有一支这样的“马良神笔”
让大国重器的设计
从人工绘图迈向智能计算
让设计的“最优答案”
实现“定制化”“自动化”
从2019年初具雏形
到2024年与全球28家单位展开合作
这支“马良神笔”
在大国工匠的手中泼墨挥毫
一个个智能装配零件
在它的帮助下有了智慧的“骨架”
长出坚实的“血肉”
机械学院ETop团队造出的
这支“马良神笔”
何以“神奇”？
近期，这支由机械学院ETop学生团队研发的具有自主知识产权的“马良神笔”——“ETop—全球领先的创新结构优化设计软件平台”（以下简称ETop）在中国国际大学生创新大赛上惊艳众人、斩获金奖。
PART 01
缘起：
用在课堂和实验室学到的知识解决实际问题
ETop的萌芽、成长和结果离不开一个人，那就是机械学院2020级博士研究生周颖。
2019年，硕士在读的周颖在机械学院的支持下，参与了某型号国产大飞机雷达天线罩的部分零件优化设计项目。她发现，现有的设计模式如同在迷宫中盲目寻找出口。研发人员需要在CAD与CAE软件间频繁切换，反复手动修改设计模型，耗时冗长，成本高昂，效率低下，还极易出错。
面对困境，周颖想研发一款软件，能够像桥梁一样把所有的设计软件都连接起来，只要输入设计标准和要求，就能自动生成最优的设计方案。在老师的帮助下，经过日复一日地推导公式、编写程序，ETop的雏形——Topplus诞生了，这时的它还只能实现单尺度拓扑优化等简单功能，但已经足够自己日常使用了。
在一次项目结题答辩中，周颖在介绍并演示Topplus利用程序计算出最优构型时，合作单位的工程师们十分好奇，也想要使用并推广。那一刻，她意识到，在课堂和实验室学到知识的价值不仅在于论文的发表，更在于它能否走进一线，解决实际问题。
PART 02
攀峰：
在创新实践中增本领长才干
创造它的过程如同攀峰，人们表面看到的，是国内首款创新结构优化设计软件平台。但背后的基础是周颖团队与合作伙伴攻克的数不清的难题。
真正想要打造一款能够应用于工程的“马良神笔”，远比想象中艰难。
长期被国外厂商占据市场、国内企业不具备核心竞争力、被“重硬轻软”的帽子压得抬不起头……过去很多年，围绕国内工业软件行业的评价不外如此。结构优化设计软件是一款高技术密度的工业软件，长期被美国和欧盟等垄断，国外市场份额超过90%。
好在这条通往高峰的崎岖小径，汇聚了一批不畏劳苦的志同者。
来自机械学院的赵康、舒正涛等同学和周颖汇聚一起。他们在机械学院李培根院士、陈学东院士，高亮教授、李好教授、李新宇教授的指导下，克服了复杂特征建模难、高精高效拓扑难、减重增效突破难的“三难”技术瓶颈，解决了造型算不准、边界算不精、性能算不好的难题，终于在2020年研发出了ETop。
在学校和学院的支持下，团队夜以继日地将学术成果与航空航天、计算机、工业设计等领域的专业知识相融合，不断迭代ETop。目前，ETop能够算得准，研发了基于共形几何的复杂曲面建模技术，实现了创新结构设计的高保真几何造型，做到轻量化空心率超过45%，结构特征保角率大于97%，局部正交率超97%。ETop还能算得精，研发了基于参数化水平集的高精边界设计方法，实现了创新结构设计的几何与性能统一，结构轻量化减重20%以上，几何连续性增加超过1阶，平均设计效率提升70%。ETop能算得好，研发了基于高保真代理模型的多尺度优化设计，实现了创新结构设计的性能突破，微结构性能预测时长降为毫秒级，结构平均结构刚度提升2.9倍，能量吸收提升31.7%。
PART 03
应用：
在广阔天地中展现才华
算得准、算得精、算得好，让ETop面世后迅速在业界崭露头角，赢得了专业人士的广泛赞誉。
但很快，市场就给他们泼了一盆冷水。周颖团队发现，创新型技术从设计到落地之间的路途，比想象中更远。
尽管ETop在理论上表现出色，但却因未能充分考虑零部件在极端工况下的性能要求，导致某个设计出的零部件在实际应用中出现故障，给企业造成了一定的经济损失。面对困难，团队与企业紧密合作，收集实际工况数据，更新优化算法，充分考量结构零部件的服役工况，最终设计出了远超设计指标的创新构件。“从失败中，我们找到了设计漏洞，想出了解决办法，也增强了挑战科研难题的信心，坚定了科技报国的理想”，这次经历让团队深刻认识到，真正的创新不仅要在理论上先进，更要让创新落地到实际应用中去。
目前，ETop已经在全球28家单位（含两家世界500强）落地生根，给他们带来了实实在在的效益。
面向我国航天工业领域高质量发展的需求，在某航天集团，ETop已经支撑了多款型号设计，获得“经济效益突出”的高度评价。在航天某所，ETop实现了新型支架结构的宏观构型与填充微结构一体化设计，获得了“具备应用推广前景”的大力肯定……在我国向高质量发展转型的关键阶段，ETop的成功应用为我国设计类工业软件自主探出一条光明前路，也让世界看到了结构优化设计软件领域的“中国神笔”。
从画设计图，到看到由自己主持研发的ETop设计出的某型航空发动机空心风扇叶片，周颖的个人命运早已经和祖国结构优化设计软件的发展紧紧地结合在一起。
看到习近平总书记回信勉励中国国际大学生创新大赛参赛学生代表，周颖激动万分，又深感责任在肩。她说，要永远铭记学校“明德、厚学、求是、创新”的校训，始终坚持“华科人要在大国重器里发挥更大作用，助力高水平科技自立自强”。
PART 04
支持：
营造良好创新创业氛围
国家级机械基础课程教学基地、国家级机械实验教学示范中心、国家级工程实践教育中心……锚定国家战略需求，教育成为连通科技、人才、创新的纽带。长期以来，机械学院始终坚持以学生为中心，以创新为驱动，面向国家战略需求，依托8个国家级科研平台，形成了院士和国家高水平人才领衔的高水平教师队伍，致力于培养具有创新精神和实践能力的拔尖创新人才，有力服务教育强国、科技强国、人才强国建设。
目前，机械学院2个专业入选国家级一流专业建设点，5门课程被认定为国家级一流本科课程。一堂堂跨学科、跨院系、跨专业的高水平教学团队带来的基础课程，为学生夯实专业课稳固根基。
机械设计创新训练、机电测控综合训练、科研训练等创新实践课……一堂堂创新实践课程实现了从注重“教”向以“学”与“创”为中心的转变，面向国家战略需求培养拔尖创新人才。
FOCUS团队、运筹与优化团队、STAR团队……一个个机械创新基地科创团队，让学生始终在干中学、学中干，加强创新创业氛围，激发学生对创新创业的浓厚兴趣，引导学生弘扬科学精神，积极投身科技创新，“近距离感受大国重器、中国力量”。
一个个创新实验室、创业孵化器，为学生搭建了自由发挥、实践想法的平台，使得创新的种子能够生根发芽，开花结果。许多毕业生深造后投身智能制造、机器人、新能源汽车等领域技术研发，展现出立报国强国大志向、做挺膺担当奋斗者的精神风貌。
来源 | 华中科技大学官微 机械学院
编辑丨林莎莎
责编 | 马金暄
校对 | 陈宇
审核 | 胡涛
