
工业软件的“卡脖子”问题一直让国人忧心忡忡。在现代大型精密设备的智能制造全生命周期中,CAD(计算机辅助设计)、CAE(计算机辅助工程)和CAM(计算机辅助制造)的流程至关重要。外形设计完成后,必须通过CAE进行物理性能数值计算的仿真验证及优化,才能进入CAM阶段,如航天器件的增材制造。
由于西方发达的起步较早,在CAD、CAE等大型设计仿真类工业软件方面面临受制于人的局面。杭州电子科技大学计算机学院的徐岗教授团队,以等几何分析的核心理论和实践成果,逐步解决了CAD与CAE之间的“语言连接融通”难题。他们研发了国内首款基于等几何分析的建模仿真优化一体化软件平台iGame v1.0,有望为高端制造的智能化设计提供“国产解决方案”,并突破当前工业软件中几何设计与物理性能分析割裂的现状。
在大型精密设备的智能设计制造流程中,CAD和CAE软件之间存在一个“语言鸿沟”。由于历史发展原因,CAD领域多采用连续解析的样条语言,而CAE领域则采用离散的网格语言描述,两者各自发展出了成熟的理论。这就像在两个不同的地基上建造起了高楼大厦,但现代化制造业要求CAD和CAE两个领域无缝融合。CAD的设计结果需要通过CAE进行物理仿真验证后才能投入生产。
以飞机模型的设计为例,设计师在CAD软件中完成数字化模型设计后,不能直接投入生产。必须通过CAE仿真软件对其进行各种功能分析、验证和优化后,才能开始生产制造。由于两个领域的描述语言不同,需要将CAD的语言“翻译”成CAE领域所需的“语言”。
这个“翻译”过程非常耗时且复杂,通常需要人工完成。这个翻译过程被称为“网格生成”,好比把一个大西瓜切成小块来一一解决。但切割的过程并非易事,特别是当西瓜形状复杂时。制造业中的模型和零件形状往往十分复杂,切割出符合要求的小块并不容易。徐岗教授形容这个过程为“切西瓜”,会消耗大量的人力和时间成本。
