梅敬成:国产自主CAE需要国产自主CAD助攻——写在“2021全国网格生成及应用研讨会(MEGAS 2021)”召开之后

2021-06-04 10:08:18 28
会议回顾

2021年5月28-30日,2021全国网格生成及应用研讨会在杭州成功举办。本次会议由中国空气动力学会主办,中国空气动力学会计算空气动力学专业委员会、中国空气动力研究与发展中心、浙江大学承办,杭州电子科技大学协办,旨在搭建网格生成产学研用交流平台、研讨数值计算网格生成共性问题、汇聚网格生成学术领域创新成果、助力大型工业仿真软件研发应用、促进网格生成相关学科协同发展。共有来自49所高校、科研院所及19家高新企业的近300位领域内专家学者参加会议。


浙江大学航空航天学院阮祥新院长、中山大学特聘教授郑敏、中国空气动力研究与发展中心陈作斌研究员、桂业伟研究员、中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所陈坚强所长、浙江大学航空航天学院长江特聘学者郑耀教授等领导出席了大会开幕式。开幕式由中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所科技处长胡天勇主持。


开幕式上,阮祥新院长及大会共同主席陈坚强所长、郑耀教授致欢迎辞。三位领导对到会专家学者表示了诚挚的欢迎和感谢,并对国内网格事业的未来发展提出了构想和希冀。与会专家学者反响积极,现场氛围十分热烈。


业内顶级学者王志坚教授、罗世煊教授应浙江大学求是空天讲座邀请作主旨报告。

意外惊喜的是,34年后,我通过视频再见到罗世煊教授!罗教授是“四面体网格划分”的先驱。我87年在法国标志汽车公司做工程师学位实习的时候,曾和他同在一个办公室几个月,直到他回香港大学任教。那时他刚刚获得法国工程师博士学位,在标志公司做博士后。那时经常看到他在办公桌上摆弄着一些用硬纸片做的四面体,多年后才知道,他成为了四面体网格划分领域的专家。


开幕式后,大会邀请中国空气动力研究与发展中心庞宇飞高工、北京大学刘剑飞副教授、中国航发动力所黎旭研究员、浙江大学航空航天学院陈建军教授作大会报告。


会议组织业内专家开展圆桌讨论,我很荣幸参加讨论。大家针对国产自主软件的瓶颈、未来的发展模式和思路以及国产自主软件如何适应市场需求等问题各抒己见,进行头脑风暴,共同为网格生成及应用事业的发展群策群力。



会前我受邀做了一个会前讲课,题目是:“三维CAD发展历程和面向CAE分析的相关技术 -- 几何建模、修复清理、模型简化。”


我的讲课分两个部分:第一个部分介绍三维CAD发展历程,从“起源于高端制造、繁荣于技术进步、颠覆于模式创新”三个方面介绍三维CAD的过去、现在和未来。对与CAE分析相关的三维几何建模引擎、几何约束求解器、曲面造型、参数化实体建模进行重点介绍。


第二部分介绍面向CAE分析的三维CAD相关技术:包括非流形(non-manifold)的BRep结构表达和造型算法(如非规则的布尔运算),CAD模型的导入(国际标准格式、主流CAD格式直读)、导入后的模型修复和清理,以及模型的简化(如剔除细节、删除倒圆角)、和理想化(如抽中面)。







CAD/CAE共荣发展

我留法的博士论文是关于大变形有限元CAE分析的,工作后才转向CAD软件研发,因此对CAE领域一直怀有感情。因此也一直关注国产自主CAE的发展。


中国在数值计算方法很早就有比较突出的成果,以冯康为代表的老一代数学家在有限元理论方面的研究处于世界领先地位,在工程应用方面也取得了相当的成功。只可惜由于种种客观原因的限制(主要是计算机在中国发展的限制以及投入不足),中国的CAE软件没能取得长足的发展。也导致了目前中国CAE软件市场被国外软件一统天下的局面。


北京联讯动力咨询公司总经理、南山工业书院创始人林雪萍的文章:“国之重器沦为能见度极低的产业,中国仿真软件三十年坎坷路”,对中国的CAE发展历史,有详细的描述和分析。


近些年来,随着国家对自主“工业软件”的高度重视,很多科研院所和软件公司,相继推出了面向各个领域的自主的CAE系统,为什么这些系统没有能够在市场上推广开来呢?


我认为一个重要原因,就是缺乏一个高效的前处理工具。


一般认为,有限元的前处理,占整体仿真工作时间的70%。因此即使我们有好的求解器,能对标国外主流软件,如果没有一个自主的、能够与国外系统相媲美的前处理工具,整体系统也很难在市场上推广开来。


关于前处理的核心部分“网格划分”,其实国内很多单位也有很多建树,研发了各种各样的高效算法。


那么为什么还是没有能够开发相应的、客户期待的前处理工具呢?


我认为一个重要原因,就是缺少自主CAD技术的支持!


早年我做有限元分析的时候,用的是CAE前处理工具先驱 PATRAN,可以自主生成网格,不使用复杂几何建模工具。但是现在不同了,三维CAD的普及,使得人们不愿意从零开始再建分析模型,因此能够导入和处理CAD模型就变得十分关键。而且即使自主创建分析模型,也是基于先进的CAD内核技术开发的建模功能,以提高建模效率。


国产CAE软件的前处理,由于没能使用商用的CAD几何建模引擎(以前是“成本”原因、现在是“卡脖子”风险),因此CAD模型处理困难、效率低、效果差,满足不了用户的要求。导致整体CAE系统也没法在市场上推广。


鉴于目前国产自主CAE的研发困境,我们非常希望能够和广大的CAE厂商合作,提供完全自主的三维几何建模引擎DGM,提供我们正在研发的“CrownCAD for CAE”平台。


三维几何建模引擎DGM,具备100%源代码,拥有完全自主知识产权。对标国外高端几何建模引擎Parasolid和ACIS,并与其兼容。


基于自主内核DGM,我们研发了国内首款、完全自主、基于云架构的三维CAD产品CrownCAD。“CrownCAD for CAE”平台就是在CrownCAD基础上构建的一个面向CAE的、基于云架构的前后处理平台。


“CrownCAD for CAE”平台以CrownCAD整体框架和基础建模功能为基础,加入“模型修复、清理、简化和理想化”等专业功能,前端专注网格的显示、编辑以及边界条件、载荷的定义,服务器端紧密集成专业“网格生成算法”,期待该平台能够将CAE软件研发者从“几何建模和处理”这件“又脏又累、也不擅长”的工作中解放出来,把精力投入到“网格生成算法”和“求解器”等攻坚任务中去,早日开发出能够与国外软件抗衡的国产自主云CAE系统。


希望我们国产自主的CAD技术,能够助力国产自主CAE的进步,实现CAD/CAE共荣发展。




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