21 基于CAESAM框架的强度自动化分析平台数据流方案

基于CAESAM框架的强度自动化分析平台数据流方案 徐思文 1 邹新煌 1 宫兆鸿 2 Xu Siwen1 Zou Xinhuang1 Gong Zhaohong2 1 上海飞机设计研究院 上海 201210 2 西门 子工业软件 北京 有限公司 北京 100102 摘要 民用飞机机体结构强度分析过程中需要调用类别繁多 版本不一 文件庞大的分析数据 如何有效管控 这些 分析数据并高效调用它们 是 设计单位在实现强度分析自 动化过程中的技术难题之一 CAESAM框架是广泛应用于 空客和国内主要飞机研发单位的基础软件平台构架 在某大型民机的 强度自动化分析平台研发过程中 研 发人员 基于CAESAM框架搭建了强度自动化分析平台并在此基础上设计数据流方案 通过在服务器端分类集中存储分析 数据 更改分析数据导入服务 器端时的格式 为客户端提供不同的数据 调用方式等技术措施 解决了数据类别及 版本管控 大文件数据导入和数据 调用等方面遇到的难题 关键词 强度自动化分析 网络 数据库 数据流方案 CAESAM框架 1 前言 在民机结构强度分析方法不断完善 民机市场竞争日趋激烈以及适航取 证要求越来越严的今天 依靠手工 计 算或EXCEL表格等传统工具进行强度分析已经无法跟上信息化时代民机研发的快速步伐和严格要求 为了跟上 行业步伐 提高强度分析能力 某民机研究院以 CAESAM框架为基础开发了一套适应自身需求的民机金属结构强 度自动化分析平台 平台在建 设过程中遇到了强度自动化分析所无法避免的 难题 即 强度分析数据的有效管控和 高效调用 强度分析需要大量相关数据 如有限元模型数据 内力解数据 材料性能数据等 这些数据不仅类别各 异 版本也常需迭代和更新 在平台研发过程中 研发人员通过梳理分类 更改数据导入格式和提供不同的数据 调用方式等技术措施 解决了数据 类别及版本管控 大文件数据导入和数据调用等难题 形成了本文所述的强度 自动化分析数据流方案 2 强度分析数据管控与调用的关键技术措施 2 1 分析数据的有效管控 强度分析时需要调用的数据种类很多 比如框本体 强度分析 需要调用的数据包括 框及蒙皮有限元模型BD F文件 框与蒙皮材料性能数据 框与蒙皮连接紧固件数据以及所计算工况的内力解数据 在平台建设过程中 研 发人员对该民机金属结构强度分析所涉及到的所有分析数据进行了梳理 将其分成五大类数据 有限元模型数据 内力解数据 材料性能数据 紧固件性能数据以及各类经验曲线数据 随后在服务器端建立专门的数据库 集中 存储该五大类数据 实现对各 类分析数据的集中分类管理 各类分析数据均存在版本迭代更新的问题 如何 应对这一 问题是实现分析数据有效管控的一个挑战 有限元 BDF模型数据在民机研制过程往往会进行多轮的迭代 同一版本的有限元BDF 模型也可能进行多轮内力解的更新 对于这种版本迭代频繁 不同版本之间可能需要对比分析的数据 本文采用目录树进行版本控制 目录树列出 不同版本 便于选择和对比分析 而对于材料性能数据等其余三 类数据 由于版本更新频率较低 且不同版本之 间一般没有显著差异 因此由管理 员在特定时间统一更新 仅保留最新版本以统一强度分析数据 2 2 分析数据的高效导入 各类分析数据的文件大小相差较大 大文件数据 导入时的效率也是 强度分析数据管控与调用时必须面对的 难题之一 其中 材料 紧固件性能数据以及经验曲线数据的数据量较小 且数据版本更新频率很低 因此可通 过 软件平台录入到服务器端数据库 而有限元 BDF模型数据和内力解数据的数据量庞大 且版本更新 频繁 比如以 二进制格式输出的op2内力解文件 将 op2内力解文件的数据 导入服务器的数据库速度很慢 耗 时以天计 为了提高有限元BDF模型数据导入服务器端数据库的效率 BDF 文件里仅保留几何模型信息 删除注释 工 况等其它信息 而在内力解数据文件导入时 尽管常用的 op2数据文件大小是各类内力解格式文件中最小的 但由 于op2文件中包含很多注释语句 且不同 类型有限元单元的内力 结果存储格式也不相同 这使得文件相对较小的 二进制格式op2数据导入数据库时很低效 为解决这一问题 本文提出采用数据 虽然很大 通常比二进 制op2格式大5倍以上 但 输出简洁 格式统一的 十进制pch内力解文件 pch内力解文件按工况输出所有单元内力解信息 没有注释语句 输出格式简洁统一 导入 数据库时 可直接将pch 文件内数据格式转换为数据库要求的数据格式 获得所有单元的内力数据 无需再按 单元 编号索引查询内力数据 更免除了不同 类型单元内力解格式不同的困 扰 大大提高了内力解数据 导入数据库时的 效率 采用pch 格式一般只需1 个小时 2 3 分析数据的灵活调用 出于客观条件限制和内部使用的考虑 强度自动化平台采用的是 服务器端数据库 客户端软件平台 的分析 模式 1 强度分析涉及的数据均存储于服务器端数据库 而强度分析操作则在本地客户端软件平台上进行 二者 之间通过网络进行数据传输 因此 强度分析数据在服务器端和客户端之间的灵活和高效调用对强度自动化分析 平台的分析效率有着至关重要的影响 比如 若将分析数据全部从服务器端拷入本地客户端用于强度分析的话 会造成客户端的存储负担和网路的数据传输负担 而如果全部从服务器实时直接调用 对服务器端性能 网路数 据传输能力及其稳定性也是不小的负担 为了在现有资源下提高分析数据的调用效率 对于五类不同的分析数据 本文采用了不同的数据调用方式 协调处理服务器端 客户端以及二者之 间网路数据传输的 负担 确保了数据 调用的灵活与高效 1 对于数据量庞大的内力解数据 分析 时采用客户端直接 调用的方式 由客 户端向服务器端发出数据请求 服务器将客户端需要的数据通过网路返回客户端 所返回的数据仅限于此次客户端计算所涉及的数据 数据量往 往以K计 大大降低网路数据传输压力 提升了数据 调用效率 并且减除了本地客户端的数据存储压力 对于各类 经验曲线数据 由于使用频次 较低 采用与内力解文件 调用方式相同的客 户端直接调用方式 2 对于有限元BDF模型数据 在导入服务器端之前先将全机有限元模型文件按结构部位分成不同模块 强度 分析时分析人员按需直接从服务器端下载模块到本地客户端用于强度分析 考虑到有限元模型版本迭换频率较高 因此导入到本地的有限元模型以 临时文件形式存在 供分析人员强度分析时使用并选择性存储到本地客户端 3 对于材料性能数据和紧固件性能数据 由于数据在服务 器端的版本统一 文件本身相 对较大且使用频次很 高 几乎每一个部位的强度分析都会涉及到材料属性和紧固件属性数据 因此 调用时先将数据按需由服务器端 数据库导入至本地客户端数据库 强度分析时再从本地客 户端数据库直接调用 以减小网路数据 传输压力和提高 数据高频调用时的效率 3基于网络数据库的数据流构架 根据上一章的介绍可知 针对强 度自动化分析数据管控和 调用时存在的数据类别繁多和版本不一问题 庞大 文件导入服务器耗时问题 服 务器端和客户端之间数据调 用问题 强度自动化平台采用相应技术措施逐一解决 形成了基于网络数据库的强度自动化分析数据流方案 此数据流方案 对数据类别和版本管控有力 在大数据 导入 时快速便捷 在数据调用时灵活高效 为强度分析数据建立了 沟渠 使 强度分析数据能够在强度自动化分析过 程中有序畅流 消除了强度自 动化分析过程中的一大难点 在某大型民机发图强度评估 详细设计阶段强度分析 报告编制及静力试验机强度分析等工作方面大大提升了效率 产生了良好的经济效益 实用效果显著 4 结论 本文介绍了基于CAESAM框架的强度自动化分析数据流方案 解决了某大型民机金属 结构强度自动化平台建 设过程中遇到的分析数据管控 导入及调用难题 该方案通过将梳理分类后的分析数据集中存储于网络数据库 实现了对数据类别和版本的有效管控 通过更 改版本迭换频繁和文件特别庞大的内力解分析数据的格式 使得内力解数据能 够批量直接导入数据库而不用按 单元号索引查询 大大提高了其 导入服务器端的效率 最后在数据 调用时根据各类数据的大小 更新及使用 频率 等属性的不同 提供网络数据 库直接调用和导入本地再调 用等多种数据调用方式 在保 证分析数据调用灵活高效 的同时也减小了服务器端 客 户端及网路传输的负担 采用这一数据流方案的强度自动化分析平台在某大型民机 的研发过程中取得了良好的经济效益 实用效果显著 参考文献 1 赵峻峰 基于网络数据库和CAESAM框架的飞机结构强度校核平台 制造业自动化 2013 7 通信作者 徐思文 上海市浦东 新区金科路5188 号上海飞机设计研究院 021 20865911 xusiwen comac cc