文章最初发表在基准杂志的Nafems，国际工程建模，分析和模拟界协会。了解更多nafems.org.。

在20世纪80年代后期和20世纪90年代初，工程研究界开始嗡嗡作响了一个名为拓扑优化的新概念。1988年首次由Martin Bendsoe和Noburo Kikuchi引入拓扑和形状优化的均化方法，并在整个研究行业谈话。

数学优化的概念允许用户提供引导目标和约束，然后让计算机运行循环的研究以找到理想的答案。拓扑优化算法遵循相同的过程，同时优化结构的形状和拓扑。所得输出在使用最小材料的同时产生符合分配的设计空间内的尺寸和功能要求的部件。

Jeff Brennan，首席产品官Altair 365，在这个崭露头角的运动中，首先了解如何在他的大学生涯中早期对工程问题进行优化。

“我的工程阶级中的每个人都在拉动一件全部才能解决Fortran的机械动态问题，”布伦南说。

“当我离开电脑实验室时，我的室友正在用六包装进入宿舍。我说'来汤姆。你不会像我们其他人一样在电脑实验室里度过剩下的夜晚？“他说，'没有人，我会把它留给你们。

我发现他已经写了算法，并在优化循环中进行了Fortran程序中的每个语句的位置。他在那个优化计划上击中了“走”，它将重新定位各种操作，直到它来到最快的答案之前。而且，他坐在那天晚上，喝了所有六只啤酒。有人想出来了。有人知道如何使用数字算法少工作并获得最佳答案。而且我以为'bing！'这里有一些东西。“

Brennan前往密歇根大学，在他的机械工程实验室和应用力学集团下在拓扑优化父亲之一博士下进行学习。拓扑优化的首批应用中的一个研究进来bob电竞官方了骨质疏松症和假体研究的生物化研究。

他们研究了促进健康个体骨骼生长的因素，目的是复制老年患者的同样激动，以及促使植入物中植入物的骨骼生长产生更强大和更自然的粘合。潜在的理论;身体以最佳方式增长骨骼。这是狼的法律的延伸，它通过增加骨材料和密度来支持应力来衡量机械应力。

在毕业后，Brennan采访了Altair，然后是一家小型工程咨询公司，它开始通过HyperMesh预处理工具看到成功。在他的采访中，Brennan展示了他作为学生申请的拓扑优化工作。看到机会商业化拓扑优化，Altair聘请Jeff Brennan。

“我们对技术非常兴奋，”Jim Scap，创始人，主席Altair表示。“我们最终与Kikuchi教授和他的伴侣Alejandro Dia达成协议，将他们的软件转变为商业市场。我们真的相信它，并希望进一步接受。“

登陆OptiStruct的第一个客户

Brennan于1992年成为Optistruct的第一个福音学士，在全国各地旅行，后来世界推出这项新技术。

“我得到的拒绝量很艰难，”布伦南说。“当我开始销售OptiStruct时，我很高兴我很年轻，因为它不适合人们的流程，即使他们理解它背后的概念。没有地方可以把它。“

尽管障碍早期，OptiStruct开始在工程界中获得臭名昭着，并堆积第一个主要胜利。到1994年，OptiStruct由工业周杂志的认可作为其“一年的技术”。

此外，1994年Altair接近通用电机和倾斜器。Teith Meintjes博士目前是Cimdata，Inc。的实践经理，仿真和分析，是当时的通用汽车动力总成的模拟经理。

“杰夫在通用汽车动力总成和以某种方式卖掉了我的首要副本Optistruct，”Meintjes说。“直到几年和几年后，他并没有告诉我，他们以前从未赚过商业销售。我可以自豪地自己是客户001.那个点的软件非常难以使用，但在才华横溢的工程师手中，你可以基本上造成魔力。“

回到绘图板

由于Altair建立了与Optistruct的成功，Scapa试图与Kikuchi和Dia，该软件的原作者谈判谈判达成协议，购买该技术。然而，对知识产权的所有权的第十一点分歧使得危险的交易。Scapa决定没有知识产权，他将采取实验室代码，并拥有Altair从头开始开发一个新的商业软件。

“迪亚队努力，我也是，”SCAP.。“DiaS不认为我可以做到......我真的不知道我们是否可以做到，但我想，有足够的坚持不懈，我们可以。”

这是一个大胆的一步，它随附额外的压力。Altair现在有一个Optistruct客户组合，所有这些都在等待他们的软件的下一个版本，现在它必须从头开始重新建立。

“我聘请了Harold Thomas和Yaw-Kang（YK）Shyy领导下一代OptiStruct的发展。不知何故，他们能够在大约六个月内汇集新软件。他们是辉煌，辉煌的编码人员。他们成了我们的主编码人员。“

在聘请托马斯和斯科招聘后，Altair在研究群落中寻找了一个创新者，打明周，帮助将OptiSruct带到下一级。

Scapa说，“哈罗德来到了我，说：”几乎是这个星球上最好的优化人就是用他的博士出来。所有最具创新性的论文都来自这家伙。“Ming Joining是关键，因为他为我们正在做的一切带来这种创造力。”

“明实真的是技术的先驱，”Uwe Schramm，Altair的首席技术官。“自从整个学术界开始以来，他就在那里。明，与哈罗德和yk一起，他们是这种方法的建筑师。它们是商业拓扑优化的先驱。“

现代有限元分析求解器呈现形状

1997年和1998年，发展团队正在实施主要功能，旨在塑造和实现OptiStruct的未来增长。它们将代码从均质化方法转移到密度方法，并开始专注于添加有限元分析（FEA）求解器功能和制造限制。

“如果你想做优化，你必须做好分析，”Schramm说。“客户希望采取更复杂的模型并运行它们，因此我们必须添加功能以使他们快乐。”

“OptiStruct确实确实成为优化代码，也是一种功能性的求解器代码，”Brennan说。“现在，第三代求解器代码正在处理非线性问题，如冠军非线性，几何非线性，各种间隙约束，联系人，你叫做。在市场上最大的隐含线性，非线性和优化代码，它成为世界级。“

下一代优化占用了飞行

赢得了一些关键的汽车账户，Altair开始在其他市场，特别是航空航天的景点。Optistruct最重要的航空航天胜利之一是空中客车A380光加权项目（图2）。

图2：空中客车A380翼肋的仿真。

“空中客车结构集团正在英国的咨询小组与我们真正需要，”布伦南说。“A380翼形结构是超重的，这个婴儿没有下山。他们有一些他们需要的制造限制。他们不想有13个不同的翼肋，从舷内到舷外，完全不同的拓扑，完全不同的桁架结构。这将是线束家伙的噩梦。

Optistruct开发团队开发了一种模式识别和重复的方法，因此我们可以基本上提出修改的解决方案，即每个翼肋套看起来相似并且具有相似数量的孔。这真的是创建制造，可行的解决方案的差异。

软件开发与应用程序之间的互动是Degistruct早期成功的核心原因之一。bob电竞官方这种灵活性要将客户要求提供给他们，因为它们需要它们，有时甚至过夜，代码那些东西，给他们回来，解决问题。巩固了Altair的声誉，不仅仅是一个创新的公司，而是一家提供的公司。“

早期采用者与OptiStruct一起获胜。Altair在大型OEM上堆积了OptiSruct胜利，但小客户也开始看到其作为竞争差异化的潜力。

“我永远不会忘记在我的家乡，卡拉马佐密歇根州靠近一家名为纳尔逊金属的公司，”布伦南说。“他们是一个小金属铸造屋。They had a real competitive advantage over the other casting companies because they’d show up at concept meetings and they would say, ‘We can make a part 20 percent cheaper, with better performance, 30 percent lighter.’ and people like be like ‘How did you do this?’

因为那个开放的心灵，这些早期的采用者具有巨大的优势。我会说他们中的一些人仍然具有优势，因为他们开始比其他人更早地采用优化，而且他们可能会超越他们的竞争。“

穿过鸿沟

识别OptiStruct的商业潜力，Jim Scapa和Altair的管理团队实现了下一个挑战，如何扩展成功。

“有一本名叫越过杰弗里摩尔[1]的鸿沟的书，从根本上谈论了技术和产品生命周期，”SCAP.。“早期市场技术有一个初步向上的曲线，创新者和早期采用者开始发现产品，但是鸿沟将这些早期技术划分为达到主流市场。真正的技术公司非常困难，尽管有许多产品的早期成功，但这项真正的技术公司将实现这一飞跃和交叉进入更加成熟和稳定的市场。大多数产品最终落入了这个鸿沟。

我看到OptiStruct遵循这个曲线并在鸿沟中跳跃。它实际上花了很长时间才能在大型产品开发区中建立OptiScruct。我们必须开发所有这些制造限制，以便您可以创建真正有用的零件。而且，我们不得不说服工程组织，这是在设计阶段使用的意义。“

1999年，OptiStruct成为Altair的新棉被基于单位的许可模式的一部分，其中客户购买可以应用于Altair的CAE应用的任何可回收令牌的池。bob电竞官方早期不情愿，特别是来自销售和金融队伍，他们担心Optistruct收入损失。

“我们的主要产品是HyperMesh，但我们清楚地看到了OptiStruct作为一个庞大的机会，”Scapa说。“那个时候我的问题是'我如何接受这个新产品并在它周围获得更多的牵引力吗？”这就是我第一次提出的这一思想的Altair的基于单位的许可模型。使用单位模型，我可以基本上停止销售HyperMesh并改为启动销售单位，让客户立即访问OptiStruct。这样，我消除了必须将第二个产品销售到账户中的摩擦力，它开始从那里生长。这很巨大，因为OptiStruct可能已经陷入了鸿沟，坦率地说，如果我没有这样做。从长远来看，我认为单位模型是我们在我们作为公司的成功成功的重要原因。“

添加剂制造革命

“这项技术总是非常酷，”Scapa说。“但我们的竞争对手很长一段时间远离它。当添加剂制造变得有趣时，比赛醒来。There was all this hype around additive and topology optimization, and the solutions that we were offering with OptiStruct were perfect for additive because you could make parts with internal voids and would make all kinds of shapes that you couldn’t make with castings or stamping or other traditional manufacturing processes.”

随着添加剂制造的兴起，竞争开始加入市场。随着Optistruct的拓扑优化王位，而且令人兴奋的机会。

“那里还有很多，”布伦南说。“能够将数字双胞胎直接连接到3D打印并能够快速调节形状，快速评估它们。部分替换可能是拓扑优化结构的主要机会，用于老化的东西。You might not ever have to have a CAD file for a part that needs to be replaced from 1960, you’d just need to know its position, its volume, its load cases, and you could quickly generate the ideal shape, have it printed and you’ll have a replacement overnight from someplace like Amazon. That’s just Jetsons stuff.”

遗产和未来Optistruct

全球，Altair现在拥有3000多家公司使用OptiStruct。

“我们一直处于模拟正在进行的位置，促进这种”仿真驱动设计“的思想和普遍优化所提供的可能性，”Scapa说。“OptiStruct在过去的25年里有这种普遍的影响。我认为它有助于推出正在发生的整个光加权运动。“

“OptiStruct已经改变了公司，当然已经把它们放入了更具竞争力的立场，现在在全球市场中很难做到这一点，”布伦南说。

虽然OptiStruct已达到许多似乎在1993年似乎不可能的里程碑，但Altair团队继续期待该工具的潜在演变。

“今天，很多人都对格子，新材料，混合材料和混合拓扑进行了兴奋，而我们一直试图这样做，但现在正在进行更无缝的综合过程”Scapa说。“我们还为OptiStruct增加了巨大的非线性模拟。多年来，我们已经取代了许多传统的线性分析解决方案，我们现在正在开始与非线性分析解决方案进行同样的操作。很多原因是因为综合优化是如何在我们的所有解决方案中。“

机器学习和物联网（物联网）也与先进的结构分析和优化相结合地呈现令人兴奋的机会。

“我们开始许多项目，我们试图将AI和机器学习应用于我们的形状和拓扑优化算法，以便能够解决更复杂，高度非线性问题”Scapa说。

“能够在本领域的后生产中获取数据的能力如何真正运营和使用，以通知数字双胞胎具有很大的潜力，”布伦南说。“你的拓扑或你的设计形状是一个生物的想法，它通过这种数字孪生从其环境中获得反馈，这是令我兴奋的思想，但我希望它发生。”

从谦逊的开始，OptiStruct开创了商业市场拓扑优化的概念。在全球各地的几乎每个行业，它不仅能够提供体重增加和以前认为不可能的性能改进，而且从根本上改变了设计师和工程师如何接近产品设计。没有人确切地知道未来将持有的内容，但是OptiStruct正在努力适应制造，计算和数据智能的进步，以便继续其创新遗产。

参考

[1] G. A. Moore，穿过鸿沟：营销和销售颠覆产品向主流客户。纽约，纽约：Harperbusiness，哈珀俱乐部发布者的印记，2014年。