MCLink 元组件连接框架
MCLink 元组件连接框架
ROMTEK MCL (Meta Component Link)，是面向CAE领域的插件式应用程序框架，主要目的是为CAE领域的科研人员和工程技术人员提供一个高度灵活的渐进式软件能力整合生态构建工具，辅助用户迅速形成用于科研环境和生产环境的CAE应用程序。
MCLink 解决用户痛点
● 发展痛点
应对不断演进的功能需求导致都持续化增长与集成
● 集成痛点
差异性专业需求导致的不同工具链之间互通与融合
● 建设痛点
打破多领域工具集成中部署模式和软件形态大壁垒
● 能力痛点
丰富的工具插件和算法集合构建用户基础软件设施
● 效率痛点
第三方能力便捷集成助力快速验证系统与集成方案
MCLink 基础库生态环境
MCL预制集成了大量第三方开源基础库，可供广大科研人员在进行插件开发时选用，也可针对不同的应用发布场景对基础库进行裁剪。
● CAD建模：OpenCASCADE
● 跨平台界面开发：QT5/PyQt5
● 地理信息系统：GDAL
● 数字几何处理及网格生成：Gmsh、MeshLab、LibIgl
● 地理信息系统：GDAL
● 数据处理及科学可视化：VTK、matplotlib、pandas
● Web开发：Flask/ThreeJS
● 机器学习：PyTorch/TensorFlow
MCLink 功能内容
● 跨平台（Win/Linux/Mac）/多语言混合开发（Python/C++为主力语言）
● 完善的三维模型显示及交互能力
● 强大的参数化建模机制及参数化模型库管理
● 完整的插件及界面扩展机制，支持动态功能加载
● 便捷的第三方软件能力封装，快速构建自动化工具链
● 易用的二次开发环境，算法能力低代码集成
● 内置多种基础能力和插件（CAD引擎/网格引擎/可视化引擎/AI框架）
MCLink 产品展示
●MCLink 演示视频
●MCLink 软件界面
●MCLink 参数化建模
●MCLink 数字孪生场景搭建
●MCLink 网格生成
●MCLink 可视化
PiFlow 基于笛卡尔网格的全自动流体仿真软件
PiFlow 基于笛卡尔网格的全自动流体仿真软件
PiFlow是一款基于全自动笛卡尔网格、具备用户友好操作界面的气动问题快速设计分析工具。集前处理、求解器和后处理模块于一体，可实现CAD模型导入、网格自动生成、大型数据存取和管理、方程高效求解、物理场可视化等功能。并支持MPI、OpenMP、CUDA并行模式，适应单机、服务器和超算集群等各种运行环境，兼容国产CPU与操作系统。除了支持低、亚、跨、超、高超全速域流场分析外，PiFlow还提供飞行器气动数据批量生产、轨迹分离快速分析等工程应用场景的标准化操作。
备注：简单跨音速案例，100万左右网格获取正确结果的时间如下（测试显卡2060）：
使用DP_LUR_IMPLICIT格式GPU计算效率比CPU提高46倍，计算1分钟左右收敛。
使用显式离散格式GPU计算效率比CPU提高30倍，计算13分钟左右收敛。
使用LUSGS_IMPLICIT 格式CPU6核并行可在10分钟内计算收敛。
目前软件支持求解欧拉方程，粘性计算在研发中。
软件展示
1. 软件功能介绍
01 几何模型导入
PiFlow支持三维复杂几何装配体导入，其前处理模块拥有多种CAD模型接口如：step、iges、stl等。
另外，PiFlow支持对导入模型的基本操作如：缩放、旋转、镜像等。
igs格式装配体文件导入
02 网格功能
|
网格展示（包含兼容性，自适应加密，自主加密）
复杂模型网格展示
特殊边界网格设置
03 求解器功能
PiFlow围绕流体力学可以求解稳态和非稳态问题；支持多体分离轨迹计算及轨迹安全评估等问题。
时间离散方法提供LUSGS_IMPLICIT、RUNGE_KUTTA_EXPLICIT、DP_LUR_IMPLICIT等多种方法；
求解格式提供主流的中心格式和迎风格式；收敛判断在原来基础上增加了柯西收敛判据，自动判断解算收敛；
支持多重网格加速收敛策略（循环模式提供多种选择）；
由于几何建模方向规定的差异，PiFlow增添了翼展方向的选择（Y/Z展向）来调整来流方向。
低音速区域解算提供低于预处理功能保证计算稳定收敛。高超音速最高支持到25马赫，目前通过降低CFL值保证稳定收敛。
轨迹计算可预先设置初速度，实现非静止状态投放功能。开放多部件同时投放使用功能。
求解方式支持MPI、OpenMP、CUDA并行模式，适应单机、服务器和超算集群等各种运行环境，兼容国产CPU与操作系统，拥有较高的求解效率，并且拥有便捷高效的图形交互界面。
GPU求解硬件要求
04 后处理功能
目前“流场计算”后处理具备表面流场物理场切换查看；实时输出残差收敛曲线及气动力曲线；气动力统计输出及一键自动生成报告的能力。气动力统计可进分部件积分，可输出总气动力。
残差收敛曲线
流场物理量切换
气动力统计
05 多任务功能
PiFlow“流场计算”业务类型具备多任务功能，可以进行工程批量处理操作。目前只能处理马赫数和攻角两种类型的工程（若有新需求可添加新功能），界面如图：
马赫数批处理设置
批处理工程文件存储位置
2. 特色功能介绍
软件提供包括分离轨迹计算、参数安全边界预估、落点散布度评估在内的多种多体分离安全分析工具。
01 轨迹计算工具
多体分离过程中，利用流场结果获取部件气动力，通过运动方程求解模型位置变化，网格自动生成使得整个轨迹计算过程自动化，可模拟投弹、多级火箭分离等场景，适用面广。同时软件可采用网格测力技术，通过对数据库插值查询获取部件当前的气动力结果，代替实时耗时的流场解算，以此实现轨迹的快速预测。
02 分离安全评估工具
利用网格测力技术，快速评估在确保运动过程中各模拟部件不会发生相互碰撞的前提下，影响轨迹的各参数（如部件质量、惯性、弹射力等）的安全变化范围。
安全边界结果统计
03 落点散布度评估工具
多体分离的实际轨迹会因为多种相互影响的偏差因素出现与期望轨迹偏差较大的情况。软件利用满足一定分布规律的随机量（例如正态分布）来模拟影响轨迹的参数（如弹射力、惯性矩等）偏差，使用蒙特卡洛打靶法来模拟多种具有偏差的参数之间的相互影响，最后预测得到多种偏差参数相互影响作用下的落点散步度。
散布度分布
3.算例展示
01 WPFS
WPFS弹翼跨音速案例，该案例与Fluent软件在相同工况相同设置下对比验证。
02 ONERA M6
ONERA M6跨音速标准案例，该案例与实验数据对标，与开源软件SU2对比验证。
03 SR_71
SR_71高超音速案例，该案例与Gocart软件对比验证。具体工况与参数如下表所示：
PiFlow与Gocart计算气动力对比曲线如下图所示：
当攻角为零时，PiFlow计算的马赫数云图如下：
04 Scramjet
Scramjet超音速案例，带压力出口特殊边界案例计算能力展示，该案例与Fluent软件对比验证。
PiFlow压力云图
Fluent压力云图
PiFlow马赫数云图
Fluent马赫数云图
XField 科学场景数字孪生可视化软件
XField 科学场景数字孪生可视化软件
科学场景数字孪生可视化软件——XField是将数字孪生体具象化并发布成应用的工具软件。XField可以完成三维模型导入与处理、结构/流体/热等多物理场的导入与处理、三维场景搭建、场景效果渲染与测试、IOT数据绑定与测试等任务，实现多物理场的数字孪生体的可视化交互及展示。XField有PC版，也可以发布为VR版本和Web版本，其中VR版本属于桌面应用程序，而WEB版本是浏览器应用程序。XField软件完全自主可控，可按需定制。
XField的CFD模块可以满足物理风洞试验数据、CFD解算数据的流场处理及同屏可视化；它具有简便的交互操作及特殊的渲染方式，让用户可以快速获得可视化效果；采用游戏引擎展示切片云图、流线、等值面等常规可视化，同时可用大屏/AR/VR方式展示3D流场、激波/涡、湍流等特殊场景，使得显示更加酷炫；流场的批量化处理，减少用户重复工作，提升工作效率。
用户痛点
● 常规CAE后处理软件专业化程度较高、界面操作繁琐；
● 做出美观的显示效果需要花费时间；
● 流场批量化处理程度不高；
● 瞬态流场显示和处理过程繁琐。
产品特点
● 酷炫可视化效果展示；
● 多样化展示模式切换；
● 真实的场景模拟定制；
● 多格式流场数据显示；
● 丰富的VR/3D屏幕外接设备接口。
功能模块
● 数据IO格式：支持IGS/IGES模型格式,CGNS、非结构、混合网格流场；
● 数模可视化：CAD模型离散，高精度显示几何外形，逼真的模型材质和颜色设置；
● 网格可视化：包含网格数据信息还原、网格点、线、面、体的显示，网格边界条件筛选显示，网格显示模式设置，颜色设置；
● 矢量场可视化：采用大量GPU粒子模拟速度场等矢量场，真实还原流场中的矢量；
● 流线/迹线/脉线可视化：批量提取流场中的流线等数据，采用粒子追踪功能再现曲线显示；
● 云图可视化：批量提取流场中的空间截面云图、物面云图；
● 等值面可视化：包含批量等值面提取与显示，涡量图显示，瞬态流场等值面、涡量图显示；
● VR/AR：支持额外大屏展示软件，支持3D、AR、VR显示方式；
● 演示模式：以隐藏软件操作界面，仅显示可视化数据界面显示，对可视化内容与场景360度显示；
● 图片与视频导出：包含无损PNG格式图片导出、avi格式视频截取导出。
效果展示
Rsight 气动数据处理及分析软件
Rsight 气动数据处理及分析软件
气动数据处理及分析软件（RSight）是一个气动数据管理和应用平台，实现风洞试验、数值模拟、飞行试验各类气动数据的集中存储管理，为用户提供全面的数据池。
多维度的数据校验识别和清洗算法，为用户提供自动化的数据处理。多层次的数据分析算法，为用户提供一站式数据分析服务。全自动的分析对比报告让用户专注于深层知识的挖掘。最终为各类风洞试验人员和仿真分析人员提供高效、精准、安全的数据支持，让数据更具价值。
软件界面
特 点
●多样化数据整合管理
●多维度数据校验识别
●多源数据集中式存储
●多形式数据处理方法
●批量化数据对比分析
●定制化报告自动生成
功 能
1、数据IO与维度校验
支持excel、txt、tecplot、dat格式的外部数据文件导入，支持连接客户数据库作为数据源，对数据源的数据维度支持配置。
数据IO格式
2、内置气动数据库
以项目、模型、车次等树形结构来存储数据，从而达到历史数据的快速检索。并支持中间数据、分析结果的快速存取。
数据库结构
3、数据建模
对已有数据建立数学模型，从而达到对未知状态的预判。
数据建模
4、数据处理
包含多种数据处理的方法：
1）数据加密、样条插值、线性插值、数据对称等对源数据表进行状态扩展的方法。
数据加密
2) 升阻比计算、压心计算、焦点计算、操稳比计算、横纵向稳定度计算等对源数据中未知物理量的列扩展功能。
数据运算
3）移轴、坐标系转换、铰链力矩系数求取等对源数据进行变换的功能。
坐标系转换
4）数据融合、增量数据提取、部件力积分等多数据表联合信息提取功能。
数据融合
5）支持客户定制数据处理方法。
5、数据分析
支持单数据源与多数据源对比分析，其中包含横向、纵向气动分析以及各个舵偏状态分析。每种分析方法能够更具用户选定的状态变量进行批量处理。
数据分析方法
6、数据可视化
以树形结构来组织源数据和中间数据，方便用户快速定位数据表。在数据表格视图中提供排序、筛选等操作，方便用户快速定位感兴趣的状态点。对于分析结果以二维曲线图的形式展示，提供多样化的曲线标注、颜色、线型、点型设置方法，以便更好区分各状态点生成的曲线。并提供曲线平滑、拟合、求导、跳点识别等方法，来方便用户进一步识别曲线变化规律。同时提供平移、旋转、缩放等方法来辅助观察曲线规律。
数据表设置
7、报告自动生成
将分析结果根据报告模板自动生成报告，同时支持根据用户需求定制模板格式。
生成报告样式
Mirror CFD 中间件
Mirror CFD 中间件
目前，各单位或研究院所都有众多的的高性能计算服务器、工作站等硬件资源，以及大量的自研软件、分析设计工具等软件资源，但是这些软硬件资源难以被众多的研究人员方便、快捷、充分地共享使用，而且硬件、软件资源的管理、使用效率普遍不高。
基础功能
Mirror底层采用Python开发，核心代码采用C语言来改写，在保证效率和稳定的情况下可以充分发挥Python作为脚本语言的优势，也方便客户进行扩展。Mirror着力解决异构系统下的资源共享问题，将软件进行“搭积木”的方式封装，快速完成设计/分析/优化，实现一体化的工程设计，规范设计流程，提高设计效率。ROMTEK的中间件技术采用SOA-ESB的架构，针对HPC，实现可控的计算流程和高可扩展性，已在数个重大工程项目中应用，并为CFD领域科学计算集成提供了多种解决方案。
特色技术
Mirror消息中间件
针对行业硬件和设备的特殊性，吸收了市面上消息中间件的优势，设计出了一种更能满足科学计算集成的消息驱动中间件。
▶ 支持多服务器结构
▶ 支持多种消息适配协议
▶ 采用事件驱动模型
▶ 具备良好的系统时序性
服务化快速封装功能
Mirror具有一套较完整的封装规则及工具，便于快速集成封装各类CFD解算程序。支持多种类型程序封装，包括链接库，可执行文件，集群程序等，支持多种参数文件的配置与生成。
科学计算数据处理
我们采用了符合“科学计算特点”的三层库结构，分为用户库，中间库，持久库。保证一致性和数据读取方便性。
持久库中的数据是计算模块产生的，未经过特殊处理的原始数据。可能会是结果文件，日志文件、流场文件、数据库等。中间库是从持久库力进行筛选，再重新编排融合后的数据。用户可以根据具体的需求，来定制处理过程。适用范围包括：对结果文件的特殊操作，如转置，提取关键信息，坐标类型转化等。用户库是从中间库中进行再处理后的数据，此数据面向的对象主要是用户，可以根据具体的需求来定义处理过程。适用范围包括：结果报表生成，绘图信息提取，图片生成。
“破碎法”文件加密技术
通过软件本身可实时监测计算过程的残差和气动力收敛曲线，方便用户及时纠错，同时输出的计算流场可用于Tecplot后处理软件，方便用户进行特殊的流场处理和特征参数提取。
所有功能
经典案例
一体化集成系统
XXX一体化集成系统是一个含气动力解算器集成、热环境解算器集成、力热耦合解算软件集成、弹道仿真软件集成，3D后处理可视化集成的综合集成平台。
计算所集成平台
XXX计算所集成平台是多学科，多分类的软件集成平台。
Grille CFD参数化网格生成软件
Grille CFD参数化网格生成软件
参数化网格生成技术为网格的快速、高质量、自动化生成提供了一种很好的解决途径。特别是针对气动外形的局部修改时，会形成系列变化中的外形，制定好网格生成程序后，就能适应气动外形的变化，并能通过修改少量参数，进行网格加密、空间网格调整，达到优化网格的目的。
1. 网格意义
CFD对流场进行仿真分析，需要在流场中解流动控制方程，对计算域进行离散化是数值方法求解流动控制方程的前提。网格剖分就是用来离散化计算域。通常计算域的边界都是通过几何外形来表达的，例如飞机表面到外场空间一定范围被隔离成一个封闭的计算域，而在这个封闭计算域剖分的网格即可用来计算飞机在空气中的气动特性。
2. 传统网格剖分方法与缺点
传统结构化网格剖分方法主要是通过工程应用人员利用通用网格软件手动绘制。首先导入CAD模型，然后利用模型曲线和曲面，绘制表面网格，然后生成附面层网格，最后构建外场网格。通用网格软件往往提供有丰富的工具，能够精细的控制每个局部的网格及分布，从而得到高质量的网格。但通用网格生成方法的缺点也比较明显。
* 比较依赖人工经验，软件学习有一定难度。
* 局部细节调整多，工作量大。
* 网格生成周期长，时间成本高。
* 数模变化适应性不足，局部外形改动意味着重新绘制网格。
3. Grille参数化网格介绍
Grille CFD参数化网格生成技术站在CFD应用的角度思考，针对网格剖分工作量大、时间周期长的难点，从网格生成基础技术中发展而来。
1）网格生成流程
2）关键技术
* 基础网格生成技术
* CAD内核技术
* 网格信息关联技术
* 附面层推进技术
3）优势
* 网格生成过程自动化，快速高效
* 网格参数控制灵活，修改方便
* 具备数模外形自适应能力
* 流程简单，使用方便
与通用网格软件对比
| 网格生成方式 | 优势 | 劣势 |
| 通用网格生成 | 1) 适用范围广，几乎适用所有几何外形； 2) 控制精细，每个网格点、网格线都可手动精细调整； 3) 可用商业软件多，不需独立开发； | 1) 人力投入成本大，生成周期长； 2) 网格修改、调整复杂，工作量大； 3) 不能适用外形变化，外形修改后需要重新画网格； 4) 使用独立，很难与其他CFD软件之间形成良好的流程衔接 |
| 参数化网格生成 | 1) 生成过程自动化，不需人工绘制； 2) 控制参数化，网格修改方便； 3) 应用简单灵活，可独立适用，也可用于集成开发； 4) 针对专用外形，具有很好的外形适用性，程序复用性好； | 1) 需要针对特定外形的数模进行程序开发，首次开发工作量大； 2) 软件对应特定系列外形，不具有普适性； |
5. 经典案例
1）外形自适应
案例一
案例二
2）网格质量参数化控制
案例三
3）参数化网格生成案例
案例四
6. 总结
Grille CFD参数化网格生成软件继承了传统结构化网格生成质量高的特点，同时又具备快速、自动、自适应外形变化的优点，是对网格生成技术的深度探索和典型应用。
