ADAMS的发展史

Multibody system history of ADAMS

                                                                                                                            Nicolae V. Orlandea

        本篇也是对上述文献进行翻译，以期了解下ADAMS的历史，以史为镜，可以知兴替。

        我是从1963年开始从事运动及动力学的事情，当时在Polytechnic Institute of CLUJ Romania有份职位让我进行机械机构学（theory of machinery and mechanisms, TMM）的教学工作。

        因为这个缘故，我的一个访美教授推荐我去美国攻读研究所学位。经过长时间的等待，终于收到了出境签证。我是1970年2月25日到的美国。对于TMM我已经很了解，并研究了世界范围内有关此的进展，但是我没有编程基础，且不怎么会说英语。所以我参加了Michigan大学的英语研究机构。

        在TMM领域，对3D的多自由度系统进行运动学动力学求解的研究还比较零散。有两个杰出的项目：The John Uicker 4X4矩阵公式在集成机构（integrated mechanism program, IMP）电脑程序中实现；Milton. A. Chace用于2D多自由度计算的公式在机构动态响应（dynamic response of articulated machineries, DRAM）程序中实现。一个有组织的多体运动学动力学领域并不存在。

        在1970年来到美国后，那时还在机构学英语，很幸运的在哥伦比亚ASME会议上联合发表了动力学的文章[1]，那里碰到了教授Milton Chace和教授John Uicker，Chace教授问我以后的打算，我表示了想进行研究所项目研究。他告诉我密歇根是个很好的地方，并承诺帮我留在那里。一个月后，我收到了电气工程部门Don Calahan教授的电话，邀请我进行面试。很快，作为研究所被录取了，并有两个导师，来自机械工程部的Milton Chace教授和来自电气及科学计算部门的Don Calahan教授。在后续的讨论中，Don Calahan教授使我了解到了IBM的分析程序，即advanced statistical analysis program, ASTAP及分析工具[2]。其中一个工具便是稀疏矩阵方法。Calahan教授也告诉我他预感会有机械系统的分析程序，其中不会用到矩阵逆运算或矩阵乘法，因为这些需要太多的计算操作，耗时低效。他告诉我避免与0相乘，因为这个需要的计算资源与两个非零数相乘一样。这些让我认识到数值效率的重要性。因此我选择了隐式后向差分法，也叫Gear 算法。主要还是考虑到此方法的数值稳定性，并且也能够解决数值刚性问题，尽管数值刚性的系统很少。在密歇根学习阶段，我碰到了Pardip Sheth，他是Uicker教授的学生。我们俩讨论了很多都感兴趣的话题，我还参加了他教的线性动力学课程。

        在这个阶段，John Uicker带着IMP，我带着还在编写的程序参加了SAE组织的应力计算会议，标杆是对雪佛兰迈锐宝的前悬架进行数值动态模拟，试验是由雪佛兰公司完成的，我们俩独立提交了计算结果，吻合度都很好。

        在1973年，我博士毕业了。我的论文包含了节点方程、稀疏矩阵、后向差分及拉格朗日方程。这些都应用到了我正在编写的数值计算软件，我称它为 automatic dynamic analysis of mechanical systems (ADAMS)。

        在1974年，我正在计算波音747的起落架、一个整车、用于核反应堆内部的被称为玻璃碳的扭曲石墨晶格，所有这些都是用ADAMS完成，有机械、机构和材料晶格。这些已经超出了机械机构领域，我称为多体系统动力学，这个定义也被欧洲的同行接受。

        在这之后，我短暂离开美国，在Chace教授的帮助下又经都柏林、爱尔兰返回美国。那时候，Mechanical Dynamics, Inc (MDI)将ADAMS作为他们的一款产品，我非常高兴MDI致力于在全球推广ADAMS，Chace教授一直也想商业化ADAMS，这也被证明是程序周期中的重要一步。由于用户的反馈及需求，程序在MDI及我的支持下不断提升。

        原始的ADAMS免费副本直到1984年才能从位于亚特兰大的Cosmic获取，不管是谁要，都需要针对其电脑及操作系统重新编写某些部分。原始的ADAMS是用密歇根的终端系统和Amdahl编写的。

        我在找工作，但是很难，因为我的签证状况及石油禁运危机。在1974年，我加入密歇根大学医学院作为设计了诊断脑肿瘤的伽马射线摄影机横轴断层扫描仪的五名科学家之一。我喜欢这个项目因为它的人性化，我用多体系统设计机械并监督其运行，核医学杂志上面有这篇文章[4]。

        此后不久，位于Ames的爱荷华州立大学（ISU）邀请我去做访问副教授，考虑到Chace教授帮我返回美国，我请求他照看ADAMS，时不时的，MDI会请我支持ADAMS。

        在ISU的课堂上，我碰到了Roger Wehage，一个研究生，我觉得他很不错：认真听，努力工作，并且付诸实践，我建议他继续攻读博士，我很高兴他做了。

        1976年，我收到了Deere公司的永久性工作邀请，我在那里工作了21年。Chace教授和Calahan教授在ASME会议上向大家介绍了ADAMS，之后，Edward Haug教授邀请我在爱荷华大学教ADAMS理论。我去了，并且推荐Roger做了ED的学生，教完ADAMS的课后，ED也开始在爱荷华大学进行多体系统计算研究，Roger和ED开发了DADS程序，之后从爱荷华大学出来了很多研究人员，像R. Wehage, A. Shabana, A. Sheffer。

        当我在Deere工作时，空闲之余，我也继续做ADAMS的开发，“lower index methods of numerical itegration”这个被ADAMS和Roger还有我开发的2D计算程序（我称之为 mechanical computer-aided dynamic analysis, MCADA）使用，这个程序用来测试不同的数值算法。例如 index是1和2的Newmark及HHT数值积分方法。

        1977年在Deere退休后，我又搬回了Ann Arbor, 在密歇根机械学院做兼职教授，MDI从我这购买了STF Index2的方法，我支持做了调试并在ADAMS中实现直到2007年。在2000年，我做了五次冠状动脉搭桥手术，在2003年我从大学退休。我一直是IMechE Journal of Multibody Dynamics的副主编，直到2007年Shabana接替。在密歇根教学期间，我对平行运动机构产生了兴趣，比如昆虫，这个结构太赞了。他们被用作飞行员培训、精确医疗设备、精确机构等。

        在2000年密歇根大学的时候，我组织了“2000 international conference in PKM”，有来自于全世界的科学家，这是次成功的尝试。

        最后提三点在ADAMS生涯中重要的三个科学事件。第一个是ADAMS的第一个版本；第二个是Gisly Ottarson根据Shabana的工作引入了柔性体，从此打开了耐久性分析的大门；最后一个是STF低指数计算方法，这个保证率计算质量。Gear也证明了Index 2 对于机械系统是足够的，Index1也行，但是效率不如Index 2，因为引入了加速度约束。

References

[1] Maros, D., and Orlandea, N., 1971, “Contribution to the Determination of the Equations of Motion for Multidegree of Freedom Systems”, ASME J. Eng. Ind., 93(1), pp. 191-195.

[2] IBM, 1971, “ASTP(Advanced Statistical Analysis Program)”, System Products Division, IBM, East Fishkill, NY, pp. 192-195.

[3] Orlandea, N., 1973, “Node Analogous, Sparsity Oriented Methods for Simulation of Mechanical Dynamic System”, Doctoral thesis, The University of Michigan, Ann Arbor, MI.

[4] Keyes, J. W., Jr., Orlandea, N., Helderls, W.J., Leonard, P. F., and Rogers, W. L., 1977, “The Humongotron: A Scintillation Camera Transaxial Tomography”, Nucl. J. Med., 18(4), pp. 381-387.

[5] Gear, C. W., 1988, “Differential-Algebraic Equation Index Transformation”, SIAM J. Sci. Stat. Comp., 9(1), pp. 39-47.