梅敬成 三十年不忘初心 做中國自己的三維軟件SINOVATION

梅敬成博士：三維CAD和3D技術在工業互聯網的應用 （NX,CREO,SW,OCC,SINOVATION,CROWNCAD）

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、助力大型工業仿真軟件研發應用、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導出席了大會開幕式。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胡天勇主持。

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，并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。

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年后，我通過視頻再見到羅世煊教授！羅教授是“四面體網格劃分”的先驅。我87年在法國標志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，在標志公司做博士后。那時經?？吹剿谵k公桌上擺弄著一些用硬紙片做的四面體，多年后才知道，他成為了四面體網格劃分領域的專家。

開幕式后，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件的瓶頸、未來的發展模式和思路以及國產自主軟件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。

會前我受邀做了一個會前講課，題目是：“三維CAD發展歷程和面向CAE分析的相關技術 -- 幾何建模、修復清理、模型簡化?！?/p>

我的講課分兩個部分：第一個部分介紹三維CAD發展歷程，從“起源于高端制造、繁榮于技術進步、顛覆于模式創新”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、參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結構表達和造型算法（如非規則的布爾運算），CAD模型的導入（國際標準格式、主流CAD格式直讀）、導入后的模型修復和清理，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）。

CAD/CAE共榮發展

我留法的博士論文是關于大變形有限元CAE分析的，工作后才轉向CAD軟件研發，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于世界領先地位，在工程應用方面也取得了相當的成功。只可惜由于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軟件沒能取得長足的發展。也導致了目前中國CAE軟件市場被國外軟件一統天下的局面。

北京聯訊動力咨詢公司總經理、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，中國仿真軟件三十年坎坷路”，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領域的自主的CAE系統，為什么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，占整體仿真工作時間的70%。因此即使我們有好的求解器，能對標國外主流軟件，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。

關于前處理的核心部分“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算法。

那么為什么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技術的支持！

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，不使用復雜幾何建模工具。但是現在不同了，三維CAD的普及，使得人們不愿意從零開始再建分析模型，因此能夠導入和處理CAD模型就變得十分關鍵。而且即使自主創建分析模型，也是基于先進的CAD內核技術開發的建模功能，以提高建模效率。

國產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，滿足不了用戶的要求。導致整體CAE系統也沒法在市場上推廣。

鑒于目前國產自主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%源代碼，擁有完全自主知識產權。對標國外高端幾何建模引擎Parasolid和ACIS，并與其兼容。

基于自主內核DGM，我們研發了國內首款、完全自主、基于云架構的三維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、基于云架構的前后處理平臺。

“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，服務器端緊密集成專業“網格生成算法”，期待該平臺能夠將CAE軟件研發者從“幾何建模和處理”這件“又臟又累、也不擅長”的工作中解放出來，把精力投入到“網格生成算法”和“求解器”等攻堅任務中去，早日開發出能夠與國外軟件抗衡的國產自主云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。

鳴謝

本文第一部分內容引用了“中國空氣動力學會”微信公眾號發布的文章：“2021全國網格生成及應用研討會”成功舉辦，在此表示感謝！