基于文件包裝器的集成設計方法定稿051020

PAGEPAGE1說明書摘要基于文件的復雜產(chǎn)品數(shù)字化模型集成設計方法，建立進行商業(yè)工程軟件和自編軟件的模型，在該模型中確定輸入變量，生成用于驅動的輸入文件和模板文件；生成分析計算結果數(shù)據(jù)和文件；確定輸出變量和輸出結果文件的數(shù)據(jù)格式;通過文件包裝器的檢索工具對模板文件中的輸入變量進行格式、位置及數(shù)據(jù)類型的記錄，對輸出文件完成輸出變量位置、格式及數(shù)據(jù)類型的記錄；根據(jù)輸入變量數(shù)值，通過文件包裝器的檢索工具和輸入文件記錄對模板文件中輸入變量替換以生成新的輸入文件；進行輸入文件重新建模計算生成新的輸出文件；對輸出文件中的輸出變量進行檢索、讀取，最終完成自動化集成。本發(fā)明減少設計和分析模型的重構周期，縮短了設計周期，降低了研制成本。摘要附圖PAGE1件、模板文件；本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點如下：（1）本發(fā)明主要采用文件包裝的方法，將商業(yè)軟件和專業(yè)模型包裝成通用組件的形式，專業(yè)模型無須公開源代碼，就可以公布自己的輸入輸出信息?；诩珊蠼M件的數(shù)據(jù)傳遞信息，不同的專業(yè)設計分析模型可以被納入統(tǒng)一的集成優(yōu)化設計框架下，在此基礎上針對不同的運行方式設計調(diào)度引擎，就可以實現(xiàn)對集成的過程模型的自動化執(zhí)行，從而實現(xiàn)多學科優(yōu)化設計。（2）復雜產(chǎn)品設計包含多個專業(yè)，各專業(yè)的數(shù)字化模型采用商業(yè)軟件及自研軟件建模。以往模型改變需要重新建模，需要做大量的重復工作。采用本發(fā)明的方式后，只需給出修改的參數(shù)，即可自動重新建模，自動獲取分析結果。而且，這種文件包裝器的方法實現(xiàn)模型的集成，只需確定模型的輸入和輸入文件，應用范圍很廣，不受具體應用程序的限制。（3）全面提升復雜產(chǎn)品的性能和技術指標通過復雜產(chǎn)品數(shù)字化模型集成技術應用、基于數(shù)字樣機的系統(tǒng)論證、方案快速生成與優(yōu)化、總體性能評估，可以在原理樣機和方案樣機階段及早發(fā)現(xiàn)制約性能和技術指標的因素，并進行方案的優(yōu)化，使得最終方案在現(xiàn)有條件的約束下達到最優(yōu)的性能和指標。（4）有效降低復雜產(chǎn)品研制成本、縮短研發(fā)周期利用復雜產(chǎn)品數(shù)字化模型集成技術應用、集成優(yōu)化及系統(tǒng)評估，可以在工程研制前對方案進行優(yōu)化和決策，保證最終方案的先進性、可行性和經(jīng)濟性。減少設計和分析模型的模型重構周期，避免不必要的方案性調(diào)整，降低研制成本、縮短研發(fā)周期。附圖說明圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明的文件包裝器結構示意圖，其中FW為文件包裝器，DF為數(shù)據(jù)文件；圖3為本發(fā)明實施例1的平面視圖下尺寸參數(shù)和關系式的定義；圖4為本發(fā)明實施例1的三維視圖下尺寸參數(shù)和關系式的定義；圖5為本發(fā)明實施例1的零組件集成模型物理屬性的分析和輸出文件生成；圖6為本發(fā)明實施例3中的控制器閉環(huán)模型圖；圖7為本發(fā)明實施例3中的系統(tǒng)傳遞函數(shù)圖。具體實施方式如圖2所示，本發(fā)明中的文件包裝器主要分為編輯器模塊和運行支撐模塊兩個部分，編輯器模塊包括文件設置，參數(shù)設置以及編輯管理，文件設置模塊導入文件包裝器文件模板，輸入數(shù)據(jù)模板文件，輸出數(shù)據(jù)文件，通過參數(shù)設置模塊中的變量、數(shù)組、命令參數(shù)的設置生成文件包裝器，并通過編輯管理模塊進行選擇和查詢操作，將文件包裝后輸出，作為組件進行管理和使用；運行支撐模塊包括輸入解析、執(zhí)行解析以及輸出解析模塊，輸入解析模塊接收組件數(shù)據(jù)解析后傳遞給執(zhí)行解析模塊，執(zhí)行解析模塊解析運行指令，進行相應的操作，運行商業(yè)軟件及自編軟件模塊進行分析及計算，得到的數(shù)據(jù)輸入輸出解析模塊，輸出解析模塊解析包裝模型（軟件）的數(shù)據(jù)。此外，本發(fā)明中使用的文件包裝器也可以采用通用的具有上述功能的文件包裝器。本發(fā)明的方法是對某些復雜商業(yè)軟件及自編模塊包裝后導入到客戶端中，作為組件進行管理和使用，借助于該方法提供的輔助工具，可以將商業(yè)軟件，如CAD/CAE軟件：Patran/Nastran、Pro/E、Solidedge、Unigraphics等，科學計算軟件Matlab、統(tǒng)計軟件EXCEL、以及自編模塊包裝成組件，并將其發(fā)布到網(wǎng)絡上，設計人員可以通過集成環(huán)境提供的工具方便的訪問包裝好的子系統(tǒng)模型，實現(xiàn)對于包裝好的軟件的執(zhí)行控制及數(shù)據(jù)的自動轉換。下面結合具體的實施例，即商業(yè)軟件的集成方法進一步對本發(fā)明詳細說明。實施例1，Pro/E軟件設計模型的集成設計方法。建模過程中選定的設計變量必須進行參數(shù)化，并建立關系式，通過文件包裝的方法對過程文件進行封裝，從而實現(xiàn)模型的參數(shù)化和優(yōu)化設計，具體過程如下：（1）模型的建立和參數(shù)化a.草繪圖中參數(shù)化尺寸的定義集成模型的參數(shù)化是通過草繪圖形的參數(shù)化和三維模型中關系式的定義實現(xiàn)的，在草繪圖中要對需進行參數(shù)化的尺寸進行參數(shù)定義。在草繪界面下選擇菜單Tools>Relations,定義參數(shù)關系式，如圖3所示。b.三維模型中關系式的定義在三維模型中，定義尺寸參數(shù)和關系式是模型集成的關鍵，從而實現(xiàn)參數(shù)的提取和模型的尺寸驅動。在三維模型顯示狀態(tài)下，選擇菜單Tools>Relations,定義參數(shù)關系式，如圖4所示。（2）生成輸入文件和模版文件通過對模型的尺寸參數(shù)化和關系式的建立，以及所需相關屬性的分析和提取，在過程文件（trail.Txt）中記錄了集成模型的輸入變量和輸出文件?；谶^程文件生成模版文件和輸入文件。（3）集成模型的物理屬性信息的提取及輸出文件的生成對每個零件組件在建立集成模型時，應附加材料信息，同時計算其物理特性，隨零組件一同保存。以Modelanalysis工具進行，其計算公差與數(shù)據(jù)精度由設計者自定。在零組件的三維顯示狀態(tài)下，選擇菜單Analysis>ModelAnalysis，在分析內(nèi)容對話框中選擇所要分析內(nèi)容，并把物理屬性信息的分析結果保存輸出，生成輸出文件，如圖5所示。（4）模型的文件封裝通過文件包裝器的文件字符串的檢索、替換/讀取工具對模板文件中輸入變量位置、數(shù)據(jù)類型進行記錄，對于不同的輸入變量，根據(jù)這些記錄對模板文件檢索輸入變量的位置，將模板文件中的輸入變量替換以生成新的輸入文件。調(diào)動Pro/E驅動引擎，驅動輸入文件，實現(xiàn)模型的重構和再生，生成輸出文件。對于輸出文件采用該工具完成對輸出文件位置、格式、數(shù)據(jù)類型的記錄，通過這些記錄可以對輸出文件中的輸出變量進行檢索、讀取，實現(xiàn)模型的重構和再生的自動化，完成集成。實施例2,Patran/Nastran有限元分析模型的集成建模過程中選定的設計變量進行參數(shù)化，完成參數(shù)化建模，對建立模型過程的命令流文件進行編輯，形成一個過程文件，通過文件包裝的方法對過程文件進行封裝，從而實現(xiàn)模型的參數(shù)化和優(yōu)化設計。具體步驟如下：（1）模型的建立和參數(shù)化首先在建立模型前確定需要進行參數(shù)化的關鍵變量，這些關鍵變量主要有模型幾何體中的重要尺寸，劃分有限元網(wǎng)格的疏密控制數(shù)值，施加載荷的數(shù)值，有限元單元截面屬性中尺寸等。在Patran中建立模型，先定義關鍵變量，然后在建立模型的過程中使用變量建立參數(shù)化的模型，對于其中與關鍵變量具有關聯(lián)關系的輸入值要使用變量建立相應的表達式。建模過程要完成建立幾何模型，劃分有限元單元，定義邊界條件，定義載荷工況和分析設置等。（2）提取計算結果，生成輸出文件提交模型進行計算，使用PCL命令開發(fā)計算結果輸出模塊，對有限元分析結果進行提取，并把用戶關心的部分分析結果按照固定格式輸出到指定文件中，該文件即為輸出文件。（3）生成輸入文件和模板文件打開建立模型時由Patran生成的jobname.jou日志文件，該文件中記錄了前面建模等操作的所有記錄。對此文件進行編輯，添加對模型的注釋和對參數(shù)化關鍵變量的說明，添加和修改有限元分析控制部分，使用PCL命令對分析結果進行提取，把需要關注的結果輸出到指定的文件中；編輯完成后，形成可以用于包裝的.ses過程文件，基于這個.ses過程過程文件生成模版文件和輸入文件。（4）模型的文件封裝通過文件包裝器中的文件字符串的檢索、替換/讀取工具對模板文件中輸入變量位置、數(shù)據(jù)類型進行記錄，對于不同的輸入變量，根據(jù)這些記錄對模板文件檢索輸入變量的位置，將模板文件中的輸入變量替換以生成新的輸入文件。調(diào)用Patran程序，驅動輸入文件，實現(xiàn)模型的重構和再生，生成輸出文件。對于輸出文件采用該工具完成對輸出文件位置、格式、數(shù)據(jù)類型的記錄，通過這些記錄可以對輸出文件中的輸出變量進行檢索，讀取，實現(xiàn)模型的集成的自動化。實施例3，基于M文件的Matlab集成，具體過程如下：（1）將Matlab集成的問題進行歸納提取，明確輸入變量、輸入文件、M文件、輸出變量、輸出文件。對于多個文件互相關聯(lián)的情況下處理好不同文件之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌趩栴}。PID控制器閉環(huán)控制模型集成，如圖6所示，系統(tǒng)傳遞函數(shù)圖如圖7所示。輸入變量：給定系統(tǒng)Plant的參數(shù)（a1,a2）,控制器PID參數(shù)KP,KI,KD輸出變量：閉環(huán)系統(tǒng)輸入與輸出的誤差e（2）編寫M文件，包括對問題的求解函數(shù)語句、輸入變量的讀取函數(shù)語句以及按固定格式通過函數(shù)語句將輸出變量寫入輸出文件。PID_Analysis_Cmd.m文件functionPID_Analysis_Cmd%PID_Simulink%Loadthemodel[names,values]=textread('PID_PID.in','%s%f');％從輸入文件讀取輸入值pid(1)=values(1);％讀取KP數(shù)值pid(2)=values(2);％讀取KI數(shù)值pid(3)=values(3);％讀取KD數(shù)值[names,values]=textread('PID_Plant.in','%s%f');％從輸入文件讀取輸入值a1=values(1);％讀取a1數(shù)值a2=values(2);％讀取a2數(shù)值[tout,yout,F]=PID_LSQ(pid,a1,a2);save'PID_F.out''F'–ASCII%輸出誤差eexit;%關閉Matlab保證下次運行。PID_LSQ.m文件function[tout,yout,F]=PID_LSQ(pid,a1,a2)Kp=pid(1);%MovevariablesintomodelparameternamesKi=pid(2);Kd=pid(3);opt=simset('solver','ode5','SrcWorkspace','Current');%simlink環(huán)境參數(shù)設置[tout,xout,yout]=sim('PID_Simulink',[0100],opt);%simlink仿真F=yout-1;%計算誤差信號（3）按固定格式編寫輸入文件、模板文件、輸出文件。其中輸入文件是通過模板文件修改其中的設計變量數(shù)值完成的。模板文件的格式?jīng)Q定了M文件中的輸入變量的讀取方法。輸出文件按照一定的格式輸出，通過M文件控制其格式。輸入文件或模板文件格式PID_PID.in文件KP=0.7875KI=0.063KD=1.4766PID_Plant.in文件a1=3.0a2=43.0輸出文件格式（列出結果的其中三行）-1.0000000e+000-9.9186549e-001-9.4591753e-001（4）對基于M文件的Matlab程序進行集成封裝。通過文件包裝器對模板文件中的輸入變量位置格式進行檢索記錄，提取其中的設計變量數(shù)值作為集成組件的