米”概念很火吗？后来 3D 打印出现了。我说忘了纳米吧，3D 打印比纳米大得多。如果你看看 SpaceX 和其他 ANSYS 的重度用户，他们也是 3D 打印的重度用户。

我一直有一个梦想，就是在材料中嵌入磁性金属纤维，利用磁场将它们按照应力场方向排列，从而得到一个优化增强的物体。

Eric Miller: 这是个非常棒的主意。我们离不开仿真来设计这些东西，也离不开 3D 打印来制造它们。看到两者融合真的很酷。

John，您有什么想和观众分享的吗？无论是大学生还是老用户。

Dr. John Swanson: 我想讲个小故事。在一次晚宴上，另一位获奖者走过来对我说：“嘿，我在 80 年代上过你的夜校课程。”

另一次我去康奈尔大学，新校长上任时请我和 Janet（妻子）吃饭。我永远不会忘记他对我说的第一句话。他说：“John，你有睡眠问题吗？”

我有点吃惊，说：“没有啊，为什么？”

他说：“如果你有的话，拿着这些。”他递给我一个信封，里面装满了他用 ANSYS 做心脏病学研究写的论文。

但他给我的赞美让我很珍惜，他说：“我喜欢它是因为它真的能用（It worked）。”

这就很真实，因为当时很多软件都不能用。它们是在大学里开发的，仅仅为了完成博士项目，之后就什么也做不了了。但 ANSYS 能用。我认为这是 ANSYS 多年来一个很好的模式。

Eric Miller: 这让我想起我以前教课时，人们问能不能做这个做那个，我的标准回答是：“用 ANSYS，总会有办法的。”

还有一个我总是喜欢指出的点，尤其是年轻用户可能不知道，那就是 ANSYS 有一个公开的 API（Fortran 接口），你可以进入求解器，编写自己的单元。这仍然存在，非常强大。

Ted Harris: 我还想说，我第一次见到您是在 1996 年匹兹堡的 ANSYS 用户大会上。当时您谈论求解器技术，充满激情。很高兴看到您现在依然充满激情。

Dr. John Swanson: 是的，我积攒了一整套的“bug”，每年拿出来晾一次。

Eric Miller: 太棒了。作为我们 20 周年庆典的一部分，我们正在制作一个时间胶囊，里面放了一套盒装的 ANSYS，大概是 4.5 版本。有人在 25 年后打开它，希望 ANSYS 和您的遗产依然存在。

John，真的非常感谢。很高兴我们促成了这次谈话。

Dr. John Swanson: 我希望那时候我还健在。谢谢你们。

n5321 | 2025年12月5日 19:49

对话参与者：

• Rajesh Bhaskaran: 康奈尔大学 Swanson 工程仿真项目负责人

• John Swanson: ANSYS 创始人，有限元分析先驱

Rajesh Bhaskaran: Um, I'm Rajesh Bhaskaran. I run the Swanson Engineering Simulation Program at Cornell University. The program is geared towards bringing cutting-edge simulation technology into engineering education.

John Swanson: And I'm John Swanson. I'm one of the pioneers of Finite Element simulation. I started the ANSYS software program many years ago, and Rajesh wants to ask me questions about how that came about.

Rajesh Bhaskaran: So here's the first question: What were the early years of Finite Element Analysis and simulation like?

John Swanson: Well, simulation has gone hand-in-hand with computer technology. So, part of the answer is, of course, what was computer technology like? Back then, computing was done with large mainframes. The source code was on punch card decks. You got one or two turnarounds a day if you were lucky. A deck of cards for software might be 100,000 to 200,000 cards.

The prototype, or the most desirable engineering computing, became the minicomputer—the VAX-11/780—whose speed was a nice steady one megaflop. Today's computing, of course, is up into gigaflops, teraflops, and so on, but one megaflop was a nice machine at that point.

Rajesh Bhaskaran: And what are some of the early stories that stick in your mind?

John Swanson: That's a pretty general question. Um... the shuttle launch story. It was early in the morning of the first shuttle launch, and I got a very early call. The question was heat transfer. The object was the shuttle tiles, and the desire was to do a three-dimensional simulation because they'd only done one-dimensional simulations. They really wanted to have a little more assurance because they were launching within hours.

Rajesh Bhaskaran: How did you get the idea to start the ANSYS program?

John Swanson: Well, the ANSYS program started because I had a problem that I needed a solution for. The problem was a simple stress concentration problem in an axisymmetric structure, and there were no tools for doing that. So I developed a network of springs to simulate the stress concentration, and I got what looked like plausible results.

So I showed them to our government sponsors on the particular project and I said, "Hey, that looks like what Ed Wilson is doing out at the University of California. Why don't you go talk to him?" So I went to talk to Ed Wilson, and he had written an axisymmetric finite element program.

I worked all evening into the night writing up the coding for the punch cards for that particular problem. At 3:00 in the morning, I found someone who could punch the cards, feed them into the computer, and by 5:00 I had a really good-looking solution—it was all numbers on paper. By 7:00, I had a big box of cards under my arm and I was heading back toward the airport. Of course, I rewrote the whole thing as what I wanted, but that was my first interest in finite element analysis: to solve that simple stress concentration problem.

Rajesh Bhaskaran: And which year was that?

John Swanson: That would have been... 1964 probably. Let's pin it down to '64, maybe '65.

Rajesh Bhaskaran: And then in the 1970s?

John Swanson: So yeah, as I went from that period on, I began adding more and more capability. That was two-dimensional axisymmetric. I added shells, I added solids, I added dynamics. I had separate programs for shells, for solids, and so on. And I began to realize I was doing the same thing over and over again, and all I was doing was changing the element type.

So [I thought], "Well, I can put together one software package where you can just specify which element type and save myself a lot of work." And that was the basis for the program that eventually evolved into ANSYS. That program was done on a government contract and became public domain. ANSYS, of course, picked up from that and went on.

Rajesh Bhaskaran: How did you distribute the first version of ANSYS?

John Swanson: Well, the first version was done in what was called "time sharing." We mounted the program on a computer, and then you would sign up to buy time on the computer. You would pay for the cost of the computing time with a surcharge for running ANSYS.

Now, we looked at several different pricing mechanisms. We did a pricing per degree of freedom or a pricing per run, but eventually, computing time became the common theme. As we went into the minicomputers and smaller computers, then we just started charging a fixed fee. Eventually, that evolved into a "seat fee"—in other words, so much for each user.

You know, pricing has always been an issue. Our pricing originally was based on the speed of the machine: the faster the machine, the more expensive the pricing. Now, of course, the machines got faster and faster, so the price kept going up and up. So every year or so, I cut the price in half, and everybody loves the price cut, so that worked out well for all concerned.

Rajesh Bhaskaran: So what was meshing like in the first version of ANSYS?

John Swanson: First version... well, let's go back to Ed Wilson. When I wrote up my simple problem, the mesh generation was: you could specify Node 1 and Node 5 and fill in between. And then you could generate Node 6 and Node 10 and fill in between. And then you can generate Element Number 1 from 6 to 5 to 10 to 2 and make five of those, incrementing by one. That was the mesh generation.

After that, I generated a series of mesh generators for shells and solids. Mesh generation technology now is much, much advanced. You can do huge three-dimensional solid models in minutes using bricks or tetrahedrons. Yeah, meshing is not an issue anymore, whereas it used to be the issue. You would spend days, weeks, or even months doing a mesh for, say, an automobile engine. Now you take the CAD part, you just say "mesh all" with this size, and you get these huge models which, with today's computing technology, run in minutes or hours. Vast changes both in individual productivity and in computing productivity.

Rajesh Bhaskaran: And how did the graphical user interface come about and how did it evolve?

John Swanson: Hey, my first paper... I had done a plane section of a hexagon with some holes in it. I printed out the stresses at every point in a rectangular lattice. And then I drew lines for where the holes were. Then I took my colored pencils and I said, "Well, the 1000 contour will go here and over here, and here's a 450 contour here," and so on. That figure in my published paper is this grid of numbers with these lines drawn.

Then we got graphic terminals. The first graphic terminals were the Tektronix—green line on green screen. It was storage tube technology, so a moving light left an image on the phosphor screen. I was at a technical conference one time... it was the end of the day, we'd had a show. I had one of these display tubes, and this particular device, when it wasn't being used, it would run a colored rectangle to just keep the screen uniformly refreshed. We were so tired at the end of the day. I had a crowd of people sitting behind me watching the line go back and forth, back and forth.

Then we got raster technology where you've got every pixel... black and white first. That was easy because you just took your figure you had on your vector screen and you made a black and white image. Straightforward.

Then they came out with color raster screens. I said, "Oh, I'll color the lines." And I did, and I looked at it and said, "Well, that's not very interesting. It looks pretty much same as it was before." I said, "I wonder what would happen if I colored the spaces in between the lines?" And I did that. It took me 10 minutes or so to code. Up came the picture and I said, "Bingo." That new technology... it popped. You could just see everything. It's the standard contour display now, but it was the change from the color of the line to fill the spaces that made all the difference.

Rajesh Bhaskaran: And how did the educational program start?

John Swanson: Well, the educational program was my idea, and it was the only idea I ever had that got vetoed by my Advisory Group, which was my managers. To a person, they said, "Bad idea. You're going to compete with the industry. You're going to compete with our consultants." I said, "No, we're doing it anyway." It is the only time I ever overruled unanimous opposition.

The first price on the educational version was $1 because basically I wanted to support education. That was early 1980s. A year or so later, I raised the price to $100 because I wanted the university to sign on for security purposes, not just the individual professor. One person screamed bloody murder because I raised the price by a factor of 100.

But ever since then, the ANSYS software has been widely used in education. I think the last number was 2,000 universities worldwide use ANSYS.

One of the stories that go along with that: my marketing manager was a woman, but her husband worked at United States Steel and he was head of the computer center. So he was at IBM meetings about computing. He was walking down the corridor and he looks into an office and there's a whole row of ANSYS manuals. He asked, "What's that?" They said, "Well, we hired this guy from the University and he said: I know how to do simulation, I use ANSYS, and away we go." So IBM became one of our bigger customers, but it was from the educational program. So it's a good business strategy as well as a good educational strategy.

Rajesh Bhaskaran: What is your educational background and how did it prepare you?

John Swanson: Cornell at the time was a 5-year program. My scholarship was a National Merit Scholarship—it covered four years. I'm always grateful that Cornell came up with the money for the additional year, plus money for a half year to get my Master's Degree.

Then I went off to work for Westinghouse in Pittsburgh on the nuclear rocket program. I was there only six months when my manager said to me, "I need to put somebody in for the PhD program." I said, "Okay, sure." A couple of months later they said, "You're in." So at that point, I went to night school at the University of Pittsburgh for three years... three courses per trimester, three trimesters a year. I got my PhD degree in 1966.

Rajesh Bhaskaran: Were you also developing ANSYS code at this point?

John Swanson: No, at that point I was working on Boundary Point Collocation methods. I had gotten into early finite element work, but I'd been doing boundary point collocation work as well, so there was an overlap there.

I worked at Westinghouse for another three years after that. The program was showing signs of defunding—it was a government program and the handwriting was on the wall. Besides which, I was much more interested in doing finite element work than I was in managing my stress group. My management philosophy was: if my in-basket got too high, somebody would call and tell me what was important, and I didn't have to deal with that. So I often claimed that my departure was a safety measure because [the basket] was high enough to collapse on me and kill me.

I went out looking for a job that would pay me what I wanted to be paid—namely Aerospace wages—to do what I wanted to do—namely develop software. I could not find both. So I started my own company, which was Swanson Analysis Systems, eventually to become ANSYS Incorporated.

Rajesh Bhaskaran: How long was that before you were selling the software?

John Swanson: Well, getting Aerospace wages took a long time. The funding originally was from my own investments. That was $1,282 as I recall, for office space. But I did consulting for Westinghouse to earn the money to pay for the computer time at United States Steel to develop the software, which by the end of the next year I was licensing back to Westinghouse. So Westinghouse was my major support and one of my first customers. Westinghouse has been good to me, and I think I've done good things for them as well.

Rajesh Bhaskaran: Why do you keep supporting Cornell Engineering still?

John Swanson: Well, Cornell is a good school. And you know, I'm in the phase of life now where I'm doing "outgo" as opposed to "income." So most of my work these days is charitable work, and Cornell is obviously a good place to do that work. Both with the engineering school myself and the veterinary school, which is what Janet, my wife, supports. So my wife is actively involved in philanthropy as well. Our objective is to give it all away and to die at the same time so it all comes out even. But as I pointed out last night, we're not going to do that [die yet]; we're staying. That's the way we want it to be.

Rajesh Bhaskaran: And what do you see as the future of simulation?

John Swanson: Well, simulation is great because it keeps evolving and changing. You know, at our meeting today we were talking about worldwide networks and SimCafe and so on... Simulation is enormous as far as the market and as far as the impact on engineering. As you're aware, I got the John Fritz Medal, and that's the top engineering award in the country. That was based not just on what I did, but what simulation has done: our products are better, our products are higher quality, our products are faster to market. All those things come from simulation.

So I said, "Do I really deserve this award?" And I talked to my good friend Bill Jones. He said, "John, if they offer you an award, take it." So I did.

n5321 | 2025年12月5日 19:41

张忠谋自传

许多年后， 我把在麻省理工博士落第视为我一生的最大幸运!

台积电的founder写：

1953年9月硕士毕业后， 我于次年2月参加博士资格考试， 结果竟落第了!但我并不认为这一次失败是一个很大的挫折， 还是继续实行我的博土计划。 1954年选读博士学位必要的课程， 而且花了很多时间与好几位教授讨论可能的傅土论文题目。 后来选择了“ 自动控制” 这一领域， 因为这领域用到数学较多， 比较接近我的兴趣。 我也继续当研究助理。 更重要的是， 我用功温习过去所学， 希望下次资格考试能成功。

1955年2月， 我充满了信心， 第二次参加博士资格考试。 几天后成绩揭晓， 我又是榜上无名! 这是我有生以来最大打击。 站在榜前， 呆呆地望着没有我名字的榜， 自尊心、 自信心在倏忽中消灭。 十几年的读书生涯戛然中断， 下一步做什么事都还没有想到， 我何以对父母?何以对我新婚不久的妻子?

许多年后， 我把在麻省理工博士落第视为我一生的最大幸运!

假使我通过考试， 我一定会继续读博士， 几年以后， 也一定会读成。 那以后做什么呢?最可能就是去工业界做研究工作， 或者留学校做教授， 总之这是一条学术、 研究的路。 以我对工程的平平兴趣， 我相信这条路不会走得太远。 我也绝对不会进入半导体界， 因为那时半导体界根本不雇用机械博士。 我相信我也不会进人企业管理， 因为这也不是博士常走的路。 我的人生会完全两样， 恐怕也不会在这里写《张忠谋自传》 了。

What Engineers Know and How They Know It

Walter Guido Vincenti——米帝工程院院士，波音工程师，斯坦福教授。

to examine the cognitive dimension of engineering. 

Most such people, when they pay heed to engineering at all, tend to think of it as applied science! Modern engineers are seen as taking over their knowledge from scientists and, by some occasionally dramatic but probably intellectually uninteresting process, using this knowledge to fashion material artifacts. From this point of view, studying the epistemology of science should automatically subsume the knowledge content of engineering. Engineers know from experience that this view is untrue, and in recent decades historians of technology have produced narrative and analytical evidence in the same direction.

工程技术不是科学应用！

大佬quote大佬。

Aeroplanes are not designed by science, but by art in spite of some pretence and humbug to the contrary,/I do not mean to suggest for one moment that engineering can do without science, on the contrary, it stands on scientific foundations, but there is a big gap between scientific research and the engineering product which has to be bridged by the art of the engineer.”

这个算答案吗？

 Engineering refers to the practice of organizing the design and construction [and, I would add, operation] of any artifice which transforms the physical world around us to meet some recognized need.7

n5321 | 2025年7月1日 23:22