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CAE/模拟仿真 |
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基于PDM系统的分析集成平台框架研究 |
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作者：中国兵器工业集团 茹丽妙 李军 李瑞英 |
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1 前言
随着信息化技术的发展，以CAD设计为基础的PDM数据管理系统已日臻成熟，而在CAE分析方面，由于涉及到的学科和领域的不同、各分析软件的产品供应商不同，造成了各分析技术虽然在单学科的各个领域各领风骚，但却处于信息孤岛阶段，使各分析工具的连接成为分析过程的难点。协同分析、多学科优化的技术要求，提高分析效率的经济要求使得各分析工具的集成，建立统一的分析集成平台已经成为一种发展趋势。
2 平台的功能
利用已经成熟的PDM数据管理系统，分析集成平台应该能够实现：
仿真工具的集成：通过集成CAE软件，打通由CAD到CAE以及CAE各软件之间的数据接口，实现完整的数据传递，形成完整的分析及优化流程数据流。包括结构、流体、振动、噪声等各种性能仿真软件之间的数据传递和共享；CAE软件直接共享CAD数字样机，实现CAD与CAE之间的数据共享与双向参数驱动；实现优化工具与优化流程的结合。
仿真数据的管理：主要用于管理系统仿真分析的模型与结果等数据，包括仿真模型、结果文件、分析报告、脚本等文件。这项功能可以借助PDM系统实现。
仿真流程的管理：针对具体的仿真项目，建立相应的工作仿真流程，通过对工作流程的管理实现对仿真任务的控制。建立流程模板库用于存储定制好的流程模板，针对以后进行的具体分析项目的不同可以方便、有针对性的修改。基于多学科综合性能仿真流程建立设计优化模型，进行多学科综合性能设计优化研究。
3 分析集成平台框架
根据要实现的功能，分析集成平台可以基于PDM，采用ANSYS Workbench和Fiper软件构建。其中，ANSYS Workbench用于集成CAE前后处理器、求解器，打通CAD到CAE及CAE个软件之间的数据接口，管理仿真界面；Fiper用于建立仿真和多学科优化流程，并管理流程界面。分析集成平台框架如图1所示，主要有以下部分组成：
3.1 系统注册
用于实现用户的权限管理。
图1 分析集成平台框架
3.2 应用环境层
主要有三部分组成：
3.2.1 项目起始界面：
通过客户化界面的定制，创建统一的用户定制界面。用户在平台中通过界面操作，完成仿真项目的数据存储﹑流程定制、项目沟通与交流等等日常工作。
3.2.2 流程模块：
该模块利用FiPER的流程定制和强大的多学科优化功能，实现仿真流程与多学科优化等功能。仿真分析流程在多学科集成、耦合仿真分析及多学科优化等方面具有重要的作用。通过FiPER实现仿真流程的学科模块封装、流程重用、分布计算与多学科优化，可实现面向项目的性能仿真流程，并基于多学科综合性能仿真流程建立设计优化模型，进行多学科综合性能设计优化研究，实现优化设计的应用。
3.2.3 前后处理模块：
该模块利用ANSYS Workbench的开放架构与开发集成功能，统一各分析的前后处理器，实现各分析软件之间数据交换接口的集成。
3.3 应用服务层
是为运行各仿真软件、仿真流程而提供的驱动软件包。该模块实现仿真分析数据和仿真分析流程管理机制的底层业务封装。
3.4 数据存储及管理
用于仿真流程模板、仿真模型、仿真结果等数据的存储，它是支撑仿真平台运行的基础。数据存储的实现可以直接借用PDM的数据存储方式。
4 关键技术
构建分析集成平台框架涉及的关键技术主要有：
4.1 打通各分析软件之间的数据联系
由于在分析过程中经常出现某种分析生成的数据要被另外一种分析所调用的情况，需要软件之间具有较好的数据联系，但由于各个分析软件程序开发商不同，导致各分析软件之间相对独立，形成了各软件之间有的没有连接接口，有的接口不能满足软件的使用要求，从而造成分析数据的利用率很低，导致分析效率的下降。只有打通各分析软件之间的数据联系，才能够实现分析软件的真正集成，因此建立各分析软件之间的数据联系是建立仿真与优化平台的基础。但是要想建立分析软件之间的数据联系，需要对分析软件有相当的熟悉，需要熟悉各种分析软件的输入、输出文件格式，更需要对输入、输出文件进行二次开发，这些工作都具有相当难度，它是建立仿真与优化平台的关键技术之一。
4.2 平台中对分析流程的控制：
分析集成平台中，一般的分析过程通常是几种分析工具的联合分析，在这种联合分析中，各种分析软件之间调用关系的先后顺序、由哪个人执行哪一阶段的分析及分析过程中分布式计算机资源如何统一管理，这就是要建立仿真与优化分析的流程，实现对分析流程的控制，这是仿真任务是否能够保质、保量、按时完成的关键一环，因此通过自主的开发研究实现对分析流程的控制是本次平台建立的关键技术。
5 结论与展望
经过以上分析，基于原有的PDM数据管理系统，通过ANSYS Workbench，可以实现对分析仿真流程的技术集成和前后处理过程的协同，打通各种CAE软件之间的数据连接，消除信息孤岛。而通过FIPER，可以实现分析仿真的流程定制与管理，同时与Workbench配合实现多学科优化。
上文中也提到了实现分析流程的集成平台的两大关键点，分别是打通各软件之间的数据联系和如何定制适合各企业特点的专用分析流程。这两项工作，需要企业的分析设计人员、企业的信息化分管领导、分析仿真软件供应商、以及集成平台供应商共同的努力才能完成。
相信随着各种分析软件技术的发展，分析设计人员能力的提高，以及集成平台工作的实施，再加上国家在信息化方面的高度重视，基于PDM系统的分析集成平台必将最终搭建完成，并且为企业的产品研发提供更加高效、更加方便、更加通畅的研发平台。(end)
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(12/15/2006) |
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