基于PDM系統(tǒng)的分析集成平臺框架研究

1、基于PDM系統(tǒng)的分析集成平臺框架研究作者：中國兵器工業(yè)集團(tuán) 茹麗妙 李軍 李瑞英1 前言隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，以CAD設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的PDM數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)已日臻成熟，而在CAE分析方面，由于涉及到的學(xué)科和領(lǐng)域的不同、各分析軟件的產(chǎn)品供應(yīng)商不同，造成了各分析技術(shù)雖然在單學(xué)科的各個領(lǐng)域各領(lǐng)風(fēng)騷，但卻處于信息孤島階段，使各分析工具的連接成為分析過程的難點(diǎn)。協(xié)同分析、多學(xué)科優(yōu)化的技術(shù)要求，提高分析效率的經(jīng)濟(jì)要求使得各分析工具的集成，建立統(tǒng)一的分析集成平臺已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。2 平臺的功能利用已經(jīng)成熟的PDM數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，分析集成平臺應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)：仿真工具的集成：通過集成CAE軟件，打通由CAD到CAE以及

2、CAE各軟件之間的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)傳遞，形成完整的分析及優(yōu)化流程數(shù)據(jù)流。包括結(jié)構(gòu)、流體、振動、噪聲等各種性能仿真軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞和共享；CAE軟件直接共享CAD數(shù)字樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)CAD與CAE之間的數(shù)據(jù)共享與雙向參數(shù)驅(qū)動；實(shí)現(xiàn)優(yōu)化工具與優(yōu)化流程的結(jié)合。仿真數(shù)據(jù)的管理：主要用于管理系統(tǒng)仿真分析的模型與結(jié)果等數(shù)據(jù)，包括仿真模型、結(jié)果文件、分析報(bào)告、腳本等文件。這項(xiàng)功能可以借助PDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。仿真流程的管理：針對具體的仿真項(xiàng)目，建立相應(yīng)的工作仿真流程，通過對工作流程的管理實(shí)現(xiàn)對仿真任務(wù)的控制。建立流程模板庫用于存儲定制好的流程模板，針對以后進(jìn)行的具體分析項(xiàng)目的不同可以方便、有針對性的修改?；?/p>

3、多學(xué)科綜合性能仿真流程建立設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，進(jìn)行多學(xué)科綜合性能設(shè)計(jì)優(yōu)化研究。3 分析集成平臺框架根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，分析集成平臺可以基于PDM，采用ANSYS Workbench和Fiper軟件構(gòu)建。其中，ANSYS Workbench用于集成CAE前后處理器、求解器，打通CAD到CAE及CAE個軟件之間的數(shù)據(jù)接口，管理仿真界面；Fiper用于建立仿真和多學(xué)科優(yōu)化流程，并管理流程界面。分析集成平臺框架如圖1所示，主要有以下部分組成：3.1 系統(tǒng)注冊用于實(shí)現(xiàn)用戶的權(quán)限管理。圖1 分析集成平臺框架3.2 應(yīng)用環(huán)境層主要有三部分組成：3.2.1 項(xiàng)目起始界面：通過客戶化界面的定制，創(chuàng)建統(tǒng)一的用戶定制界面。

4、用戶在平臺中通過界面操作，完成仿真項(xiàng)目的數(shù)據(jù)存儲流程定制、項(xiàng)目溝通與交流等等日常工作。3.2.2 流程模塊：該模塊利用FiPER的流程定制和強(qiáng)大的多學(xué)科優(yōu)化功能，實(shí)現(xiàn)仿真流程與多學(xué)科優(yōu)化等功能。仿真分析流程在多學(xué)科集成、耦合仿真分析及多學(xué)科優(yōu)化等方面具有重要的作用。通過FiPER實(shí)現(xiàn)仿真流程的學(xué)科模塊封裝、流程重用、分布計(jì)算與多學(xué)科優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)面向項(xiàng)目的性能仿真流程，并基于多學(xué)科綜合性能仿真流程建立設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，進(jìn)行多學(xué)科綜合性能設(shè)計(jì)優(yōu)化研究，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用。3.2.3 前后處理模塊：該模塊利用ANSYS Workbench的開放架構(gòu)與開發(fā)集成功能，統(tǒng)一各分析的前后處理器，實(shí)現(xiàn)各分析軟件之

5、間數(shù)據(jù)交換接口的集成。3.3 應(yīng)用服務(wù)層是為運(yùn)行各仿真軟件、仿真流程而提供的驅(qū)動軟件包。該模塊實(shí)現(xiàn)仿真分析數(shù)據(jù)和仿真分析流程管理機(jī)制的底層業(yè)務(wù)封裝。3.4 數(shù)據(jù)存儲及管理用于仿真流程模板、仿真模型、仿真結(jié)果等數(shù)據(jù)的存儲，它是支撐仿真平臺運(yùn)行的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲的實(shí)現(xiàn)可以直接借用PDM的數(shù)據(jù)存儲方式。4 關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建分析集成平臺框架涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：4.1 打通各分析軟件之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系由于在分析過程中經(jīng)常出現(xiàn)某種分析生成的數(shù)據(jù)要被另外一種分析所調(diào)用的情況，需要軟件之間具有較好的數(shù)據(jù)聯(lián)系，但由于各個分析軟件程序開發(fā)商不同，導(dǎo)致各分析軟件之間相對獨(dú)立，形成了各軟件之間有的沒有連接接口，有的接口不能滿

6、足軟件的使用要求，從而造成分析數(shù)據(jù)的利用率很低，導(dǎo)致分析效率的下降。只有打通各分析軟件之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，才能夠?qū)崿F(xiàn)分析軟件的真正集成，因此建立各分析軟件之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系是建立仿真與優(yōu)化平臺的基礎(chǔ)。但是要想建立分析軟件之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，需要對分析軟件有相當(dāng)?shù)氖煜?，需要熟悉各種分析軟件的輸入、輸出文件格式，更需要對輸入、輸出文件進(jìn)行二次開發(fā)，這些工作都具有相當(dāng)難度，它是建立仿真與優(yōu)化平臺的關(guān)鍵技術(shù)之一。4.2 平臺中對分析流程的控制：分析集成平臺中，一般的分析過程通常是幾種分析工具的聯(lián)合分析，在這種聯(lián)合分析中，各種分析軟件之間調(diào)用關(guān)系的先后順序、由哪個人執(zhí)行哪一階段的分析及分析過程中分布式計(jì)算機(jī)資源如何

7、統(tǒng)一管理，這就是要建立仿真與優(yōu)化分析的流程，實(shí)現(xiàn)對分析流程的控制，這是仿真任務(wù)是否能夠保質(zhì)、保量、按時完成的關(guān)鍵一環(huán)，因此通過自主的開發(fā)研究實(shí)現(xiàn)對分析流程的控制是本次平臺建立的關(guān)鍵技術(shù)。5 結(jié)論與展望經(jīng)過以上分析，基于原有的PDM數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，通過ANSYS Workbench，可以實(shí)現(xiàn)對分析仿真流程的技術(shù)集成和前后處理過程的協(xié)同，打通各種CAE軟件之間的數(shù)據(jù)連接，消除信息孤島。而通過FIPER，可以實(shí)現(xiàn)分析仿真的流程定制與管理，同時與Workbench配合實(shí)現(xiàn)多學(xué)科優(yōu)化。上文中也提到了實(shí)現(xiàn)分析流程的集成平臺的兩大關(guān)鍵點(diǎn)，分別是打通各軟件之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系和如何定制適合各企業(yè)特點(diǎn)的專用分析流程。這兩項(xiàng)工作，需要企業(yè)的分析設(shè)計(jì)人員、企業(yè)的信息化分管領(lǐng)導(dǎo)、分析仿真軟件供應(yīng)商、以及集成平臺供應(yīng)商共同的努力才能完成。相信隨