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国产解决方案无缝衔接工业软件“语言鸿沟”

2022.5.22

日前，《中国科学报》从杭州电子科技大学（以下简称杭电）获悉，该校计算机学院教授徐岗团队发布了国内首个自主可控的等几何分析建模仿真优化一体化平台iGame v1.0，有望在高端制造智能化设计上提供国产解决方案，突破目前工业软件中几何设计与物理性能分析割裂的现状。

据了解，现代大型精密设备的智能制造全生命周期，一般要经过CAD、CAE、CAM流程，首先由CAD（计算机辅助设计软件）完成外形设计后，再由CAE（计算机辅助工程软件）对物理性能数值计算进行仿真验证及优化，接着由CAM（计算机辅助制造软件）仿真完成确认无误后，方可上机加工。

实践发现，作为大型精密设备智能设计制造的前置流程，CAD和CAE两者之间一直以来有个“语言鸿沟”：CAD领域通常采用连续解析的样条语言，CAE领域则采用离散的网格语言描述。由于这两个领域用的描述语言不同，需要将CAD的语言翻译成CAE领域所需要的语言。

“CAD设计出来的模型十分复杂，这个翻译过程一般无法直接通过电脑自动完成，需要人工翻译，费时费力，甚至有可能出现无法翻译的情况。”徐岗向《中国科学报》介绍，“将CAD语言翻译成CAE语言的这一过程叫做‘网格生成’。”

他打了个比方：“既然我一口吃不下整个西瓜（解决不了整个问题），那我就把西瓜切成很多小块（把问题分成很多子问题），一块一块吃（一个一个解决）。”这里有一个前提是，这些小块西瓜的形状要尽可能均匀美观具有高质量，后续CAE仿真精度才会足够高。

这个切西瓜的过程（网格生成过程）也存在一个问题：当大西瓜的形状规则时，比较容易就能切出符合要求的小块西瓜；当大西瓜的形状不规则时，切出符合形状要求的小块西瓜就没那么容易了。如果可以缩减“切西瓜”这一过程，将大幅降低企业制造成本。

等几何分析技术，就好比在CAD和CAE之间架起一座桥梁，可以实现两个领域数据（语言）的无缝衔接。徐岗团队是国内最早开展等几何分析研究队伍之一，他指出，复杂产品的计算域高质量参数化，是困扰等几何分析方法向前发展的关键瓶颈问题之一。

针对此问题，徐岗团队开辟了“适合分析的计算域参数化”这一研究方向，并创新提出约束优化、变分调和映射、边界重新参数化等一系列构造高质量计算域参数化的理论和方法，解决了复杂拓扑区域的参数化难题, 为任意复杂计算域的参数化问题提供了基本框架。

对于具有一致拓扑的 CAD 数字几何模型, 徐岗提出“分析重用”这一概念，并给出基于预计算及深度卷积神经网络的等几何分析重用方法，不仅提高了体参数化与等几何分析求解的效率, 还可以推动等几何分析方法在实际工程中的应用。

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