MCLink 元組件連接框架
MCLink 元組件連接框架
ROMTEK MCL (Meta Component Link),是面向CAE領(lǐng)域的插件式應用程序框架,主要目的是為CAE領(lǐng)域的科研人員和工程技術(shù)人員提供一個高度靈活的漸進式軟件能力整合生態(tài)構(gòu)建工具,輔助用戶迅速形成用于科研環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的CAE應用程序。
MCLink 解決用戶痛點
● 發(fā)展痛點
應對不斷演進的功能需求導致都持續(xù)化增長與集成
● 集成痛點
差異性專業(yè)需求導致的不同工具鏈之間互通與融合
● 建設痛點
打破多領(lǐng)域工具集成中部署模式和軟件形態(tài)大壁壘
● 能力痛點
豐富的工具插件和算法集合構(gòu)建用戶基礎(chǔ)軟件設施
● 效率痛點
第三方能力便捷集成助力快速驗證系統(tǒng)與集成方案
MCLink 基礎(chǔ)庫生態(tài)環(huán)境
MCL預制集成了大量第三方開源基礎(chǔ)庫,可供廣大科研人員在進行插件開發(fā)時選用,也可針對不同的應用發(fā)布場景對基礎(chǔ)庫進行裁剪。
● CAD建模:OpenCASCADE
● 跨平臺界面開發(fā):QT5/PyQt5
● 地理信息系統(tǒng):GDAL
● 數(shù)字幾何處理及網(wǎng)格生成:Gmsh、MeshLab、LibIgl
● 地理信息系統(tǒng):GDAL
● 數(shù)據(jù)處理及科學可視化:VTK、matplotlib、pandas
● Web開發(fā):Flask/ThreeJS
● 機器學習:PyTorch/TensorFlow
MCLink 功能內(nèi)容
● 跨平臺(Win/Linux/Mac)/多語言混合開發(fā)(Python/C++為主力語言)
● 完善的三維模型顯示及交互能力
● 強大的參數(shù)化建模機制及參數(shù)化模型庫管理
● 完整的插件及界面擴展機制,支持動態(tài)功能加載
● 便捷的第三方軟件能力封裝,快速構(gòu)建自動化工具鏈
● 易用的二次開發(fā)環(huán)境,算法能力低代碼集成
● 內(nèi)置多種基礎(chǔ)能力和插件(CAD引擎/網(wǎng)格引擎/可視化引擎/AI框架)
MCLink 產(chǎn)品展示
●MCLink 演示視頻
●MCLink 軟件界面
●MCLink 參數(shù)化建模
●MCLink 數(shù)字孿生場景搭建
●MCLink 網(wǎng)格生成
●MCLink 可視化
PiFlow 基于笛卡爾網(wǎng)格的全自動流體仿真軟件
PiFlow 基于笛卡爾網(wǎng)格的全自動流體仿真軟件
PiFlow是一款基于全自動笛卡爾網(wǎng)格、具備用戶友好操作界面的氣動問題快速設計分析工具。集前處理、求解器和后處理模塊于一體,可實現(xiàn)CAD模型導入、網(wǎng)格自動生成、大型數(shù)據(jù)存取和管理、方程高效求解、物理場可視化等功能。并支持MPI、OpenMP、CUDA并行模式,適應單機、服務器和超算集群等各種運行環(huán)境,兼容國產(chǎn)CPU與操作系統(tǒng)。除了支持低、亞、跨、超、高超全速域流場分析外,PiFlow還提供飛行器氣動數(shù)據(jù)批量生產(chǎn)、軌跡分離快速分析等工程應用場景的標準化操作。
備注:簡單跨音速案例,100萬左右網(wǎng)格獲取正確結(jié)果的時間如下(測試顯卡2060):
使用DP_LUR_IMPLICIT格式GPU計算效率比CPU提高46倍,計算1分鐘左右收斂。
使用顯式離散格式GPU計算效率比CPU提高30倍,計算13分鐘左右收斂。
使用LUSGS_IMPLICIT 格式CPU6核并行可在10分鐘內(nèi)計算收斂。
目前軟件支持求解歐拉方程,粘性計算在研發(fā)中。
軟件展示
1. 軟件功能介紹
01 幾何模型導入
PiFlow支持三維復雜幾何裝配體導入,其前處理模塊擁有多種CAD模型接口如:step、iges、stl等。
另外,PiFlow支持對導入模型的基本操作如:縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像等。
igs格式裝配體文件導入
02 網(wǎng)格功能
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網(wǎng)格展示(包含兼容性,自適應加密,自主加密)
復雜模型網(wǎng)格展示
特殊邊界網(wǎng)格設置
03 求解器功能
PiFlow圍繞流體力學可以求解穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)問題;支持多體分離軌跡計算及軌跡安全評估等問題。
時間離散方法提供LUSGS_IMPLICIT、RUNGE_KUTTA_EXPLICIT、DP_LUR_IMPLICIT等多種方法;
求解格式提供主流的中心格式和迎風格式;收斂判斷在原來基礎(chǔ)上增加了柯西收斂判據(jù),自動判斷解算收斂;
支持多重網(wǎng)格加速收斂策略(循環(huán)模式提供多種選擇);
由于幾何建模方向規(guī)定的差異,PiFlow增添了翼展方向的選擇(Y/Z展向)來調(diào)整來流方向。
低音速區(qū)域解算提供低于預處理功能保證計算穩(wěn)定收斂。高超音速最高支持到25馬赫,目前通過降低CFL值保證穩(wěn)定收斂。
軌跡計算可預先設置初速度,實現(xiàn)非靜止狀態(tài)投放功能。開放多部件同時投放使用功能。
求解方式支持MPI、OpenMP、CUDA并行模式,適應單機、服務器和超算集群等各種運行環(huán)境,兼容國產(chǎn)CPU與操作系統(tǒng),擁有較高的求解效率,并且擁有便捷高效的圖形交互界面。
GPU求解硬件要求
04 后處理功能
目前“流場計算”后處理具備表面流場物理場切換查看;實時輸出殘差收斂曲線及氣動力曲線;氣動力統(tǒng)計輸出及一鍵自動生成報告的能力。氣動力統(tǒng)計可進分部件積分,可輸出總氣動力。
殘差收斂曲線
流場物理量切換
氣動力統(tǒng)計
05 多任務功能
PiFlow“流場計算”業(yè)務類型具備多任務功能,可以進行工程批量處理操作。目前只能處理馬赫數(shù)和攻角兩種類型的工程(若有新需求可添加新功能),界面如圖:
馬赫數(shù)批處理設置
批處理工程文件存儲位置
2. 特色功能介紹
軟件提供包括分離軌跡計算、參數(shù)安全邊界預估、落點散布度評估在內(nèi)的多種多體分離安全分析工具。
01 軌跡計算工具
多體分離過程中,利用流場結(jié)果獲取部件氣動力,通過運動方程求解模型位置變化,網(wǎng)格自動生成使得整個軌跡計算過程自動化,可模擬投彈、多級火箭分離等場景,適用面廣。同時軟件可采用網(wǎng)格測力技術(shù),通過對數(shù)據(jù)庫插值查詢獲取部件當前的氣動力結(jié)果,代替實時耗時的流場解算,以此實現(xiàn)軌跡的快速預測。
02 分離安全評估工具
利用網(wǎng)格測力技術(shù),快速評估在確保運動過程中各模擬部件不會發(fā)生相互碰撞的前提下,影響軌跡的各參數(shù)(如部件質(zhì)量、慣性、彈射力等)的安全變化范圍。
安全邊界結(jié)果統(tǒng)計
03 落點散布度評估工具
多體分離的實際軌跡會因為多種相互影響的偏差因素出現(xiàn)與期望軌跡偏差較大的情況。軟件利用滿足一定分布規(guī)律的隨機量(例如正態(tài)分布)來模擬影響軌跡的參數(shù)(如彈射力、慣性矩等)偏差,使用蒙特卡洛打靶法來模擬多種具有偏差的參數(shù)之間的相互影響,最后預測得到多種偏差參數(shù)相互影響作用下的落點散步度。
散布度分布
3.算例展示
01 WPFS
WPFS彈翼跨音速案例,該案例與Fluent軟件在相同工況相同設置下對比驗證。
02 ONERA M6
ONERA M6跨音速標準案例,該案例與實驗數(shù)據(jù)對標,與開源軟件SU2對比驗證。
03 SR_71
SR_71高超音速案例,該案例與Gocart軟件對比驗證。具體工況與參數(shù)如下表所示:
PiFlow與Gocart計算氣動力對比曲線如下圖所示:
當攻角為零時,PiFlow計算的馬赫數(shù)云圖如下:
04 Scramjet
Scramjet超音速案例,帶壓力出口特殊邊界案例計算能力展示,該案例與Fluent軟件對比驗證。
PiFlow壓力云圖
Fluent壓力云圖
PiFlow馬赫數(shù)云圖
Fluent馬赫數(shù)云圖
XField 科學場景數(shù)字孿生可視化軟件
XField 科學場景數(shù)字孿生可視化軟件
科學場景數(shù)字孿生可視化軟件——XField是將數(shù)字孿生體具象化并發(fā)布成應用的工具軟件。XField可以完成三維模型導入與處理、結(jié)構(gòu)/流體/熱等多物理場的導入與處理、三維場景搭建、場景效果渲染與測試、IOT數(shù)據(jù)綁定與測試等任務,實現(xiàn)多物理場的數(shù)字孿生體的可視化交互及展示。XField有PC版,也可以發(fā)布為VR版本和Web版本,其中VR版本屬于桌面應用程序,而WEB版本是瀏覽器應用程序。XField軟件完全自主可控,可按需定制。
XField的CFD模塊可以滿足物理風洞試驗數(shù)據(jù)、CFD解算數(shù)據(jù)的流場處理及同屏可視化;它具有簡便的交互操作及特殊的渲染方式,讓用戶可以快速獲得可視化效果;采用游戲引擎展示切片云圖、流線、等值面等常規(guī)可視化,同時可用大屏/AR/VR方式展示3D流場、激波/渦、湍流等特殊場景,使得顯示更加酷炫;流場的批量化處理,減少用戶重復工作,提升工作效率。
用戶痛點
● 常規(guī)CAE后處理軟件專業(yè)化程度較高、界面操作繁瑣;
● 做出美觀的顯示效果需要花費時間;
● 流場批量化處理程度不高;
● 瞬態(tài)流場顯示和處理過程繁瑣。
產(chǎn)品特點
● 酷炫可視化效果展示;
● 多樣化展示模式切換;
● 真實的場景模擬定制;
● 多格式流場數(shù)據(jù)顯示;
● 豐富的VR/3D屏幕外接設備接口。
功能模塊
● 數(shù)據(jù)IO格式:支持IGS/IGES模型格式,CGNS、非結(jié)構(gòu)、混合網(wǎng)格流場;
● 數(shù)??梢暬篊AD模型離散,高精度顯示幾何外形,逼真的模型材質(zhì)和顏色設置;
● 網(wǎng)格可視化:包含網(wǎng)格數(shù)據(jù)信息還原、網(wǎng)格點、線、面、體的顯示,網(wǎng)格邊界條件篩選顯示,網(wǎng)格顯示模式設置,顏色設置;
● 矢量場可視化:采用大量GPU粒子模擬速度場等矢量場,真實還原流場中的矢量;
● 流線/跡線/脈線可視化:批量提取流場中的流線等數(shù)據(jù),采用粒子追蹤功能再現(xiàn)曲線顯示;
● 云圖可視化:批量提取流場中的空間截面云圖、物面云圖;
● 等值面可視化:包含批量等值面提取與顯示,渦量圖顯示,瞬態(tài)流場等值面、渦量圖顯示;
● VR/AR:支持額外大屏展示軟件,支持3D、AR、VR顯示方式;
● 演示模式:以隱藏軟件操作界面,僅顯示可視化數(shù)據(jù)界面顯示,對可視化內(nèi)容與場景360度顯示;
● 圖片與視頻導出:包含無損PNG格式圖片導出、avi格式視頻截取導出。
效果展示
Rsight 氣動數(shù)據(jù)處理及分析軟件
Rsight 氣動數(shù)據(jù)處理及分析軟件
氣動數(shù)據(jù)處理及分析軟件(RSight)是一個氣動數(shù)據(jù)管理和應用平臺,實現(xiàn)風洞試驗、數(shù)值模擬、飛行試驗各類氣動數(shù)據(jù)的集中存儲管理,為用戶提供全面的數(shù)據(jù)池。
多維度的數(shù)據(jù)校驗識別和清洗算法,為用戶提供自動化的數(shù)據(jù)處理。多層次的數(shù)據(jù)分析算法,為用戶提供一站式數(shù)據(jù)分析服務。全自動的分析對比報告讓用戶專注于深層知識的挖掘。最終為各類風洞試驗人員和仿真分析人員提供高效、精準、安全的數(shù)據(jù)支持,讓數(shù)據(jù)更具價值。
軟件界面
特 點
●多樣化數(shù)據(jù)整合管理
●多維度數(shù)據(jù)校驗識別
●多源數(shù)據(jù)集中式存儲
●多形式數(shù)據(jù)處理方法
●批量化數(shù)據(jù)對比分析
●定制化報告自動生成
功 能
1、數(shù)據(jù)IO與維度校驗
支持excel、txt、tecplot、dat格式的外部數(shù)據(jù)文件導入,支持連接客戶數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源,對數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)維度支持配置。
數(shù)據(jù)IO格式
2、內(nèi)置氣動數(shù)據(jù)庫
以項目、模型、車次等樹形結(jié)構(gòu)來存儲數(shù)據(jù),從而達到歷史數(shù)據(jù)的快速檢索。并支持中間數(shù)據(jù)、分析結(jié)果的快速存取。
數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)
3、數(shù)據(jù)建模
對已有數(shù)據(jù)建立數(shù)學模型,從而達到對未知狀態(tài)的預判。
數(shù)據(jù)建模
4、數(shù)據(jù)處理
包含多種數(shù)據(jù)處理的方法:
1)數(shù)據(jù)加密、樣條插值、線性插值、數(shù)據(jù)對稱等對源數(shù)據(jù)表進行狀態(tài)擴展的方法。
數(shù)據(jù)加密
2) 升阻比計算、壓心計算、焦點計算、操穩(wěn)比計算、橫縱向穩(wěn)定度計算等對源數(shù)據(jù)中未知物理量的列擴展功能。
數(shù)據(jù)運算
3)移軸、坐標系轉(zhuǎn)換、鉸鏈力矩系數(shù)求取等對源數(shù)據(jù)進行變換的功能。
坐標系轉(zhuǎn)換
4)數(shù)據(jù)融合、增量數(shù)據(jù)提取、部件力積分等多數(shù)據(jù)表聯(lián)合信息提取功能。
數(shù)據(jù)融合
5)支持客戶定制數(shù)據(jù)處理方法。
5、數(shù)據(jù)分析
支持單數(shù)據(jù)源與多數(shù)據(jù)源對比分析,其中包含橫向、縱向氣動分析以及各個舵偏狀態(tài)分析。每種分析方法能夠更具用戶選定的狀態(tài)變量進行批量處理。
數(shù)據(jù)分析方法
6、數(shù)據(jù)可視化
以樹形結(jié)構(gòu)來組織源數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù),方便用戶快速定位數(shù)據(jù)表。在數(shù)據(jù)表格視圖中提供排序、篩選等操作,方便用戶快速定位感興趣的狀態(tài)點。對于分析結(jié)果以二維曲線圖的形式展示,提供多樣化的曲線標注、顏色、線型、點型設置方法,以便更好區(qū)分各狀態(tài)點生成的曲線。并提供曲線平滑、擬合、求導、跳點識別等方法,來方便用戶進一步識別曲線變化規(guī)律。同時提供平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等方法來輔助觀察曲線規(guī)律。
數(shù)據(jù)表設置
7、報告自動生成
將分析結(jié)果根據(jù)報告模板自動生成報告,同時支持根據(jù)用戶需求定制模板格式。
生成報告樣式
Mirror CFD 中間件
Mirror CFD 中間件
目前,各單位或研究院所都有眾多的的高性能計算服務器、工作站等硬件資源,以及大量的自研軟件、分析設計工具等軟件資源,但是這些軟硬件資源難以被眾多的研究人員方便、快捷、充分地共享使用,而且硬件、軟件資源的管理、使用效率普遍不高。
基礎(chǔ)功能
Mirror底層采用Python開發(fā),核心代碼采用C語言來改寫,在保證效率和穩(wěn)定的情況下可以充分發(fā)揮Python作為腳本語言的優(yōu)勢,也方便客戶進行擴展。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,快速完成設計/分析/優(yōu)化,實現(xiàn)一體化的工程設計,規(guī)范設計流程,提高設計效率。ROMTEK的中間件技術(shù)采用SOA-ESB的架構(gòu),針對HPC,實現(xiàn)可控的計算流程和高可擴展性,已在數(shù)個重大工程項目中應用,并為CFD領(lǐng)域科學計算集成提供了多種解決方案。
特色技術(shù)
Mirror消息中間件
針對行業(yè)硬件和設備的特殊性,吸收了市面上消息中間件的優(yōu)勢,設計出了一種更能滿足科學計算集成的消息驅(qū)動中間件。
? 支持多服務器結(jié)構(gòu)
? 支持多種消息適配協(xié)議
? 采用事件驅(qū)動模型
? 具備良好的系統(tǒng)時序性
服務化快速封裝功能
Mirror具有一套較完整的封裝規(guī)則及工具,便于快速集成封裝各類CFD解算程序。支持多種類型程序封裝,包括鏈接庫,可執(zhí)行文件,集群程序等,支持多種參數(shù)文件的配置與生成。
科學計算數(shù)據(jù)處理
我們采用了符合“科學計算特點”的三層庫結(jié)構(gòu),分為用戶庫,中間庫,持久庫。保證一致性和數(shù)據(jù)讀取方便性。
持久庫中的數(shù)據(jù)是計算模塊產(chǎn)生的,未經(jīng)過特殊處理的原始數(shù)據(jù)??赡軙墙Y(jié)果文件,日志文件、流場文件、數(shù)據(jù)庫等。中間庫是從持久庫力進行篩選,再重新編排融合后的數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)具體的需求,來定制處理過程。適用范圍包括:對結(jié)果文件的特殊操作,如轉(zhuǎn)置,提取關(guān)鍵信息,坐標類型轉(zhuǎn)化等。用戶庫是從中間庫中進行再處理后的數(shù)據(jù),此數(shù)據(jù)面向的對象主要是用戶,可以根據(jù)具體的需求來定義處理過程。適用范圍包括:結(jié)果報表生成,繪圖信息提取,圖片生成。
“破碎法”文件加密技術(shù)
通過軟件本身可實時監(jiān)測計算過程的殘差和氣動力收斂曲線,方便用戶及時糾錯,同時輸出的計算流場可用于Tecplot后處理軟件,方便用戶進行特殊的流場處理和特征參數(shù)提取。
所有功能
經(jīng)典案例
一體化集成系統(tǒng)
XXX一體化集成系統(tǒng)是一個含氣動力解算器集成、熱環(huán)境解算器集成、力熱耦合解算軟件集成、彈道仿真軟件集成,3D后處理可視化集成的綜合集成平臺。
計算所集成平臺
XXX計算所集成平臺是多學科,多分類的軟件集成平臺。
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。
1)網(wǎng)格生成流程
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)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)模外形自適應能力
* 流程簡單,使用方便
與通用網(wǎng)格軟件對比
網(wǎng)格生成方式 | 優(yōu)勢 | 劣勢 |
通用網(wǎng)格生成 | 1) 適用范圍廣,幾乎適用所有幾何外形; 2) 控制精細,每個網(wǎng)格點、網(wǎng)格線都可手動精細調(diào)整; 3) 可用商業(yè)軟件多,不需獨立開發(fā); | 1) 人力投入成本大,生成周期長; 2) 網(wǎng)格修改、調(diào)整復雜,工作量大; 3) 不能適用外形變化,外形修改后需要重新畫網(wǎng)格; 4) 使用獨立,很難與其他CFD軟件之間形成良好的流程銜接 |
參數(shù)化網(wǎng)格生成 | 1) 生成過程自動化,不需人工繪制; 2) 控制參數(shù)化,網(wǎng)格修改方便; 3) 應用簡單靈活,可獨立適用,也可用于集成開發(fā); 4) 針對專用外形,具有很好的外形適用性,程序復用性好; | 1) 需要針對特定外形的數(shù)模進行程序開發(fā),首次開發(fā)工作量大; 2) 軟件對應特定系列外形,不具有普適性; |
5. 經(jīng)典案例
1)外形自適應
案例一
案例二
2)網(wǎng)格質(zhì)量參數(shù)化控制
案例三
3)參數(shù)化網(wǎng)格生成案例
案例四
6. 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用。