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【案例】從“地獄級開局”到全球首款液氧甲烷火箭,我們如何助力藍箭沖破云霄

火箭快遞,使命必達。
美日韓包郵,江浙滬秒到。
LANDSPACE藍箭航天在2019年聯合淘寶正式啟動“寶箭”計劃,共同研發“寶箭”號運載火箭,實現網購快遞急速送達的目標。


這可能是我們朋友圈離火箭最近的一次。
大家都還在:“急,在線等”。


2023年7月12日,藍箭航天跨出了創造歷史的一步。
朱雀二號遙二運載火箭在酒泉衛星發射中心發射成功,成為全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭。
藍箭航天CEO張昌武在成功第二天發布的全員內部信里說:“我們始終堅守常識,堅決通過自主研發液體動力系統,立足于自主創新、自主可控的動力核心來構建朱雀系列運載火箭,使得我們至今仍是中國第一(且唯一)家依靠獨立研制的動力系統取得火箭飛行成功的商業火箭公司,也是唯一建成了設計、制造、測試、發射完整鏈條能力并經飛行驗證的商業火箭企業?!?/p>


總有人在替我們仰望星空。

01、藍箭的“地獄級難度”開局

一、民營商業航天的“破局者”,主打一個自主研發

藍箭的核心競爭力就是我們沒有訣竅,我們就是在按照愚公移山的精神在做火箭,在遵從火箭規律的前提下做火箭。我們堅持核心的技術自己研制,核心的設施自己保障。

——藍箭航天CEO 張昌武

作為國內首家取得全部準入資質的民營運載火箭企業,藍箭航天主打自主創新、自主可控,在沒有可以借鑒參考的企業前提下,選擇了“地獄開局”模式——錨定液氧甲烷技術路線、自研發動機系統、自建核心設施,成為超前技術的開拓者。

張昌武明確表示,公司成本支出比例中,研發制造要居于首位。在絕大多數民營航天企業采購第三方服務的氛圍下,他覺得,只有自主研發和制造,才會有出路。從最前沿的發動機理念的構想,到最新技術的設計圖紙,到制造出真實的發動機和其他火箭部件,再到不斷試驗更改設計中的錯誤,再到制造出試驗版本的火箭,整個流程均由藍箭航天主導。

因此,藍箭所選的技術路線是投資規模最大、技術難度最深、開發周期最長的,對人的挑戰也是最高的。一旦能夠走下來,所形成的行業壁壘非常高,所形成的市場競爭力也非常強。

二、大量仿真 VS 三次機會

航天最挑戰人性的地方,就是航天這個東西,沒有中間狀態,只有0和1,而且大家只會記住1?!?/p>

——火箭研發總經理 戴政

整個火箭的造價,純硬件成本目前都在1億元以上,遑論其他。
這次成功入軌的朱雀二號,藍箭就只給了TA三次失敗的機會。

如何才能真正“把問題留在地面,把成功帶上太空”,這是個至關重要的問題。
“液氧甲烷的難,并不是說它有理論上不可行的地方,它更多的是體現在工程應用層面的難……在這個過程中,我們做大量的仿真,做大量的試驗,去摸索規律,逐漸建立對甲烷物理特性的認識,才能解決好這個問題。”火箭研發總經理戴政揭示了答案——大量的仿真,大量的試驗。

不是所有的東西都可以通過觀察、推演和試驗獲得的,比如宇宙演化、核彈爆炸,比如火箭入軌,或者實現不了,或者成本過高。
所以需要仿真,降低成本,提前試錯,縮短試驗進程。
仿真,是基于一定的數理模型基礎,對現實的空間和時間進行分割,一次次反復計算求解,才能建立認知,摸索規律,從而解決大大小小的問題。

通過仿真,我們可以做很多事情:
比如,在以前發的這篇文《楊洋組織的“太空營救”中, 那2小時到底發生了什么?里,通過仿真驗證,西北衛星測控中心確認了衛星失聯的原因,準確及時采取應對措施,恢復整個衛星通信系統。

再比如,“寶箭”快遞,要在什么高度以什么速度什么角度才能正確投遞到你家天臺?

在藍箭的世界里,大量仿真,大量試驗,才能一擊必勝。

02、從0到數百用戶 一個持續成長的研發環境

一、一千個人,一千種使用方式

主打自主研發的藍箭航天,發展速度非???,使用速石研發平臺的用戶數從0到數百人,穩定增長,資源用量也隨著業務周期長期穩定上升。

這個過程中有兩個問題:

1. 研發團隊人員來自天南海北,背景復雜,經驗不一,使用習慣也各不相同,需要有一個千人千面的平臺;
2. 除了使用習慣外,就跟Alpha Cen一樣,研發人員需要持續探索新的技術路線,做一些前沿研究和嘗試。所以藍箭需要給研發工程師們留出空間,給他們充分的自由度,讓他們放開手去試錯,去最大可能尋求更優解

首先,每個用戶都是單獨的賬號,互不干擾。
而針對不同的用戶背景和特性,我們提供了以下三種使用模式:

任務模式:通過Web瀏覽器向導式一鍵提交仿真任務,適用于確定的仿真求解流程。

集群模式:通過Web瀏覽器登錄集群遠程桌面,打開應用開啟仿真任務,充分發揮按需配置、資源多樣化大規模并行調度能力。

工作站模式:Windows系統,與傳統的本地單機仿真處理習慣一致。


既能千人千面,也能給每個工程師最大的自由度,滿足他們的使用習慣。
三種模式的實際應用,可以戳這篇:怎么把需要45天的突發性Fluent仿真計算縮短到4天之內?

二、多團隊研發協同與統一管理

根據業務線的劃分,藍箭有數個研發團隊,且分布在北京、上海、西安三個地區,不同地區的團隊存在業務上的交叉,需要多團隊研發協同與統一管理。


用戶層面,我們為不同團隊成員提供面向CAE應用適配與優化的研發環境,用戶之間可共享數據、應用、計算、網絡、存儲,有效利用資源,提高協作能力。


數據層面,一方面,我們打通了數據傳輸通道,提供數據管理能力,實現多團隊仿真任務高效協同;另一方面,平臺對不同用戶之間也做到了數據隔離,管理員可針對業務需求靈活控制平臺的功能和權限分配,保障數據訪問安全。


資源層面,我們支持將同一個集群按使用團隊或資源屬性分成不同的獨立分區,比如浙桂。這樣既保證了不同組的研發們能在同一個集群中工作,保留各自操作習慣的同時還互不干擾;又可以讓他們更有效地使用資源,減少閑置資源,提升整體資源利用率。

我們支持多種用戶統一身份認證體系協議的對接:OIDC、SAML、oAuth2目前已經接入了藍箭的身份認證體系。

三、基于數據分析的精細化運營管理

1. 更全局
基于CAE任務層的監控、告警、數據統計分析功能與服務,我們能從全局角度監控各個重要指標變化,掌握整體任務及資源情況,為未來項目合理規劃、集群生命周期管理、成本優化提供支持。
比如,通過關注不同團隊用量占比與周期性波動情況,兼顧團隊與整體,助力各團隊實現其業務目標。

2. 更細顆粒
我們還支持以更精細的顆粒度,如以項目、產品、用戶、應用為維度,監控任務和資源情況,進行運營數據分析與成本評估,為進一步管理優化提供支持。
比如,用戶級別的用量統計與分析,能更好地理解業務場景與個人需求,公司能更好地在全局管理的基礎下提供支持。

03、R&D-IT 一個CAE界不存在的崗位

芯片設計界有個非常稀罕的崗位叫IT-CAD,人才難得。
我們真心覺得,CAE界也值得擁有。

翻譯一下,TA的主要職能是在研發與IT之間架起一座橋梁,我們姑且可以稱之為R&D-IT能力??舍槍ρ邪l人員所使用的CAE應用軟件提供底層硬件基礎上的整個研發環境架構與構建、CAE仿真流程跑通與優化、故障響應、技術支持和使用咨詢等服務。
想仔細了解我們是怎么助攻的,可以參考這篇:【案例】普冉半導體逐步布局自主可控,漸次提升研發效率

一、標準CAE仿真環境的規劃和搭建

TA需要做的第一件事,就是站在整個仿真研發體系和架構視角進行標準CAE仿真環境的規劃和搭建。
這個規劃,不是走一步看一步,也不是頭痛醫頭,腳痛醫腳。

這件事,我們可以幫TA全做了。
我們的產品在設計之初就是面向CAE應用,服務整個企業的工業仿真研發業務場景的。這也決定了我們解決問題的出發點永遠是:是否滿足研發業務需求,然后從上至下地解決問題。


三個特點:
1. 我們提供的是一整套即開即用的CAE仿真研發平臺,是完整的一體化產品;
2. 產品一站式交付,提供了非常好的用戶交互體驗,簡單易上手;
3. 無論用戶人數、資源數量和類型如何變化,產品架構對現在&未來均有著極強的兼容性與彈性,且支持多個研發中心協同

二、仿真設計流程的跑通,應用的適配和銜接

隨著CAE環境搭建的完成,TA需要做的第二件事,就是仿真設計流程的跑通,各種CAE應用的適配和銜接。
這第二件事,我們能幫TA把手動做的事全部自動化,還能提供應用層與資源層的最佳實踐經驗。


我們提供的這套上中下層聯動的CAE仿真研發環境
1)連接上層CAE應用,對應用本身的運行提供支持和優化;
2)連接底層資源,給用戶提供更靈活、更高效使用資源的能力;
3)結合CAE應用和底層資源的聯動和適配,給出最佳實踐經驗。

火箭設計是一項復雜、周期很長、技術含量非常高的工作,其研發過程充滿了挑戰性。在設計、研發和制造過程中應用的學科,涉及到結構力學、流體力學、傳熱學、材料等,對CAE應用覆蓋廣泛。

在實際研發場景中,普遍存在的問題有資源利用率不高、排隊現象嚴重、成本難以把控等等。這大多是因為選擇的資源不匹配場景,使用不規范。整個過程中沒有最佳實踐,缺乏專業指導。另外,隨著新的應用場景上來,需要去探索和嘗試的成本特別高,還會造成資源浪費。

1. 結合業務的常見CAE應用適配

不同的CAE應用,對于底層資源層的適配要求是不一樣的。
我們基于藍箭的用戶通用場景,對不同機型效率和成本進行比對后,幫助用戶完成了實例選型。
選型目的有兩個:匹配業務與控制成本。


根據我們的經驗,對于前后處理來說,一般需要選擇GPU能力比較強的機型。
對于求解計算:
隱式算法,相比顯式算法來說,精度相對高,但可擴展性不是很好,即在多臺機器上的線性加速比并不好,適合于在多核大內存機器上運行,一般對內存、IO要求較高。
顯式算法,精度比隱式算法低,但可擴展性相對較好,即在多臺機器上的線性加速比相對較好,適合于多節點并行計算,對機器無特殊要求,一般對內存、IO要求較低。


不同CAE業務場景的擴展性排序大抵如下圖所示,從上往下逐步提高。

比如,隱式算法計算電磁學,并行度沒那么高,適合單機、高配,IO、性能越高越好。
而計算流體力學、結構力學這種業務場景,線性加速性能比較好,適合暴力堆機器,多機并行。

2. 針對某CAE應用的最佳實踐參考

根據某CAE應用的最佳實踐:
在同等核數下運行該應用,開關超線程的成本差距并不大,但關閉超線程可以節省約一半甚至更多的時間,性價比相當高。

我們建議藍箭:
第一,針對該應用統一關閉超線程跑;
第二,設置資源分區,一個開超線程分區,一個關超線程分區,讓用戶分開使用。研發團隊可以根據自身業務場景需求,選擇不同的分區。


我們為藍箭提供的最佳CAE應用實踐參考,極大地幫助了研發團隊更好地利用資源,從而提升計算效率,節省計算成本。

三、DEBUG,處理研發與IT之間的交叉區域問題

這第三件事,最令人頭大,也最耗精力。
有時候,可能讓TA從睜眼到閉眼都被BUG環繞。

我們能做的:
1. 根據最佳實踐和經驗進行預判,幫TA預防掉一些問題;
2. 產品級能力,通過把手動過程IT自動化,減少一些問題;
3. 我們幫TA定位并解決一些問題。
讓TA能把時間花在更重要的事情上。


為什么有這么多問題?
根本原因在于,研發與IT之間是有壁的,他們說的是不同世界的語言。而且壁與壁之間還有一段不小的距離,不知道該歸誰管,需要懂交叉學科的人才。
有些交叉領域問題,IT可能真不了解,研發可能不得不自學大量技能。

詳情可戳這篇:八大類主流工業仿真平臺【心累指數】終極評測(上)


我們在這方面表現非常優秀,下圖可以看出來:
我們能為交叉領域提供專業支持,包括技術支持、故障響應、使用咨詢等,讓研發從此可以專注研發。

04、CSM定制專業服務單核時成本下降73%

CSM(Customer Success Manager),客戶成功經理,作為關鍵客戶服務接口,主要為藍箭提供了以下兩類服務:


1. 定制全天候專業服務
為客戶定制專業的服務計劃,包括整體運維管理、資源統計分析、賬單分析、周期性服務事件匯總等。通過全天候主動式服務,快速響應及閉環用戶遇到的問題,提升用戶使用體驗。


2. 業務高峰期重保服務

CSM還提供業務高峰期重保服務,協助用戶平穩度過業務高峰,保障關鍵業務順利開展。


今天我們只看定制全天候專業服務。

先看效果:
1. 提升用戶研發效率,保障整體業務穩定性;
2. 整個研發平臺使用期間,單核時成本下降達73%
單核時成本反映了每單位計算資源的費用,從而直接反映了資源利用的效率
注:此單核時費用,包含計算、存儲、網絡、服務等整體費用

根據CSM的工作與效果,我們大致把整個業務分為三個階段:


階段一:業務早期磨合期
平臺上線初期,業務場景不固定,用戶大量保留原本較粗放的使用習慣,資源按需使用計費的情況較多。


這一階段,CSM積極開展用戶調研,并定期與用戶的業務團隊leader進行用量數據分析,結合實際業務開展的情況,輸出計算資源合理使用建議,實施按需OD轉包月RI策略,使得資源使用逐步精細化、合理化。
同時,CSM針對CAE應用進行深度支持,建立起基礎監控告警策略,開展研發平臺使用培訓,并快速響應和處理用戶日常問題,充分保證業務運行穩定。


階段二:中期深入優化期
隨著用戶業務的推進,GPU資源使用逐步增多,由于GPU資源成本較高,使得單核時成本出現顯著上升,由此,不合理的資源使用帶來的成本浪費也被放大。


CSM根據監控數據發現了這一問題,指導用戶進行合理的資源選型和業務分配,讓資源利用更加合理、高效。同時,深入使用場景,協助用戶持續優化告警策略,增設了核時波動告警、實例空閑告警等,進一步提升平臺穩定性,并為持續性的成本優化提供了數據支撐。


階段三:持續優化的平穩期
經歷了前兩個階段的波動之后,業務穩定性單核時成本均邁入了小步穩定向好的態勢。


在這一階段,CSM持續提供主動巡檢、定期數據分析、使用技巧賦能、安全加固規劃、產品需求追蹤落地等服務支撐,深耕細化,持續提升用戶體驗。


CSM主要做了哪幾件事?

一、全方位系統監控&飛書告警策略

CSM為藍箭搭建全方位系統監控&告警策略體系
初期,協助用戶創建基礎監控體系,提前預防問題,降低系統風險;
中后期,深入使用場景,協助用戶持續優化告警策略,比如核時波動告警、實例空閑告警等,進一步提升平臺穩定性,為持續性成本優化提供數據支持。


平臺級告警處理:
一旦發現問題,CSM會結合用戶調研與數據分析情況,與用戶進行及時溝通和風險預警提示,根據實際業務運行情況針對性輸出建議,指導用戶進行合理資源選型與業務分配,讓資源利用更加合理、高效。


用戶級告警處理:
1. 告警信息會被通知至飛書群;
2. 接收人收到飛書告警后,匹配資源所屬研發并定向通知至本人;
3. 資源所屬研發收到告警通知后,進行后續操作。

二、周/月/年度數據分析,定期匯報與溝通

為了提供最高效、最全面的服務,CSM向藍箭提供了周/月/年度數據分析報告,緊急問題隨時線上會議交流。
這種定期和主動的溝通方式,一方面能使我們更好更及時地響應、理解和滿足用戶的需求,另一方面,也為管理者提供一個及時、全面的視角,掌握平臺的整體運營情況、研發團隊遇到的問題和需求的最新進展。

三、主動巡檢,7*24小時技術問題響應

面對各類復雜問題,我們始終堅持以用戶、業務為中心,以專業的團隊及時響應、處理問題,確保問題得到完整的閉環。
年度問題處理與閉環總計:400+,覆蓋平臺搭建與維護、CAE應用安裝與維護、網絡調試與維護等問題。

四、專項培訓與FAQ總結

CSM還會組織專項培訓FAQ總結分享,助力形成內部沉淀,提高工作效率,更加迅速和準確地解決問題。


1. 持續培訓
為幫助研發團隊充分理解和快速掌握平臺的使用,CSM會針對使用過程中的一些疑問進行集中專項培訓,尤其是在平臺上線與更新、新人入職期間加大培訓力度,并以文檔、培訓視頻方式形成內部沉淀。


2. FAQ總結
為了提高研發人員解決問題的效率和自助能力,針對共性和普遍性存在的問題,CSM每月都會整理和更新常見問題集(FAQ),在藍箭內部分享,減少重復問題帶來的溝通時間成本,提高用戶體驗。

Take Away

1. 張昌武說:“我們某種程度上在中國商業航天領域里面是一個最早的發起者,也是在這過程中一個持續的參與者和推動者。因為這個行業是沒有一個現成的樣板讓我們去模仿,讓我們去抄襲的。我們只有自己去定義,這個行業該怎么去走?!?br>我們也感到非常榮幸,能有機會參與并推動中國自主商業航天領域的發展。


2. 在產品調研中用戶反饋,我們的產品在短時間即可滿足絕大多數業務流程和功能,幫他們節省了很多時間和人力,快速實現整個研發環境的從零到一。而且很重要的一點是,原來的使用方式都是單機為主,現在實現了集群化和自動化,大大提升了研發效率。


3. 國內工業制造領域陸續進入產業升級數字化轉型階段,尤其對于主打自主研發創新的公司,工業仿真軟件是智能制造設計研發環境不可或缺的工具,在產品迭代過程給予的技術支撐作用日益凸顯,各環節都需要與仿真技術進行深度融合,加快迭代周期,節省時間和資源。我們的仿真研發平臺以及擁有的R&D-IT能力,對這類公司的快速起飛能起到非常好的推動作用。

關于藍箭航天

藍箭航天空間科技股份有限公司(藍箭航天)是國內領先的航天運輸系統創建及運營的商業公司,成立于2015年,國家高新技術企業,國際宇航聯合會(IAF)會員。藍箭航天以國家戰略為指引,以市場需求為導向,致力于研制以液氧甲烷作為推進劑的中大型運載火箭系列產品,為全球市場提供高性價比、高可靠性的發射服務。秉承高度集成化、智能化的產品設計和研發理念,藍箭航天憑借卓越的創新能力及專業技術團隊解決產品設計、制造、測試和交付,構建商業航天領域的科技綜合體,打造世界一流商業航天企業。

關于fastone云平臺在各種CAE應用上的表現,可以點擊以下應用名稱查看:

Bladed │ Fluent │ LS-DYNA │ COMSOL

速石科技工業仿真行業白皮書,可以戳下方查看:
仿真宇宙|評測篇(上) |評測篇(下)

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