元組件+低代碼+仿真+設(shè)計
元組件+低代碼+仿真+設(shè)計
摘要 summary
在復雜產(chǎn)品的多學科仿真計算中,各科研機構(gòu)或主機所都會面臨大量的設(shè)計資源、設(shè)計平臺和設(shè)計過程需要集成,MCLink立足打造一款低代碼仿真軟件設(shè)計集成開發(fā)平臺,助力用戶解決集成痛點。
近來自主可控的工業(yè)軟件研發(fā)大有星星之火可以燎原之勢,各大院所和學校的老師們紛紛擼起袖子加油干,不過在實際的開干中,大家往往會碰到“設(shè)計軟件集成、設(shè)計資源整合、設(shè)計過程疊加、設(shè)計數(shù)據(jù)復用”等眾多挑戰(zhàn)。
1. 自研算法和軟件如何迅速轉(zhuǎn)換為成熟軟件產(chǎn)品?
潛臺詞:雖然我們專業(yè)能力很強,但畢竟不是搞軟件工程的,做出的軟件界面不好看,甚至沒有界面,對用戶也不友好,怎么破?
功能強大、上手很難、沒有界面的CFD軟件OpenFoam
MCLink具備完善的界面擴展機制
2. 如何降低軟件集成開發(fā)技術(shù)門檻,提升開發(fā)效率?
潛臺詞:軟件集成的開發(fā)工作量太大,對系統(tǒng)抽象層次和體系結(jié)構(gòu)的要求又很高,不比算法開發(fā)簡單,我們實在沒有精力去寫那么多代碼,不知道有沒有簡化的辦法?
低代碼+插件體系降低集成開發(fā)技術(shù)門檻
基礎(chǔ)庫視頻
3. 如何提升仿真計算前后處理的效率?
潛臺詞:我們的自研算法很不錯,但缺少前后置功能,只能使用國外的商業(yè)軟件來連接,這樣一來麻煩就多了,不但要投入不少經(jīng)費,還不能保證自主可控,最重要的是數(shù)據(jù)傳來導去非常麻煩。
價格昂貴、不可控的國外前后處理商業(yè)軟件
4. 多學科、多專業(yè)的耦合仿真和協(xié)同優(yōu)化如何組織?
潛臺詞:我們不同科室和專業(yè)之間想要協(xié)同設(shè)計太不容易了,使用的軟件太多太雜,數(shù)據(jù)形態(tài)各樣,仿真流程各異,協(xié)同過程中存在太多的妥協(xié)和簡化。
多學科、多專業(yè)的耦合仿真和協(xié)同優(yōu)化十分艱難
四大核心概念視頻
5. 如何提升集成平臺的擴展性和開放性?
潛臺詞:每次立項的時候我們都提出要支持擴展、開放接口,最后總是不了了之,這些擴展方式要么是不好用,要么是不會用,甚至根本就是不能用,這種系統(tǒng)的可成長性實在令人擔憂。
基于插件體系的擴展性和開放性至關(guān)重要
算法流水線
6. 如何提升數(shù)據(jù)再利用水平,提升知識挖掘能力,將數(shù)據(jù)價值最大化?
潛臺詞:我們的仿真和實驗數(shù)據(jù)七零八落,散布在各處,仿真過程數(shù)據(jù)實在是不好管理,很多都刪掉了,仿真計算的結(jié)果數(shù)據(jù)我們都留下了,但好久沒人碰,都落灰了。都說數(shù)據(jù)就是財富,那我們究竟如何變現(xiàn)呢?
數(shù)據(jù)再利用就是最大限度攫取數(shù)據(jù)剩余價值的過程
數(shù)據(jù)處理視頻
7.如何有效整合超算集群等設(shè)計資源,提升仿真計算效率?
潛臺詞:我們的高學歷工程師花了大量時間在復制數(shù)據(jù)、提交作業(yè)、監(jiān)控作業(yè)、收集結(jié)果等繁雜又容易出錯的事務(wù)上,實在是浪費人才資源。
仿真效率的底下源于工程師干了太多“雜活累活”
超算計算作業(yè)管理視頻
8.如何在Web上快速發(fā)布仿真計算能力,并能多端展示?
潛臺詞:總是讓用戶安裝大型軟件用戶也受不了,況且還有很多人習慣用手機看東西,如果好的計算結(jié)果或模型能一鍵發(fā)布到web端,這些難題就解決了。
Web發(fā)布能夠迅速實現(xiàn)多端共享
典型的算法/解算器集成流程如下:
01 新建快速集成
創(chuàng)建集成封裝的工作目錄,初始化解算器基本信息,集成產(chǎn)出的相關(guān)文件和包都會存放在此目錄中。
02 軟件目錄設(shè)置(含參數(shù)提?。?/strong>
將完整算例包導入,定義求解過程中涉及到的文件類型,提取界面參數(shù)和后續(xù)求解步驟需要引用的變量。
03 文件拷貝設(shè)置
若求解過程中需要將某文件拷貝到指定路徑,可以在此步驟設(shè)置拷貝規(guī)則。源文件以{變量名}的形式引用,運行求解器時會拷貝到目標地址,并可執(zhí)行創(chuàng)建目錄、解壓操作,linux環(huán)境還可以將源文件做成軟連接到目標目錄。
04 計算步驟設(shè)置
創(chuàng)建一個或多個計算步驟,每個步驟可定義本機或集群計算模式(采用進程還是調(diào)度器來管理軟件),選擇在什么路徑下運行哪個執(zhí)行文件,是否在shell解釋器執(zhí)行等。計算步驟可調(diào)整順序。
05 過程監(jiān)控設(shè)置
創(chuàng)建一個多個監(jiān)控項,每個監(jiān)控項可定義來自參數(shù)或文件的某個值(可以是變量值)為監(jiān)控對象,解算器運行過程中將定時獲取此值。高階監(jiān)控可選擇“函數(shù)”編寫Python代碼定義更加靈活的監(jiān)控規(guī)則。
06 結(jié)果回收設(shè)置
創(chuàng)建一個多個結(jié)果回收規(guī)則,與過程監(jiān)控類似,可從參數(shù)或文件回收結(jié)果,也可通過Python代碼定義更加靈活的結(jié)果回收規(guī)則。
07 封裝打包
保存當前集成工程,將上述集成過程定義的規(guī)則封裝打包,輸出一個適配器(egg文件),適配我們的科學計算中間件Mirror,即可運行求解。
數(shù)值風洞軟件集成平臺
數(shù)值風洞軟件集成平臺
背 景 :
國內(nèi)頂尖的的研究所花很多時間重復著簡單機械的網(wǎng)格生成;需要熟悉非常繁多的配置項,相當?shù)馁M心;軟件基本上都是分離的,每個人都只是在用自己的經(jīng)驗而非共同的經(jīng)驗來的解決問題,協(xié)同是很少的,采購的協(xié)同軟件基本上都是不用的,總體而言,大家是很忙的,工作效率卻不高的。
01 數(shù)值風洞是工程化CFD的解決之道
針對以上問題,ROMTEK提出對工程化數(shù)值風洞的自身的理解。
數(shù)值風洞是建立在高性能計算平臺(高性能集群、大型計算機、分布式網(wǎng)絡(luò)等硬件載體)上的,以流體力學及相關(guān)專業(yè)的數(shù)值計算方法、求解方法和實驗方法為依據(jù)的,以CFD、多學科優(yōu)化、分布式計算、數(shù)據(jù)分析及可視化為基礎(chǔ)的技術(shù)的,以科學計算中間件、科學工作流、面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)、云計算等為基本的構(gòu)造模式的,融合了專家智力、領(lǐng)域知識和機器智能化的數(shù)字化風洞產(chǎn)品。
數(shù)值風洞應(yīng)具備的能力
02 工程化CFD的技術(shù)途徑
數(shù)值風洞軟件集成框架系統(tǒng)由一體化集成平臺和前置網(wǎng)格集成子系統(tǒng)、核心CFD解算器集成子系統(tǒng)、后處理軟件集成子系統(tǒng)等部分組成。
數(shù)值風洞子系統(tǒng)示意圖
人機交互子系統(tǒng)
客戶端界面、門戶界面
基礎(chǔ)中間件
Mirror著力解決異構(gòu)系統(tǒng)下的資源共享問題,將軟件進行“搭積木”的方式封裝,快速完成設(shè)計/分析/優(yōu)化,實現(xiàn)一體化的工程設(shè)計,規(guī)范設(shè)計流程,提高設(shè)計效率。
Mirror中間件
工作流程定制子系統(tǒng)
提供圖形化的流程定制功能,功能完整的工作流引擎。
數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)
對數(shù)值風洞仿真流程中數(shù)據(jù)流的定制,實現(xiàn)對不同類型數(shù)據(jù)的封裝處理,提供與各類數(shù)據(jù)庫對接適配的數(shù)據(jù)庫接口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)間的共享及分析。
計算資源子系統(tǒng)
對系統(tǒng)軟硬件資源的統(tǒng)一調(diào)度和管理。包括軟件license的管理分配,硬件資源的監(jiān)控、計算任務(wù)批量提交、計算任務(wù)過程監(jiān)控等。
前處理集成子系統(tǒng)
包括自動化網(wǎng)格生成軟件以及數(shù)值風洞專用前置處理軟件的服務(wù)化封裝。
解算軟件集成子系統(tǒng)
解算軟件的服務(wù)化封裝,包括集成GridGen、Pointwise、Catia、Pgrid、Jet3D、HyperCFD、UesCFD、PnsCFD、Lgheat、Fluent、Tecplot、GridStar、ICEM、Lsight、Ensight等。
后處理集成/結(jié)果分析/報表生成
專用后置處理軟件的服務(wù)化封裝,提供對計算結(jié)果的分析功能,并生成數(shù)值風洞計算報表。
應(yīng)用支持系統(tǒng)集成子系統(tǒng)
對第三方應(yīng)用支持系統(tǒng)的集成,包括對可信度分析軟件工具、工程應(yīng)用驗證數(shù)據(jù)庫以及最佳實踐知識庫的服務(wù)化封裝。
多用戶管理子系統(tǒng)
對不同用戶的權(quán)限進行管理,處理不同用戶之間的協(xié)同通信問題,滿足多個用戶參與的協(xié)同任務(wù)。
03 ROMTEK工程化CFD的實踐
航天一院數(shù)值風洞平臺
工程界面圖
航天一院項目數(shù)值風洞系統(tǒng)采用標準的C\S模式,其中客戶端安裝部署于用戶終端,作為用戶操作的入口,包含所有前端集成的軟件和前端數(shù)據(jù)庫。服務(wù)端部署于高性能計算集群,受理所有用戶操作命令,其中包含數(shù)據(jù)管理、界面交互、前處理、計算軟件集成、工作流定制、平臺調(diào)度管理、流暢可視化及后處理等功能。
航空某所數(shù)值風洞平臺
航空某所項目數(shù)值風洞系統(tǒng)采用BS+CS混合模式,主要為外部人員提供計算服務(wù),因此BS為主,傾向于流程固化,為用戶提供單一的接口驗證與確認為優(yōu)勢,有數(shù)據(jù)庫和知識庫做支撐,提供固化的工作流,供用戶調(diào)用,批量產(chǎn)生可信數(shù)據(jù)。
工程界面圖
數(shù)據(jù)再利用軟件平臺
數(shù)據(jù)再利用軟件平臺
01 項目背景
隨著軍事研究的不斷發(fā)展,氣動學的不斷應(yīng)用,使得航天企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)產(chǎn)生試驗、測試、仿真等數(shù)據(jù)增長的速度越來越快。對這些海量龐雜的數(shù)據(jù)進行儲存、整合、管理都是新的挑戰(zhàn),而且在傳統(tǒng)的航天設(shè)計領(lǐng)域,主要依靠物理模型試驗和經(jīng)驗評估方法,費用高、周期長,然而對這些寶貴試驗數(shù)據(jù)進行重利用率很低,沒有充分利用其應(yīng)用價值,數(shù)據(jù)再利用就顯得尤為重要。
02 設(shè)計方案
根據(jù)開發(fā)任務(wù)平臺大體分為五大部分,數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)準備、數(shù)據(jù)分析(數(shù)據(jù)挖掘)、可視化、獲取知識。
數(shù)據(jù)再利用可以分為以下幾個階段:
1、數(shù)據(jù)清理和預(yù)處理
2、創(chuàng)建目標數(shù)據(jù)集
3、選擇數(shù)據(jù)挖掘函數(shù)或算法建模進行預(yù)測
4、模式評估和知識表示:數(shù)據(jù)對比、可視化、變換等
5、發(fā)現(xiàn)新知識,得到預(yù)測評估值。
以數(shù)據(jù)分析為核心建立的綜合業(yè)務(wù)平臺
? 實現(xiàn)數(shù)據(jù)流程化管理;
? 實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)整合管理;
? 靈活應(yīng)對分析方法的變化;
? 實現(xiàn)建模預(yù)測規(guī)律;
實現(xiàn)與可視化工具、分析系統(tǒng)的集成與關(guān)聯(lián)
03 建設(shè)效果
本平臺擁有先進的數(shù)據(jù)庫優(yōu)化技術(shù),保障海量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化管理效率,便于進行統(tǒng)計以及趨勢分析。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理界面
曲線縱差分析圖
曲線橫差分析圖
曲線分析界面
04 拓展
通過對平臺的技術(shù)分塊可以擴展出多個研發(fā)方向:數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)值模擬集成系統(tǒng)、數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)等應(yīng)用能力。對數(shù)據(jù)的挖掘再利用是必要的,可以從中發(fā)現(xiàn)和得到更多有用信息。每個領(lǐng)域都可從收集和分析數(shù)據(jù)中獲益。
Grille CFD參數(shù)化網(wǎng)格生成軟件
Grille CFD參數(shù)化網(wǎng)格生成軟件
參數(shù)化網(wǎng)格生成技術(shù)為網(wǎng)格的快速、高質(zhì)量、自動化生成提供了一種很好的解決途徑。特別是針對氣動外形的局部修改時,會形成系列變化中的外形,制定好網(wǎng)格生成程序后,就能適應(yīng)氣動外形的變化,并能通過修改少量參數(shù),進行網(wǎng)格加密、空間網(wǎng)格調(diào)整,達到優(yōu)化網(wǎng)格的目的。
① 網(wǎng)格意義
CFD對流場進行仿真分析,需要在流場中解流動控制方程,對計算域進行離散化是數(shù)值方法求解流動控制方程的前提。網(wǎng)格剖分就是用來離散化計算域。通常計算域的邊界都是通過幾何外形來表達的,例如飛機表面到外場空間一定范圍被隔離成一個封閉的計算域,而在這個封閉計算域剖分的網(wǎng)格即可用來計算飛機在空氣中的氣動特性。
② 傳統(tǒng)網(wǎng)格剖分方法與缺點
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格剖分方法主要是通過工程應(yīng)用人員利用通用網(wǎng)格軟件手動繪制。首先導入CAD模型,然后利用模型曲線和曲面,繪制表面網(wǎng)格,然后生成附面層網(wǎng)格,最后構(gòu)建外場網(wǎng)格。通用網(wǎng)格軟件往往提供有豐富的工具,能夠精細的控制每個局部的網(wǎng)格及分布,從而得到高質(zhì)量的網(wǎng)格。但通用網(wǎng)格生成方法的缺點也比較明顯。
? 比較依賴人工經(jīng)驗,軟件學習有一定難度。
? 局部細節(jié)調(diào)整多,工作量大。
? 網(wǎng)格生成周期長,時間成本高。
? 數(shù)模變化適應(yīng)性不足,局部外形改動意味著重新繪制網(wǎng)格。
③ Grille參數(shù)化網(wǎng)格介紹
Grille CFD參數(shù)化網(wǎng)格生成技術(shù)站在CFD應(yīng)用的角度思考,針對網(wǎng)格剖分工作量大、時間周期長的難點,從網(wǎng)格生成基礎(chǔ)技術(shù)中發(fā)展而來。
3.1 網(wǎng)格生成流程
3.2 關(guān)鍵技術(shù)
? 基礎(chǔ)網(wǎng)格生成技術(shù)
? CAD內(nèi)核技術(shù)
? 網(wǎng)格信息關(guān)聯(lián)技術(shù)
? 附面層推進技術(shù)
3.3 優(yōu)勢
? 網(wǎng)格生成過程自動化,快速高效
? 網(wǎng)格參數(shù)控制靈活,修改方便
? 具備數(shù)模外形自適應(yīng)能力
? 流程簡單,使用方便
與通用網(wǎng)格軟件對比
④經(jīng)典案例
4.1 外形自適應(yīng)
4.2 網(wǎng)格質(zhì)量參數(shù)化控制
4.3 參數(shù)化網(wǎng)格生成實例
⑤ 總結(jié)
Grille CFD參數(shù)化網(wǎng)格生成軟件繼承了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成質(zhì)量高的特點,同時又具備快速、自動、自適應(yīng)外形變化的優(yōu)點,是對網(wǎng)格生成技術(shù)的深度探索和典型應(yīng)用。