华为发布工业软件三大难题之面向装配场景，10万+零件的超大规模几何约束系统的求解问题

山涧果子

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来源：中科院与系统科学研究院——华为π实验室

难题一：面向装配场景，10万+零件的超大规模几何约束系统的求解问题

难题二：适用于CAD领域的NURBS裁剪曲面自交快速检测

难题三：面向CAE分析的高质量曲面贴体网格的生成问题

技术背景：

几何约束求解是CAD系统最重要的共性关键技术之一。约束求解引擎的稳定性（stability），一致性（consistency），和高效性（efficiency）是影响CAD系统的关键指标。

1、稳定性：在给定的误差内的非线性方程组的收敛问题

2、一致性：在多解情况下总能给出符合设计意图的解

3、高效性：CAD系统的交互设计特点要求约束求解速度要非常快（小于1秒）

超大规模几何约束系统的求解效率是制约CAD系统处理超大模型（如10万+零部件的汽车装配模型）的关键技术难点之一, 解决超大规模几何约束系统的求解效率一方面需要研究更高效的分解算法，另一方面也要研究大规模非线性方程组的高效求解算法，同时也要研究充分利用云计算和GPU加速等软硬件资源的系统架构和算法。

技术挑战：

除了稳定性和一致性，超大规模约束系统求解的最主要的挑战是解决高效性的问题

1、几何分解算法：将一个大规模问题转化为一系列可分步求解的子问题，通过降低子问题的规模来提高约束求解的效率。

2、非线性方程组的求解：提高非线性方程组的求解速度是超大规模约束系统求解的主要挑战解决高效性问题的发展趋势：几何分解算法-最近一二十年高效算法的研究进展缓慢；方程组的求解-利用约束方程组的稀疏特性提高求解效率显示出比较好的前景，如稀疏矩阵相关的cholesky 分解、Lanczos算法等，如非线性方程组的信赖域算法等；利用软硬件资源：云计算和GPU等硬件技术的发展也为解决大规模约束系统的求解问题提供了强大的环境支持。

技术诉求：

当前几何约束求解引擎的设计目标是5000左右的几何约束系统计算速度在1秒内完成，以支持中等规模的CAD系统的交互设计需求
创新方案的目标是超大规模几何约束系统(10万+)的求解速度在1秒内，以满足大规模CAD系统交互设计的需求

参考文献：

[1] R. Light and D. Gossard, Modification of geometric models through variational geometry. Computer Aided Design, 14(7):209–214, 1982.
[2] J.C. Owen, Algebraic solution for geometry from dimensional constraints, Symposium on Solid Modeling Foundations and CAD/CAM Applications, pages 397–407, Austin, TX, 5-7 1991.
[3] W. Bouma, I. Fudos, C.M. Hoffmann, J. Cai, and R. Paige. Geometric constraint solver. Computer Aided Design, 27(6):487–501, 1995.
[4] C.M. Hoffmann, R. Joan-Arinyo, A Brief on Constraint Solving, Computer Aided Design and Applications, 2(5):655-663, 2005.
[5] M. Rojas, S.A. Sanos, D. C. Sorensen. A New Matrix-Free Algorithm for the Large-Scale Trust-Region Subproblem, SIAM Journal on Optimization, 11(3):611-646, 2000.
[6] N.I. Gould, S. Lucidi, M. Roma, P.L. Toint. Solving the Trust-Region Subproblem using the Lanczos Method, SIAM Journal on Optimization, 9(2):504–525, 1999.
[7] Timothy A. Davis, Algorithm 849: A concise sparse Cholesky factorization package, ACM Transactions on Mathematical software, 2005.
[8] Franz Rendl, Henry Wolkowicz, A semidefinite framework for trust region subproblems with applications to large scale minimization, Mathematical Programming 77, pages 273-279, 1997.

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国产智能制造一体化CAM：精密零组件AI制造「量匠」，打造“自主制造”标准工厂集群。

据九合创投公众号，精密零组件端到端的AI自主制造工厂量匠智造宣布完成由九合创投领投的上千万元天使轮融资。深圳量匠智造科技有限公司（以下简称：量匠）成立于2022年6月，是一家主营和生产非标（超）精密核心零组件的端到端AI自主制造工厂，最高精度达几微米，可广泛应用于新能源、半导体、航天航空、精密仪器、石油服务、医疗仪器等行业。量匠：打造“自主制造”标准工厂集群　2022年，量匠成立，是一家精密零组件端到端的AI自主制造工厂。值得一提的是，量匠核心团队来自于中国科学院大学、美国麻省理工大学等国内外著名理工高校。其他成员曾经在亚马逊、腾讯、华为、字节跳动、虾皮等多个海内外知名企业任职，为量匠提供了专业的整体设计研发能力和强大的商业化销售能力。据了解，量匠团队以软件定义数控制造工厂，成功打造出“自主制造”标准工厂集群。旗下产品目前最高精度已经达到几微米，并在精密仪器、半导体、航天、石油、医疗仪器等行业得到广泛应用。量匠团队基于自主制造，把机床和刀具产品性能推到极限，让AI考虑生成成本最优的工艺方案，并摆脱对工艺工程师的依赖性，进一步实现工艺无人化。量匠创始人兼CEO曾博文表示，非标零部件、精密零件的生产与制造一直以来市场需求大，但存在着行业分散度高和规模化瓶颈单一的弊端。对此，量匠团队专注端到端AI自主制造，通过AI技术缓解工艺开发难题，打破市场规模化的阻碍，打造一个可轻量化的全球复制工厂，为全球市场提供价格、质量、交期可预期的超高端到中端精密零件。接下来，公司将会加大对核心技术的研发，促进中国零件行业朝着智能化方面升级。果子说说：之前国内没有一个通用cam软件，也没有一个基于国产cam软件的后处理软件体系。如果有这些硬实力，进行软件化，cam集成化。我相信，任何系统厂家都会受不了这种诱惑。你再看看，国内有几家敢开发cam软件的系统厂家！目前好消息是，国产CAM软件全自主的有中望3D CAM，精雕CAM,千机智能CAM，华天SINOVATION CAM，量匠AI智能制造一体化CAM。这些企业一直奉行自主研发，自主研发是基本原则。事实，只要搞出自主雏形，后面都很容易。大数据大模型训练。。。AI技术会助力国产CAM软件超越国外CAM软件。。。。国产CAM软件的弱势，就已经让8090机械人，对国产数控领域，丧失兴趣和信心了。就是一句话，看不起国产cam软件。因为cam软件是代表一个国家整体数控实力。没有完全自主的cam软件优秀品牌，那么这个国家的数控设备也是一塌糊涂。一句话，你可以不说，我可以不信。现在那些所谓国产CAM软件，有多风光，将来，美国一旦抽掉梯子，影响的不仅仅是这些软件企业，受影响的是那些中国的大学和一群学者专家。国内的教育群体的声誉会进一步降低。在医疗，数控，系统，软件，相对落后的同时，这样的打击可不是说说这么轻松。租用外来技术，实现国产软件的建设，也只试用CAD软件的部分，或者只适合前期发展。随着CAD技术的提升，再到cam软件的发展。我们自然会感觉到租借根本解决不了任何关键问题。因为我们根本不了解其体系之后的真实逻辑。国产某软件cam模块的具体功能，和必备功能，出现失衡或者残缺的情况，也证实了我们的感觉是准确的。把软件组件当成机械组件，是个错误的认知。机械组件，由于材料限制，必然导致结构设计的微调，而整个机械必然会因为材料结构限制导致，这个机器的综合能力是有上限的。我们永远无法，逼迫一台15吨的起重机，吊起60吨的物体。道理相通，但具体不同。简单认为租用外来组件，基本上已经锁死软件功能的上限。这还是CAD软件。至于eda和cae软件，租用技术带来的麻烦更是一大堆。授人以鱼不如授人以渔。给你组件，那是给你鱼。让你实现0－1技术突破，这是渔。事实上，我们已经发现这个共性问题了。因为中国是后发，发展时间短，就像小孩子还没有断奶一样。所以，套牌租赁横行。但是，小孩子总有那么一天会断奶。与其被迫断奶，不如自主断奶。即使养再多的奶牛，也无法支撑十几亿人口的奶源问题！造假掺假必然成为唯一办法。问题是，假的终究还是假的。假牛奶不是太可怕的事情，毒牛奶才是丧尽天良的行为。oem虽不是毒牛奶，但是也不远了。毫无营养的假牛奶离骇人听闻的毒牛奶究竟有多远，恐怕也就是一夜之间的事情！源头一断，毒牛奶必然改头换面，进入市场。国产CAM何时才能断奶！奶源的重要性有多大？假牛奶和毒牛奶哪个会好一些！？国产软件越是没有自主能力，国人越是不会在乎。国产软件一般进行一个对标，于是，买办拿来一套国外软件中国区特供版，做完相关测试，中国软件达到国际同类产品优秀水平。事后，外国人说，中国软件企业技术基础并不差。oem软件企业赶快举手，我们也能做到。这就是陷阱，这就是麻痹。所以，面对国际软件硬件的围剿，中国的软件必须坚持独立自主。妄图借助对手的打盹，放水，这是不切。这么多做实事的企业，会给国产CAM一个美好的未来。。。来源：山涧果子