多物理场耦合集成分析 - 文章

多物理场耦合集成分析

作者：安世亚太

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项目背景

电子某所是一家从事雷达、通信、电子系统与工程的大型综合性电子研究单位。产品涉及卫星通信、移动通信、测量雷达、气象雷达、航空电子、汽车电子、信息系统集成、天线与微波产品、功率电子产品、信号处理产品、射频仿真产品等各大类，是国家电子工业高新技术重大科技攻关项目的中坚力量。

十几年来，工业领域技术的变革性进步及信息化技术的飞速发展，推动了电子产品设计技术的不断发展。电子产品设计手段的提升以提高设计效率、缩短生产周期为目标，在实现三维设计的同时，实现与生产的数据共享。经过多年的发展，14所已在产品的研制实践中初步发展了多种CAD软件，以及结构、流体、电磁等各类CAE软件，为数字设计/仿真过程的综合集成应用奠定了较好的技术基础。

但是在这些设计仿真软件的使用过程中，依然存在着很多的问题，最突出的矛盾包括:

在产品设计数字化的发展中，需进行多物理场耦合性能的分析，但由于各专业之间信息交互困难，系统及应用集成性差，现有资源没有得到有效利用，产品的设计与仿真过程大都采用商业化软件和部分自有软件。这些不同来源的软件相互间的兼容性欠佳，导致各设计/仿真软件分散林立不成体系，软件的使用效率低下，软件效能不能充分发挥；

多学科协同设计的应用水平低，支持工具缺乏。电子产品是一个复杂的多学科系统，最终性能取决于综合最优，必需构建电子产品数字设计、分析、优化的多物理场耦合性能分析系统，提高电子产品的总体设计水平；

缺乏基于信息流驱动的多物理场耦合分析工具和管理的手段，缺乏对与多学科相关的分析流程梳理、定制、模版等分析流程的管理。

项目挑战

·实现电子产品设计仿真协同
·解决电子产品多学科耦合分析和优化问题
·建立电子产品仿真分析的标准、规范和流程
·提供电子产品仿真流程梳理、定制和管理工具
·提供对电子产品仿真数据的有效管理

解决方案

“多物理场耦合集成分析”项目需要解决电子产品的多学科仿真涉及到流体、结构、电磁场、动力学等耦合计算和优化问题。“多物理场耦合集成分析”项目以PERA.Simulation的技术集成模块CaxMan为核心，实现电子产品设计协同仿真、仿真流程定制、仿真数据管理、工具软件集成以及多学科仿真和优化设计功能。

可视化仿真流程定制工具

PERA.Simulation平台提供了仿真流程模板定制功能，仿真向导模板由xml配置文件和js脚本函数文件构，需要手工编写模板配置文件和脚本程序，操作比较复杂，工作量大，难以批量开发。因此很有必要为用户提供一个可视化的工具，可以使得用户能够直接通过可视化的图形界面，根据相关领域的仿真分析需求，轻松地生成用于特定分析的仿真向导。

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可视化仿真向导定制工具

集成电子产品各种仿真分析第三方软件

通过CaxMan SDK可以实现与第三方CAE软件的集成，比如：Virtual.Lab、AMESim、EASY5、Flotherm、Icepak等。其思路是，通过参数传递，设定耦合方式、时间步长等，生成相应CAE软件的脚本控制文件，驱动CAE软件的运行。CAE分析的结果可以返回PERA以图表、动画的形式显示。

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电子产品多学科耦合分析与优化

EDM和PDS接口文件管理系统

CaxMan的仿真数据管理EDM(Engineering Data Management）采用BOE(Bill Of Engineering)的方式管理仿真数据。通过开发PERA与PDS管理系统的数据交换接口，实现PERA与PDS管理系统的集成，通过文件的上传与下载、检入检出等操作，实现从PDM系统中获取仿真分析必须的产品几何模型数据，以及将仿真分析中间结果报告和最终经过评估的仿真分析报告检入到PDS系统中，完成CAE与PDS数据的双向传递。

定制各种电子产品仿真流程模板

电子产品的多学科仿真，多涉及到流体、结构、电磁三场耦合计算问题，整个分析过程用到的软件较多，需要进行多学科的仿真分析。多学科耦合分析与优化流成向导能保证模型/部件分析时的标准化，其主要内容包括：分析流程标准化、工况设置标准化、分析方法标准化；通过分析规范的集成，可提高标准的执行力，降低标准的掌握难度，而且可以保证分析的质量。应用前述的解决方案，可以实现电子产品设计的四大主要多学科分析和优化流程。

项目成果

基于CaxMan的“多物理场耦合工具”项目，实现了在统一的平台下进行电子产品多物理场耦合分析和多学科优化，提供了可视化仿真向导定制工具、实现了设计仿真协同、仿真数据管理、建立了各种电子产品仿真流程模板。该项目的主要成果包括：

可视化仿真向导定制工具–实现了CaxMan仿真向导的可视化定制，通过可视化拖拉组件的方式和属性设置，即可定义整个仿真向导模板的定义，定义完成后自动生成仿真向导模板，整个过程不需要用户编写程序代码，从而大大提高用户创建仿真向导的效率。

电子产品多学科耦合分析与优化- 仿真分析与优化在统一界面下进行，无需进行各种仿真分析环境之间进行频繁切换。“多物理场耦合工具”项目根据集成的电子产品仿真分析模板（分析优化流程）实现了电子产品流体、结构、电磁分析以及多学科耦合分析等自动操作过程，并最终形成评估报告。

电子产品仿真分析与优化模板–电子产品仿真分析模板是根据电子产品仿真分析过程、经验知识、行业标准规范等知识定制的用于一体化仿真分析与优化的标准过程。封装了各种仿真分析规范以及标准材料库，并进行了电子产品各种第三方仿真分析软件的集成，实现了电子产品多物理场耦合分析与优化整个过程。

用户评价

“多物理场耦合集成分析”项目在PERA.Simulation平台中实现了电子产品多物理场耦合分析与优化，定制了电子产品各种多学科耦合分析与优化流程标准模板，并融合了行业的设计标准、企业的分析经验和规范等知识。建立了电子产品各种仿真分析标准，实现了企业智力资产的重用，使CAE分析技术真正渗透到产品设计开发的各个阶段，提高产品的设计技术水平和产品品质。

用户价值

1.充分利用CaxMan与CAD软件之间的双向参数驱动接口能力，实现了产品设计仿真协同，可方便进行设计、仿真、优化一体化而无需开发额外的数据接口；

2.充分利用PERA.Simulation的仿真向导模板定制功能，实现各种产品多学科仿真分析优化标准化流程的定制与管理；

3.CaxMan提供的强大的SDK进行二次开发的能力，使得定制多学科耦合分析流程更加方便快捷；

4.PERA.Simulation深度集成的文件管理引擎，实现了仿真数据的集中管理；

5.ERA.Simulation深度集成的流程管理引擎，实现了仿真任务的自动化管理和多人协同仿真分析。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/13/2009)


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