梅敬成:國產自主CAE需要國產自主CAD助攻 (CrownCAD)

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會議回顧

2021年5月28-30日,2021全國網格生成及應用研討會在杭州成功舉辦。本次會議由中國空氣動力學會主辦,中國空氣動力學會計算空氣動力學專業委員會、中國空氣動力研究與發展中心、浙江大學承辦,杭州電子科技大學協辦,旨在搭建網格生成產學研用交流平臺、研討數值計算網格生成共性問題、匯聚網格生成學術領域創新成果、助力大型工業模擬軟體研發應用、促進網格生成相關學科協同發展。共有來自49所高校、科研院所及19家高新企業的近300位領域內專家學者參加會議。

浙江大學航空航天學院阮祥新院長、中山大學特聘教授鄭敏、中國空氣動力研究與發展中心陳作斌研究員、桂業偉研究員、中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所陳堅強所長、浙江大學航空航天學院長江特聘學者鄭耀教授等領匯出席了大會開幕式。開幕式由中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所科技處長鬍天勇主持。

開幕式上,阮祥新院長及大會共同主席陳堅強所長、鄭耀教授致歡迎辭。三位領導對到會專家學者表示了誠摯的歡迎和感謝,並對國內網格事業的未來發展提出了構想和希冀。與會專家學者反響積極,現場氛圍十分熱烈。

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業內頂級學者王志堅教授、羅世煊教授應浙江大學求是空天講座邀請作主旨報告

意外驚喜的是,34年後,我透過影片再見到羅世煊教授!羅教授是“四面體網格劃分”的先驅。我87年在法國標誌汽車公司做工程師學位實習的時候,曾和他同在一個辦公室幾個月,直到他回香港大學任教。那時他剛剛獲得法國工程師博士學位,在標誌公司做博士後。那時經常看到他在辦公桌上擺弄著一些用硬紙片做的四面體,多年後才知道,他成為了四面體網格劃分領域的專家。

開幕式後,大會邀請中國空氣動力研究與發展中心龐宇飛高工、北京大學劉劍飛副教授、中國航發動力所黎旭研究員、浙江大學航空航天學院陳建軍教授作大會報告。

會議組織業內專家開展圓桌討論,我很榮幸參加討論。大家針對國產自主軟體的瓶頸、未來的發展模式和思路以及國產自主軟體如何適應市場需求等問題各抒己見,進行頭腦風暴,共同為網格生成及應用事業的發展群策群力。

梅敬成:國產自主CAE需要國產自主CAD助攻 (CrownCAD)

會前我受邀做了一個會前講課,題目是:“三維CAD發展歷程和麵向CAE分析的相關技術 —— 幾何建模、修復清理、模型簡化。”

我的講課分兩個部分:第一個部分介紹三維CAD發展歷程,從“起源於高階製造、繁榮於技術進步、顛覆於模式創新”三個方面介紹三維CAD的過去、現在和未來。對與CAE分析相關的三維幾何建模引擎、幾何約束求解器、曲面造型、引數化實體建模進行重點介紹。

第二部分介紹面向CAE分析的三維CAD相關技術:包括非流形(non-manifold)的BRep結構表達和造型演算法(如非規則的布林運算),CAD模型的匯入(國際標準格式、主流CAD格式直讀)、匯入後的模型修復和清理,以及模型的簡化(如剔除細節、刪除倒圓角)、和理想化(如抽中面)。

梅敬成:國產自主CAE需要國產自主CAD助攻 (CrownCAD)

CAD/CAE共榮發展

梅敬成:國產自主CAE需要國產自主CAD助攻 (CrownCAD)

留法的博士論文是關於大變形有限元CAE分析的,工作後才轉向CAD軟體研發,因此對CAE領域一直懷有感情。因此也一直關注國產自主CAE的發展。

中國在數值計算方法很早就有比較突出的成果,以馮康為代表的老一代數學家在有限元理論方面的研究處於世界領先地位,在工程應用方面也取得了相當的成功。只可惜由於種種客觀原因的限制(主要是計算機在中國發展的限制以及投入不足),中國的CAE軟體沒能取得長足的發展。也導致了目前中國CAE軟體市場被國外軟體一統天下的局面。

北京聯訊動力諮詢公司總經理、南山工業書院創始人林雪萍的文章:“國之重器淪為能見度極低的產業,中國模擬軟體三十年坎坷路”,對中國的CAE發展歷史,有詳細的描述和分析。

近些年來,隨著國家對自主“工業軟體”的高度重視,很多科研院所和軟體公司,相繼推出了面向各個領域的自主的CAE系統,為什麼這些系統沒有能夠在市場上推廣開來呢?

我認為一個重要原因,就是缺乏一個高效的前處理工具。

一般認為,有限元的前處理,佔整體模擬工作時間的70%。因此即使我們有好的求解器,能對標國外主流軟體,如果沒有一個自主的、能夠與國外系統相媲美的前處理工具,整體系統也很難在市場上推廣開來。

關於前處理的核心部分“網格劃分”,其實國內很多單位也有很多建樹,研發了各種各樣的高效演算法。

那麼為什麼還是沒有能夠開發相應的、客戶期待的前處理工具呢?

我認為一個重要原因,就是缺少自主CAD技術的支援!

早年我做有限元分析的時候,用的是CAE前處理工具先驅 PATRAN,可以自主生成網格,不使用複雜幾何建模工具。但是現在不同了,三維CAD的普及,使得人們不願意從零開始再建分析模型,因此能夠匯入和處理CAD模型就變得十分關鍵。而且即使自主建立分析模型,也是基於先進的CAD核心技術開發的建模功能,以提高建模效率。

國產CAE軟體的前處理,由於沒能使用商用的CAD幾何建模引擎(以前是“成本”原因、現在是“卡脖子”風險),因此CAD模型處理困難、效率低、效果差,滿足不了使用者的要求。導致整體CAE系統也沒法在市場上推廣。

鑑於目前國產自主CAE的研發困境,我們非常希望能夠和廣大的CAE廠商合作,提供完全自主的三維幾何建模引擎DGM,提供我們正在研發的“CrownCAD for CAE”平臺。

三維幾何建模引擎DGM,具備100%原始碼,擁有完全自主智慧財產權。對標國外高階幾何建模引擎Parasolid和ACIS,並與其相容。

基於自主核心DGM,我們研發了國內首款、完全自主、基於雲架構的三維CAD產品CrownCAD。“CrownCAD for CAE”平臺就是在CrownCAD基礎上構建的一個面向CAE的、基於雲架構的前後處理平臺。

“CrownCAD for CAE”平臺以CrownCAD整體框架和基礎建模功能為基礎,加入“模型修復、清理、簡化和理想化”等專業功能,前端專注網格的顯示、編輯以及邊界條件、載荷的定義,伺服器端緊密整合專業“網格生成演算法”,期待該平臺能夠將CAE軟體研發者從“幾何建模和處理”這件“又髒又累、也不擅長”的工作中解放出來,把精力投入到“網格生成演算法”和“求解器”等攻堅任務中去,早日開發出能夠與國外軟體抗衡的國產自主雲CAE系統。

希望我們國產自主的CAD技術,能夠助力國產自主CAE的進步,實現CAD/CAE共榮發展。

梅敬成:國產自主CAE需要國產自主CAD助攻 (CrownCAD)

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