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国产自主有限元分析和计算机辅助工程分析(CAE)软件平台:FEPG

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南山林雪萍在《工业软件简史》:“

中国科学院研究员(梁国平)在1989开发出通用性仿真软件FEPG,其最大的原创性是有限元语言,执行效率很高。这个创举被当时世界排名第二的仿真件公司MSC注意到。从报纸上看到相关消息之后,MSC公司专门前来谈收购。这款软件得到了广泛的肯定,一时间赞誉无数。1993年7月的《人民日报》报道,“首创的有限元程序自动生成系统,数天内可完成数月才能完成的编程工作”。(注释:自动有限元生成系统FEPG(目前叫FELAC))


严谨的中国科学院鉴定委员会于1993年8月给出的评价是,“该系统不同于通常的有限元程序,而是有限元程序的生成系统。使用者只要提供相应信息,就能自动生成所需的有限元FORTRAN源程序。该系统已达到国际领先水平

1996年,国家科委在研究成果公报中,也公布了对这项成果的认可。当时,中国科学院数学所领导非常开明,鼓励拓展这款软件的市场,并提供中国科学院图书馆后面一座小楼作为工作场所。四处筹款之后,飞箭公司成立。

飞箭公司之后一直紧跟科技最前沿的发展,2000年开发了全球首套互联网有限元软件,但是因为1999年互联网泡沫危机而流产。坦白地说,这种理念在当时实在是太超前了。

2006年,高性能计算(HPC)开始兴起。不同于串行计算,并行计算可以在数千个CPU间分配和调度任务。就在这一年,飞箭公司推出了FEPG的升级版本,也就是并行计算pFEPG2009年,借助天津市的政策支持,以并行仿真技术为基础的元计算公司成立。

美国正是在2009年确立了计算仿真战略。美国总统信息技术委员会的《计算机科学:确保美国竞争力》报告以及美国国家科学基金委的《基于仿真的工程科学》报告,先后被提交给了美国总统。

尽管该公司拥有领先的意识和技术,元计算公司做了大量的工程研究基础工作,但资本的投入却是极为有限的。这种坚守通用型仿真所得到的资金,与国外仿真技术公司每年动辄数亿美元的研发投入相比,差距明显。除了资金之外,更为严重的问题是后继无人。

 

一.FEPG介绍:

FEPG—有限元程序自动生成系统

有限元程序自动生成系统FEPG(FiniteElement Program Generator)为有限元分析和计算机辅助工程分析(CAE)软件平台,FEPG软件创始人梁国平先生是中国科学院数学研究所的计算数学专家,于1990年研制成功“有限元程序自动生成系统”(FEPG),并于一九九五年获国家科技进步二等奖。用户只需输入有限元方法所需的各种表达式和公式,即可由FEPG自动产生所需的全部有限元计算的源程序,包括单元子程序,算法程序等,免去了大量的繁琐的有限元编程劳动,保证了程序的正确性和统一性。 

FEPG的开发思想是采用元件化的程序设计方法和人工智能技术,根据有限元方法统一的数学原理及其内在规律,以类似于数学公式推理的方式,由微分方程表达式和算法表达式自动产生有限元源程序。

FEPG是一个开放的有限元程序开发平台,适用于各种领域、各种有限元问题。可获得有限元问题的全部FORTRAN源程序。


2004年,FEPG推出了并行版本pFEPG。采用有限元语言作为书写代码,融合了公式库技术、组件化技术和自动生成技术,使用户非常自然和简单地根据微分方程表达式和算法表达式来自动的产生可用于并行计算的有限元程序。

FEPG系统采用组件化的设计方法和程序结构,新的功能模块以组件的形式定义和添加,核心系统的健壮性和独立性不受任何影响,结构简单清晰。除了平台本身的开放性以外,用户可以获得任何应用的FORTRAN源代码,从而降低了软件部署的复杂度,提高了用户的参与度。与国内外主流通用有限元软件相比,利用FEPG进行开发还具有程序代码精炼以及投资少等优点,但存在界面不够友好、对用户的起点要求较高等缺点。


1983 年: 梁国平教授于中科院数学院开始研究FEPG 软件

1994 年: FEPG 获中国科学院科技进步二等奖

1995 年: FEPG 获国家科技进步二等奖

2000 年: FEPG 网络版发布

2004 年: 并行版(pFEPG)发布

2006 年: 涉及美、德、加、荷、韩、日、新、法、等10 余国家地区

2006 年: 中国国际软件博览会金奖,同年推出多核版本FEPG

2006 年: 与 Intel 建立正式合作伙伴关系

2007 年: 入册Microsoft China Partner Ready,多核版本 FEPG 成为WCCS在中国唯一测试的并行软件

2007 年: 与上海软件中心构建库签订合作协议

2009 年: 落户天津中新生态城,成立元计算科技发展有限公司

FEPG是目前国内最大的通用有限元软件平台

 二.有限元集成开发平台FELAC.IDE

FELAC.IDE(包括FELAC 2.2和FELAC 3.1)是中国科学院数学与系统科学研究院梁国平于1983年开始研发的通用有限元软件平台,是具有国际独创性的有限元计算软件,是FEPG/IFEPG/PFEPG系列软件三十年成果(1983年—2013年)的总结与提升。该软件以有限元语言作为脚本代码语言,可以使用户以一种类似于数学公式书写和推导的方式,非常自然和简单地表达待解问题的微分方程表达式和算法表达式,并由生成器解释产生完整的有限元计算C++程序。将科研人员从繁重的代码编写工作中解放出来,快速将理念转化成现实成 果,降低开发成本。

FELAC 2.2是CAE核心求解器的快速开发工具,利用它可以在10分钟内开发一款商业级CAE高性能求解器:

FELAC 3.1是CAE软件的界面模板,利用它可以实现通用和定制化CAE软件的快速封装:

有限元程序自动生成技术

三.有限元集成开发平台WebFelac


体验一下“元计算编程”适用于采用有限元方法数值求解偏微分方程(组),提高程序编写效率,使用者按照约定的规则将偏微分方程(组)弱解形式和算法以脚本方式表达出来,提交“元计算编程”可以自动生成对应求解问题的串行计算以及并行计算程序的全部源代码。该源代码可以作为编程学习,也可以在任意硬件环境下编译运算。

webFelac是一款在线生成的软件,利用它可以在web端帮您体验在线生成c语言文件的奥妙

四,梁国平介绍


梁国平,男,1938年11月生,广东省人。1963年毕业于南开大学数学系。历任中国科学院数学研究所助教、讲师、副研究员,现任中国科学院数学与系统科学研究院研究员,博士生导师,北京飞箭软件有限公司总工程师。曾任美国卡内基梅隆大学数学系(1981-1982)、美国加州大学柏克利分校土木工程系(1982-1983)、美国加州大学柏克利分校地质与地球物理系(1990-1992,1995-1996)、德国慕尼黑技术大学应用数学系(1992,1994)、美国加州大学柏克利分校材料与矿冶工程系(1992-1993)、美国加州大学洛杉机分校数学系(1996)、美国普都大学应用数学系(1996)、加拿大-悉尼-太平洋地质科学中心(1996)、香港中文大学数学系(1996)和香港理工大学数学系(1996)访问学者。

获奖情况:1980年有限元分层解法软件获石油部重大成果奖;1994年有限元程序自动生成系统获中国科学院科学技术进步二等奖;1995年有限元程序自动生成系统获国家科学技术进步二等奖等。

研究领域:有限元方法及区域分裂法;并行计算及其软件;有限元与有限差分软件的自动生成;非线性规划算法;轧钢过程的数学模型与计算机最优控制;盆地演化过程的数值模拟;高速火车的动态数值模拟等。

1983 年: 梁国平教授于中科院数学院开始研究FEPG 软件

1994 年: FEPG 获中国科学院科技进步二等奖

1995 年: FEPG 获国家科技进步二等奖

2000 年: FEPG 网络版发布

2004 年: 并行版(pFEPG)发布

2006 年: 涉及美、德、加、荷、韩、日、新、法等10 余国家地区

2006 年: 中国国际软件博览会金奖,同年推出多核版本FEPG

2006 年: 与 Intel 建立正式合作伙伴关系

2007 年: 入册Microsoft China Partner Ready,多核版本 FEPG 成为WCCS在中国唯一测试的并行软件

2007 年: 与上海软件中心构建库签订合作协议


来源:山涧果子
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首次发布时间:2025-02-12
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国内外智能CAM软件:智能化特征识别,可以助力CAM自动化编程。

特征技术是CAD/CAM技术发展中的一个新里程碑,它是在CAD/CAM技术的发展和应用达到一定水平,要求进一步提高生产组织的集成化、自动化程度的历史进程中孕育成长起来的。机械加工特征识别是指从CAD模型中自动识别和提取出用于机械加工的几何形状和特征。这些特征通常包括槽口、台阶、凹槽、凸台等,它们对于后续的制造工艺规划、刀具选择、加工路径生成等具有关键作用。特征识别的目的是建立CAD系统到CAM系统之间的直接联系,将CAD系统的输出直接作为CAM系统的输入,从而提高CAD/CAM系统的综合效率。机械加工特征是计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)领域中的一个重要环节。一.hyperMILL特征识别几何体特征的自动识别为程序员节省了宝贵的时间“特征”是从 CAD 模型中获取的一组自动使用的几何与加工数据集。功能具有极大地简化和加速NC编程的功能。孔、型腔和槽仅仅是一些常见的、可以创建成特征的部件元素。如果某个部件上有很多孔,那么手动选择每一个孔既耗时,又容易出错的问题很快就显现出来。反复进行相同的操作流程会浪费宝贵的工作时间 - 而特征技术让 CAM 程序员能够将此过程自动化,并且投入时间在更加复杂的编程工作。hyperMILL的特征技术使读取和加工作业相关的部件设计属性成为可能。可以自动识别孔和型腔等几何特征,并自动应用与加工任务相关的信息。(1)NC 程序员可以自由配置自动化程度特征技术帮助程序员识别将要进行加工的区域。特征浏览器以一种结构化的方式显示孔、型腔和 T 型槽,方便后续的编程自动化。识别到的特征可以手动编程,也可以使用存储的宏进行全自动化编程。(2)不单单识别标准特征 用户自定义特征(CPF) 让非标几何元素能够组合到单个加工流程内。这意味着,系统能够自动识别自由曲面或复杂几何体,用户可以在随后的编程时选择它们。 通过采用自动化选择过程,基于特征的加工可以加快和简化 NC 编程。和加工相关的数据,例如加工深度、起点、曲面和公差等,可以直接用于编程。特征技术的更多优点还包括改善产品质量。这归功于减少错误以及全面的标准化,确保用户有效利用经过验证的工艺和资源。二.SolidCAM 自动特征识别和加工 SolidCAM特征识别是常见的、快速的、自动化CAM编程任务的完美工具。2.1型腔识别SolidCAM特征识别树立了新标准。不是在单独的操作中加工每个单独的型腔,而是所有型腔,无论它们是开放型、闭合型、盲型还是贯穿型型腔,都可以通过相应的深度和Z水平来识别并在一次操作中进行加工。型腔、型腔识别和2D钻孔中的完整夹具保护允许您在加工零件的同时保护夹具。(1)标准型腔操作的所有策略和选项均可用,并结合从模型面识别的可变上层和深度。用户控制刀具、技术和切削策略的选择。(2)底部圆角的自动识别和加工(3)每个型腔的残料自动识别(4)多型腔零件的完美刀具路径2.2倒角和去毛刺SolidCAM自动识别可以应用倒角的所有锐边。用户只需设置倒角深度、刀具切削直径和安全偏移距离。SolidCAM的倒角识别功能会自动尽可能地避开垂直壁和夹具,同时保护零件免受与刀柄的碰撞。2.3高级钻孔识别SolidCAM自动识别实体模型上的所有钻孔并生成必要的CNC操作。(1)为了选择要加工的钻头,可以使用强大的过滤刀具,例如直径、Z深度或钻头深度。(2)可以在所有钻孔位置生成点钻,其中深度与所使用的钻孔刀具的直径有关。2.4拖拽操作从标准库或用户自定义中选择的完整加工过程可以简单地拖拽到单个特征或完整零件上。然后,SolidCAM自动生成所有必要的操作。三.欧特克FeatureCAM CAM编程自动化2013年Autodesk 将以 2.77 亿美元收购 DelcamFeatureCAM是基于特征、基于知识、使用自动特征识别技术AFR和交互式特征识别技术IFR的全功能智能CAM系统。FeatureCAM作为CAM程序的独特之处在于它能够实现过程自动化。它会自动识别并最好地应用零件的任何加工策略,从而显着减少编程时间。FeatureCAM 是一个基于典型特征识别的快速编制控制程序的系统(“典型元素”的定义,“特征”包括零件的几何对象:孔、槽、槽、凸台、型腔等。) .FeatureCAM 相对于其他 CAM 系统的优势在于高度的决策自动化。系统知识库包含各种元素加工的典型技术,推荐刀具和切削条件(可以根据您的生产加工传统定制典型技术和模式)。基于特征的高效CAM系统FeatureCAM 首创自动特征识别功能(AFR)与交互式特征识别功能IFR,极大简化了编程设置环节,仅需输入或绘制模型,FeatureCAM 自动辨识模型特征如孔、凹槽或凸台等,甚至直接识别 Solidworks 螺纹等非形状讯息,根据特征自动选择刀具、加工方式、转速及刀距等条件后,即可自动产生刀具路径及NC代码。也可以依照自己的经验设置知识库中的加工方式与切削参数等条件。自动特征识别AFR技术——让 FeatureCAM 与众不同采用特征识别技术是简化编程操作、缩短编程时间最有效的方式。每个CAD模型都包含完整的产品信息,完全没有必要在加工编程时浪费时间去选择每一个加工对象。输入CAD数据后,FeatureCAM 软件将快速识别零件特征,您可以选择手动交互式识别(IFR)或者自动特征识别(AFR)。通过AFR技术,可以识别所有2D特征,即使是那些重叠或者交叉的特征。识别的特征和输入的数据完全相关,因此设计的变更不会给FeatureCAM 带来任何麻烦。如果CAD数据发生变更,FeatureCAM 将自动和初始数据模型进行比对,并提示您所有特征是否发生变化——被增加、被修改、被删除亦或没有改变。一切尽在掌握!特征识别完成之后,FeatureCAM 基于知识的编程方式将自动选择刀具,选择进给/转速等工艺参数,生成刀具路径。基于特征和知识的技术应用,大大提高生产效率FeatureCAM 独特的基于特征、基于知识的加工功能组合使得用户可以在很短的时间内接受少量培训的情况下,轻松编制稳定、可靠的刀具路径。FeatureCAM 独创的AFR技术,完全基于特征编程,扬弃了传统的编程技术。用户在FeatureCAM里创建NC程序是如此简单、可靠。强大的自动特征识别功能,缩短了从设计到加工的全过程,使零件加工编程更方便简捷,极大缩短加工编程时间。规范的刀具路径编程,也有效地提高了加工生产管理。FeatureCAM 易学易用但不失功能强大,自动编程的同时也赋予用户强大的操作灵活性。四.千机智能QJCAM特征识别 苏州千机智能技术有限公司(以下简称“千机智能”)是一家从事高端核心领域先进工艺制造技术、复杂曲面数控加工技术、数字化与智能化工艺软件研发及生产制造服务为一体的科技型企业,千机智能自主研发的新一代智能化数控编程平台千机CAM(以下简称“QJCAM”),可广泛应用于船舶、能源、装备制造、汽车等重大重点领域,为行业客户提供智能化数控加工软件产品以及高精、高效、低成本的制造工艺解决方案。特征编程QJCAM.FeatureQJCAM.Feature是基于特征识别的自动化编程软件,支持自动识别孔、槽、凸台、异型气膜孔等加工特征,提供工艺模板库,支持一键生成特征加工刀路。该软件已成功应用于某涡轮叶片气膜孔电火花打孔,特征识别率达到100%,编程效率提升90%。特征识别是根据所需识别的特征类型,按照一定规则进行组合获得各类特征,分组保存。五.CAMworks特征识别CAMWorks提供了真正的基于特征的加工能力。这种无缝集成的方法不仅提高了工作效率,还通过自动特征识别(AFR)和交互式特征识别(IFR)技术,使CAMWorks在全球范围内处于领先地位。任何设计更改都会自动在CAM数据中更新,消除了因设计变更重新编程的需求。 可以进行加工特征识别和建模特征连续分布六.杂谈 特征识别,至少需要三个功能。解析,转化,重组。 特征识别技术,是数据格式未来的高级形态 现在国内很多特征识别,只是放出去不管。就像数控机床,控制而无精准反馈,只有大致反馈。从控制到反馈再到控制修正,才是一个重要的闭环控制。目前大体只是开环控制。其实这是阉 割版的阉 割版。最重要的技术能力是属性重建。属性重建才是特征识别的核心技术。来源:山涧果子

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