ＰＤＭ系統中ＣＡＥ數據管理的關鍵技術研究與實現

摘要：PDM系統中CAE的數據管理是影響企業應用集成性能的關鍵因素之一。對PDM中CAE數據的集成方式進行了探討，根據CAE數據特點結合PDM系統提出了層次化管理技術、基于類型的數據組織技術和數據發放流程技術。在結合實際的基礎上，詳細介紹了其實現技術及特點，最后展望了在企業應用系統集成中的前景。

關鍵詞：產品數據管理；計算機輔助工程

中圖法分類號：TP31113文獻標識碼：A

文章編號：1001－3695(2006)09－0163－03

1引言

CAE技術日益深入到產品設計中的各個過程中，其應用使得產品設計階段的大部分問題可以通過其解決。PDM系統作為一種成熟的數據管理方式已經在企業中大量應用，實現了工作的并行化和流程的電子化，提高了產品開發效率。很多企業中CAE與PDM系統之間的信息交換沒有完善的實現方法，CAE數據管理困難，CAE部門不能很好地與其他部門進行協同工作，成為產品開發中的瓶頸。

PDM在企業的信息集成過程中可以被看作是起到一個集成框架(Framework)的作用。各種應用程序通過各種對象(Object)而被集成進來，使得分布在企業各個地方、在各個應用中使用(運行)的所有產品數據得以高度集成、協調、共享，所有產品研發過程得以高度優化或重組。利用PDM系統強大的數據管理功能，集成CAE數據，構建CAE協同工作環境，使CAE部門與其他部門通過PDM系統實現協同工作。

當前的企業實踐中，CAE數據作為CAD數據的一個子集存儲在產品BOM結構中，這樣雖然可以對CAE數據進行一定的管理，但卻沒有反映CAE分析的信息，而且對于并行工作存在著權限管理的問題。綜合采用層次化管理技術、基于類型的數據組織技術和數據發放流程技術，可以達成一個完善的PDM系統的CAE數據集成方案。

2CAE數據的層次化管理

CAE各類數據的特性不同：有限元網格數據在劃分完畢后，只要產品三維CAD模型沒有變化，其一般在多個分析任務中不會變動；分析結果數據較大，通常在上百兆，而且對于分析結果需要進行多次處理且經常改版。如果只依靠PDM系統存儲管理這些大型數據，使用時上傳下載數據耗時過長，并發用戶多也會影響整個PDM系統的性能，無法滿足時間性的要求。采用層次化存儲的方式，依據數據不同的特性進行層次化存儲管理。將CAE數據分類如下：

（1）A類數據。處在工作中變動頻繁且較大的CAE數據，如求解結果。

（2）B類數據。較小的數據、使用頻率不高的數據、歸檔后的數據，如分析報告、有限元網格等。

B類數據直接置于PDM系統中；A類數據存放于CAE各部門的文件服務器上，在變動過程結束歸檔之后也保存在PDM系統中。圖1是這種數據管理方式的體系示意圖。

由圖1可以看到，對PDM系統中的B類數據是直接進行讀寫訪問的。對A類數據的讀寫是通過部門文件服務器進行的，數據暫存在部門文件服務器上，變動結束后再存入企業PDM系統中。在這里，部門文件服務器相當于一個緩存的作用。

由于B類數據多數是結論性的文檔，而A類數據常常是計算過程中的中間結果，B類數據對安全性要求也高于A類。采用這種層次化存儲的方式，B類數據可以利用PDM系統中完善的權限機制保證其高度安全性，而存放A類數據的部門文件服務器也只能在CAE部門內部進行存取訪問，安全性也得以保障。

3基于類型的CAE數據組織

3．1需要保存的數據

PDM系統管理產品數據和產品研發過程，確保跟蹤數據和信息，并由此支持和維護產品，對企業中所有與產品有關的數據進行高度集成、協調、共享。

首先要將CAE相關的各種數據存儲在PDM系統中。圖2是典型的CAE分析過程中相關數據的示意圖，對外輸入產品的CAD模型，經過分析計算后以圖表形式給出產品優化建議即分析報告；在分析過程中產生一系列有限元網格數據及結果數據。

在這些數據中，PDM系統對于CAD模型數據的存儲及管理功能已經很成熟，此處需要進行管理的數據包括以下幾種：

（1）有限元網格文件，如對車身CAD三維模型劃分網格形成的有限元網格文件。

（2）求解結果，對有限元模型進行仿真計算得到的結果文件。

（3）分析報告，對求解結果可視化產生的圖表和CAE分析后的修改建議等，通常是DOC文件。

3．2利用PDM中的“零組件”模塊組織CAE數據

在PDM系統中存儲管理CAE數據，如何對其進行有效存儲組織、方便查找，使之具有很好的擴展性和通用型是需要滿足的條件。

PDM系統中，零組件模塊是用來組織零部件的基本模塊，各種與產品相關的數據、信息都通過零組件模塊存儲管理。零組件模塊可以方便地在PDM系統中集成到工作流程中，包含版本信息，并且可以與產品BOM聯系起來，便于擴展。零組件模塊對應CAE分析任務。圖3是利用零組件模塊存儲CAE分析任務相關信息及數據的結構圖。

用零組件模塊代表CAE分析任務，零組件的版本對應CAE分析任務的分析版本；在各分析任務版本下通過定義屬性表存儲與CAE分析相關的信息，CAD模型、有限元網格、求解結果和分析報告這四種不同類型的數據通過定義關系與分析版本相聯系。運用此種方法，數據和CAE分析的任務信息有機結合在零組件模塊中。

在PDM中，數據的訪問對用戶來說是完全透明的，用戶無須關心電子數據存放的具體位置以及得到的是否是最新版本，這些工作均由PDM系統來完成。PDM的安全機制使管理員可以定義不同的角色并賦予這些角色不同的數據訪問權限和范圍，通過給用戶分配相應的角色使數據只能被經過授權的用戶獲取或修改，可以保證CAE敏感數據的安全性。

4CAE數據發放流程

企業中CAE和其他部門普遍存在數據與信息的交流傳遞，從數據集成的觀點來看，這些交流的過程應加以規范化，并可監控記錄。工作流技術和PDM系統中的工作流工具為這種有序、可控的數據信息交流的實現提供了平臺。圖4是汽車企業中典型的CAE分析過程示意圖。

可以看出，CAE分析是個復雜的過程，存在單向、多向的數據流動。在企業的活動中，需要嚴格規范地定義并實現此種數據流動。

以工作流為載體，實現在各個部門之間的數據交流，同時也可以規范定義企業活動。利用工作流建模技術將CAE分析過程實現為PDM系統中的工作流模板。圖5是對應的CAE工作流示意圖。

通過定義分析申請流程、分析結果發放流程、實驗結果發放流程三個工作流模板，將CAD部、CAE部、實驗部三個企業組織的活動聯系到一起。分析結果發放流程實現的是CAE部門數據的生效和對內、對外傳遞過程。

從圖5可以看到，分析申請流程和實驗結果發放流程是其他部門的數據向CAE部門發放的工作流程，它們的共同特點是數據的單向流動。因此，流程模板定義為串行結構，并且定義了流程中節點如果被拒絕則流程回到起始位置。圖6是這種串行流程模板的示意圖。

分析結果發放流程發放兩種數據：分析指南和分析報告。它們的批準過程相近，但發放范圍不同，而且對權限的要求也不同。圖7是分析結果發放流程模板示意圖。

由圖7可以看到，在串行流程模板的基礎上增加路由功能節點，根據發放數據類型的不同選擇路由，并加以不同的狀態區分。不同的狀態作為權限判別的依據，也可以很好地解決兩種不同權限要求的數據發放問題。

5應用實例

筆者在實施某汽車公司PDM/CAE的集成中，采用了上述數據集成方法。該公司采用的PDM系統是EDS公司的TeamcenterEngineering，CAE分析軟件包括Hypermesh，Patran，Ls_dyna，Fluent，Abaqus，Adams，InteDyna，Fire，Booster，Tycoon，Excite，Cruise等。設置部門內部文件服務器，根據數據類型有區別地決定存儲位置，并通過二次開發提供了數據的批量上傳下載功能。

對TeamcenterEngineering進行二次開發及定制，實現了CAE數據在PDM中的管理及自動編碼功能，定義了CAE分析任務的編碼規則。利用零組件模塊（即TeamcenterEngineering中的Item模塊）組織CAE數據如圖8所示，其中反色顯示的是CAE任務信息的屬性表。

定義TeamcenterEngineering中組織與工作流程模板，實現了數據發放流程的規范性。圖9是一個工作流程模板。

在TeamcenterEngineering中用戶通過實例化并執行該流程模板可以實現數據流的規范性，同時該流程執行信息也會在系統中保存，由此可以實現對數據發放的監控。

6小結

利用上述PDM系統中管理CAE數據的方法可以實現數據管理的系統化，方便CAE部門與其他部門信息的傳遞和交流，為實現設計部門和分析部門的協同和并行工作建立了數據通道，并為進一步利用PDM系統的強大功能應用CAE技術建立了基礎，是實現企業級數據集成的有效途徑。

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作者簡介：

陳默(1981)，男，碩士研究生，主要研究方向為PDM及MDO環境；喻道遠(1956)，男，教授，碩士生導師，主要研究方向為現代制造系統(CIMS)、汽車車身/覆蓋模具、CAD/CAPP/CAM/PDM、復雜曲面的數控編程、超聲治療機器人、遠程監控與故障診斷；張國軍(1972)，男，副教授，碩士生導師，博士，主要研究方向為智能設計、工業工程等。