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梅敬成：國(guó)產(chǎn)自主CAE需要國(guó)產(chǎn)自主CAD助攻——寫在“2021全國(guó)網(wǎng)格生成及應(yīng)用研討會(huì)（MEGAS 2021）”召開之后

梅敬成：國(guó)產(chǎn)自主CAE需要國(guó)產(chǎn)自主CAD助攻——寫在“2021全國(guó)網(wǎng)格生成及應(yīng)用研討會(huì)（MEGAS 2021）”召開之后

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2022-03-17 08:14:55 1

會(huì)議回顧

2021年5月28-30日，2021全國(guó)網(wǎng)格生成及應(yīng)用研討會(huì)在杭州成功舉辦。本次會(huì)議由中國(guó)空氣動(dòng)力學(xué)會(huì)主辦，中國(guó)空氣動(dòng)力學(xué)會(huì)計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心、浙江大學(xué)承辦，杭州電子科技大學(xué)協(xié)辦，旨在搭建網(wǎng)格生成產(chǎn)學(xué)研用交流平臺(tái)、研討數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格生成共性問題、匯聚網(wǎng)格生成學(xué)術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新成果、助力大型工業(yè)仿真軟件研發(fā)應(yīng)用、促進(jìn)網(wǎng)格生成相關(guān)學(xué)科協(xié)同發(fā)展。共有來(lái)自49所高校、科研院所及19家高新企業(yè)的近300位領(lǐng)域內(nèi)專家學(xué)者參加會(huì)議。

浙江大學(xué)航空航天學(xué)院阮祥新院長(zhǎng)、中山大學(xué)特聘教授鄭敏、中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心陳作斌研究員、桂業(yè)偉研究員、中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心計(jì)算空氣動(dòng)力研究所陳堅(jiān)強(qiáng)所長(zhǎng)、浙江大學(xué)航空航天學(xué)院長(zhǎng)江特聘學(xué)者鄭耀教授等領(lǐng)導(dǎo)出席了大會(huì)開幕式。開幕式由中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心計(jì)算空氣動(dòng)力研究所科技處長(zhǎng)胡天勇主持。

開幕式上，阮祥新院長(zhǎng)及大會(huì)共同主席陳堅(jiān)強(qiáng)所長(zhǎng)、鄭耀教授致歡迎辭。三位領(lǐng)導(dǎo)對(duì)到會(huì)專家學(xué)者表示了誠(chéng)摯的歡迎和感謝，并對(duì)國(guó)內(nèi)網(wǎng)格事業(yè)的未來(lái)發(fā)展提出了構(gòu)想和希冀。與會(huì)專家學(xué)者反響積極，現(xiàn)場(chǎng)氛圍十分熱烈。

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業(yè)內(nèi)*學(xué)者王志堅(jiān)教授、羅世煊教授應(yīng)浙江大學(xué)求是空天講座邀請(qǐng)作主旨報(bào)告。

意外驚喜的是，34年后，我通過視頻再見到羅世煊教授！羅教授是“四面體網(wǎng)格劃分”的先驅(qū)。我87年在法國(guó)標(biāo)志汽車公司做工程師學(xué)位實(shí)習(xí)的時(shí)候，曾和他同在一個(gè)辦公室?guī)讉€(gè)月，直到他回香港大學(xué)任教。那時(shí)他剛剛獲得法國(guó)工程師博士學(xué)位，在標(biāo)志公司做博士后。那時(shí)經(jīng)常看到他在辦公桌上擺弄著一些用硬紙片做的四面體，多年后才知道，他成為了四面體網(wǎng)格劃分領(lǐng)域的專家。

開幕式后，大會(huì)邀請(qǐng)中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心龐宇飛高工、北京大學(xué)劉劍飛副教授、中國(guó)航發(fā)動(dòng)力所黎旭研究員、浙江大學(xué)航空航天學(xué)院陳建軍教授作大會(huì)報(bào)告。

會(huì)議組織業(yè)內(nèi)專家開展圓桌討論，我很榮幸參加討論。大家針對(duì)國(guó)產(chǎn)自主軟件的瓶頸、未來(lái)的發(fā)展模式和思路以及國(guó)產(chǎn)自主軟件如何適應(yīng)市場(chǎng)需求等問題各抒己見，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，共同為網(wǎng)格生成及應(yīng)用事業(yè)的發(fā)展群策群力。

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會(huì)前我受邀做了一個(gè)會(huì)前講課，題目是：“三維CAD發(fā)展歷程和面向CAE分析的相關(guān)技術(shù) -- 幾何建模、修復(fù)清理、模型簡(jiǎn)化。”

我的講課分兩個(gè)部分：*個(gè)部分介紹三維CAD發(fā)展歷程，從“起源于高端制造、繁榮于技術(shù)進(jìn)步、顛覆于模式創(chuàng)新”三個(gè)方面介紹三維CAD的過去、現(xiàn)在和未來(lái)。對(duì)與CAE分析相關(guān)的三維幾何建模引擎、幾何約束求解器、曲面造型、參數(shù)化實(shí)體建模進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

第二部分介紹面向CAE分析的三維CAD相關(guān)技術(shù)：包括非流形（non-manifold）的BRep結(jié)構(gòu)表達(dá)和造型算法（如非規(guī)則的布爾運(yùn)算），CAD模型的導(dǎo)入（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)格式、主流CAD格式直讀）、導(dǎo)入后的模型修復(fù)和清理，以及模型的簡(jiǎn)化（如剔除細(xì)節(jié)、刪除倒圓角）、和理想化（如抽中面）。

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CAD/CAE共榮發(fā)展

我留法的博士論文是關(guān)于大變形有限元CAE分析的，工作后才轉(zhuǎn)向CAD軟件研發(fā)，因此對(duì)CAE領(lǐng)域一直懷有感情。因此也一直關(guān)注國(guó)產(chǎn)自主CAE的發(fā)展。

中國(guó)在數(shù)值計(jì)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(shù)學(xué)家在有限元理論方面的研究處于**地位，在工程應(yīng)用方面也取得了相當(dāng)?shù)某晒ΑＶ豢上в捎诜N種客觀原因的限制（主要是計(jì)算機(jī)在中國(guó)發(fā)展的限制以及投入不足），中國(guó)的CAE軟件沒能取得長(zhǎng)足的發(fā)展。也導(dǎo)致了目前中國(guó)CAE軟件市場(chǎng)被國(guó)外軟件一統(tǒng)天下的局面。

北京聯(lián)訊動(dòng)力咨詢公司總經(jīng)理、南山工業(yè)書院創(chuàng)始人林雪萍的文章：“國(guó)之重器淪為能見度極低的產(chǎn)業(yè)，中國(guó)仿真軟件三十年坎坷路”，對(duì)中國(guó)的CAE發(fā)展歷史，有詳細(xì)的描述和分析。

近些年來(lái)，隨著*對(duì)自主“工業(yè)軟件”的高度重視，很多科研院所和軟件公司，相繼推出了面向各個(gè)領(lǐng)域的自主的CAE系統(tǒng)，為什么這些系統(tǒng)沒有能夠在市場(chǎng)上推廣開來(lái)呢？

我認(rèn)為一個(gè)重要原因，就是缺乏一個(gè)高效的前處理工具。

一般認(rèn)為，有限元的前處理，占整體仿真工作時(shí)間的70%。因此即使我們有好的求解器，能對(duì)標(biāo)國(guó)外主流軟件，如果沒有一個(gè)自主的、能夠與國(guó)外系統(tǒng)相媲美的前處理工具，整體系統(tǒng)也很難在市場(chǎng)上推廣開來(lái)。

關(guān)于前處理的核心部分“網(wǎng)格劃分”，其實(shí)國(guó)內(nèi)很多單位也有很多建樹，研發(fā)了各種各樣的高效算法。

那么為什么還是沒有能夠開發(fā)相應(yīng)的、客戶期待的前處理工具呢?

我認(rèn)為一個(gè)重要原因，就是缺少自主CAD技術(shù)的支持！

早年我做有限元分析的時(shí)候，用的是CAE前處理工具先驅(qū) PATRAN，可以自主生成網(wǎng)格，不使用復(fù)雜幾何建模工具。但是現(xiàn)在不同了，三維CAD的普及，使得人們不愿意從零開始再建分析模型，因此能夠?qū)牒吞幚鞢AD模型就變得十分關(guān)鍵。而且即使自主創(chuàng)建分析模型，也是基于先進(jìn)的CAD內(nèi)核技術(shù)開發(fā)的建模功能，以提高建模效率。

國(guó)產(chǎn)CAE軟件的前處理，由于沒能使用商用的CAD幾何建模引擎（以前是“成本”原因、現(xiàn)在是“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)），因此CAD模型處理困難、效率低、效果差，滿足不了用戶的要求。導(dǎo)致整體CAE系統(tǒng)也沒法在市場(chǎng)上推廣。

鑒于目前國(guó)產(chǎn)自主CAE的研發(fā)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(fā)的“CrownCAD for CAE”平臺(tái)。

三維幾何建模引擎DGM，具備100%源代碼，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。對(duì)標(biāo)國(guó)外高端幾何建模引擎Parasolid和ACIS，并與其兼容。

基于自主內(nèi)核DGM，我們研發(fā)了國(guó)內(nèi)*、完全自主、基于云架構(gòu)的三維CAD產(chǎn)品CrownCAD。“CrownCAD for CAE”平臺(tái)就是在CrownCAD基礎(chǔ)上構(gòu)建的一個(gè)面向CAE的、基于云架構(gòu)的前后處理平臺(tái)。

“CrownCAD for CAE”平臺(tái)以CrownCAD整體框架和基礎(chǔ)建模功能為基礎(chǔ)，加入“模型修復(fù)、清理、簡(jiǎn)化和理想化”等專業(yè)功能，前端專注網(wǎng)格的顯示、編輯以及邊界條件、載荷的定義，服務(wù)器端緊密集成專業(yè)“網(wǎng)格生成算法”，期待該平臺(tái)能夠?qū)AE軟件研發(fā)者從“幾何建模和處理”這件“又臟又累、也不擅長(zhǎng)”的工作中解放出來(lái)，把精力投入到“網(wǎng)格生成算法”和“求解器”等攻堅(jiān)任務(wù)中去，早日開發(fā)出能夠與國(guó)外軟件抗衡的國(guó)產(chǎn)自主云CAE系統(tǒng)。

希望我們國(guó)產(chǎn)自主的CAD技術(shù)，能夠助力國(guó)產(chǎn)自主CAE的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)CAD/CAE共榮發(fā)展。

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