Salome平臺介紹及二次開發案例
基于國產的“神威·太湖之光”，國家超級計算無錫中心發布了“無錫超算云平臺”，將打造世界一流的超算技術與產業發展深度融合的高性能計算應用生態圈。現已升級為“神工坊”2.0平臺，即將于2022年4月公測。在此基礎上，向有需求的用戶提供進一步的高性能仿真App定制化服務。
過去使用的傳統仿真設計流程存在以下的問題：
1）仿真過程需要用到外國的商業前后處理軟件、流固耦合求解器軟件、數據管理軟件，需要支付高昂的License費用。
2）仿真過程需要用到高性能計算硬件平臺，自行部署同樣需要高昂的成本。
3）仿真過程要求工程師掌握大量的理論知識，并具有工程經驗的積累，具有較高的門檻，提高了人力成本。
針對以上問題，國家超級計算無錫中心先進制造部基于一系列開源代碼進行了二次開發和自主研發。對于仿真APP流程開發上，主要是對SALOME平臺進行了構建。接下來本文將首先簡要介紹SALOME平臺的概況，隨后展示一個簡單的二次開發案例。
SALOME是一款由法國電力集團（EDF）、法國原子能和替代能源委員會（CEA）和Open CASCADE三方合作開發的開源工業仿真平臺。SALOME平臺為工程師、研究人員提供了一整套用于數值模擬整體流程的解決方案，包含：CAD、網格劃分、多物理場耦合、計算監督、實時數據交互、結果可視化、不確定分析等高級模塊。這些模塊都有易于使用的GUI界面和直接調用的Python接口。開發用戶可以根據實際模擬仿真的需要，組裝現有的特定模塊以及添加自定義模塊用于構建仿真APP【1】。
目前SALOME平臺已經更新到了9系列（截至2022/2/27，SALOME version 9.8.0已經發布）。下面簡要介紹一下9系列的重要模塊。
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SHAPER
在SALOME9.3版本之后開始支持的新模塊SHAPER是一個支持參數化的CAD建模器，允許用戶以交互的方式繪制具有各種約束的草圖，允許簡單的3D零件裝配。SHAPER 專為模擬 CAD 模型而開發：
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SMESH
SMESH是 SALOME 的網格模塊，它提供了廣泛的網格劃分算法，非常適用于有限元和有限體積方法。用戶可以用組/標簽將網格以不同的幾何加以區分，這意味著可以區分網格的各種屬性甚至網格的類型（六面體或四面體）。這些組/標簽還可以識別邊界以應用相應的邊界條件。當然，這肯定有助于網格可視化和后處理操作。
關于網格劃分算法，SMESH模塊包含了：
◆ 自身網格工具，用于四邊形、六面體、邊界層網格等；
◆ 集成了開源網格劃分工具：NETGEN和Gmsh；
◆ 擁有商用許可的商業網格劃分工具MG-CADSurf、MG-Tetra、MG-Hybrid、MG-Hexa。
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PARAVIS
后處理模塊PARAVIS實際是強大的開源前后處理軟件PARAVIEW。其分布式模式支持大規模的可視化任務。PARAVIS通過編寫Python腳本，可在必要時創建批處理可視化或需要重復對可變參數運行的可視化任務。它可用于遠程可視化集群，以交互方式分析大量結果。
基于SALOME的仿真APP開發依托于GUI模塊或稱為SUIT（SALOME User Interface Toolkit（SALOME用戶界面工具包））。該模塊通過SIP庫及SWIG庫，前者實際是PYQT開發商RiverBank開發的用于PYQT的Python/C++混合編程解決方案【2】。通過SIP生成的Python接口，使得開發者可以很方便地調用各個模塊，實現根據實際模擬仿真的需要，組裝現有的特定模塊以及添加自定義模塊用于構建仿真APP。
下面是一個簡單的二次開發案例——桁架橋設計器【3】。使用到的SALOME原有模塊：SHAPER、GEOM、SMESH、PARAVIS。使用的求解器是著名開源結構有限元軟件Code-Aster。
該APP已經集成至“神工坊”2.0平臺。圖形界面通過GPU集群渲染，保證用戶端流暢的圖形操作；后臺計算提交至超算高性能計算節點。
1. 注冊并登陸神工坊2.0平臺，選擇“仿真計算”。
2. 雙擊TBridgeDesigner圖標在彈出框中設置相應參數，點擊“提交”。
3. APP界面操作
打開APP是一個定制化的參數化建模界面，后臺是GEOM和SHPAER模塊的參數化建模腳本以及SMESH模塊的自動劃分網格腳本。在“總體設計”選項卡中輸入幾何參數，點擊“確定”即可在左側VTK viewer顯示網格劃分后的結果。“單元屬性”、“材料屬性”選項卡可設置不同幾何部分的單元屬性和材料屬性。設置完成后點擊“應用”更新。
此外，為了方便用戶交互查看、設置不同位置的單元參數，調用VTK-3D viewer顯示接口，高亮顯示不同位置的網格。
點擊“提交計算”，后臺將通過調度器將作業提交至超算高性能計算節點。
點擊頁面左側標簽頁“Paraview后處理”直接切換至后處理界面。后處理窗口通過后臺PARAVIEW腳本操作與前端界面結合，實現了精簡、可定制化的后處理顯示。后處理窗口可根據需求定制多個，方便同時處理多種類型的結果以及結果之間的對比。（本文作者：項陽剛）
[1] https://www.salome-platform.org/
[2] SALOME GUI Architecture
[3] http://cn.comsol.com/model/truss-bridge-designer-30831
十四五期間，工業數字化將是工業轉型升級的主路線。“神工坊”秉持“算力賦能、協同創新”的理念，爭做“先進算力到仿真算能的轉換器”、“離散機理和垂直仿真場景的連接器”，助力我國工程仿真技術實現跨越發展，支撐重大裝備研制創新和工業設計研發數字化轉型。
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