基于CAESAM框架的強度自動化分析平臺設計數據格式研究

鄒新煌　徐思文　宮兆鴻

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基于CAESAM框架的強度自動化分析平臺設計數據格式研究

鄒新煌1徐思文1宮兆鴻2

1.上海飛機設計研究院；2.西門子工業軟件（北京）有限公司

鄒新煌（1983-）男，漢族，籍貫廣東，2007年7月畢業于北京航空航天大學，同年進入上海飛機設計研究院，從事飛機機身結構強度設計工作至今，現任機身強度室副主任；徐思文（1987-）男，漢族，籍貫安徽，2015年7月畢業于北京航空航天大學，同年進入上海飛機設計研究院，從事飛機機身結構強度設計工作至今；宮兆洪（1983-）男，漢族，籍貫山東，現就職于西門子工業軟件（北京）有限公司，主要從事CAESAM平臺的開發工作。

行業曲線

CAESAM框架是廣泛應用于空客和國內主要飛機研發單位的基礎軟件平臺構架，其原有的設計數據存儲文件是以結構化文檔xml文件存儲設計數據的CZM文件，存在可讀性差、文件無法打開等問題。本文在基于CAESAM框架的強度自動化分析平臺研發過程中，提出了以普通文本文件和excel文件存儲設計數據的CMM文件方案，以替代原CZM文件方案，解決了CZM文件存在的問題，增強了設計數據的可讀性，實現了對設計數據的便捷修改。

研究背景

強度自動化分析平臺是上海飛機設計研究院與西門子工業軟件（北京）有限公司合作開發的、基于CAESAM框架的軟件平臺，用于對民用飛機結構進行強度分析。CAESAM框架作為底層軟件平臺框架，廣泛應用于國內外主要飛機設計單位，如空客、一飛院、650所等。該框架采用CZM文件進行設計數據存儲，設計數據是指設計員在使用軟件平臺進行分析過程中建立的分析以及設置的各類參數，這些數據需要通過特定類型的數據格式文件存儲于電腦硬盤中，供設計員進行拷貝、移動、編輯等。而作為CAESAM框架存儲設計數據的CZM文件，其主體是結構化的xml文件，常出現在平臺中無法打開的問題，使設計數據的存儲存在安全隱患。

因此，本文對基于CAESAM框架的強度自動化分析平臺設計數據格式展開研究，尋找一種新的設計數據存儲文件代替CZM文件。

研究方案

問題分析

CZM文件以結構化文檔xml文件存儲設計數據，由于這種結構化文檔的數據存儲格式固定，對設計數據的格式要求非常高，格式稍有變化就可能導致文件在平臺中無法打開，而這種xml文件由大量的代碼構成，見圖1，可讀性差，設計員無法對其進行適應性更改使其可以在平臺中正常打開，因此CZM文件的主要問題有兩個：

1）其使用的xml文件，數據存儲格式固定，對數據變化的適應性較差；

2）xml文件由大量代碼構成，主要用來存儲數據，不方便查詢，可讀性差。

這使設計數據的存儲存在安全隱患，帶來工作反復、降低工作效率的問題。例如，在強度自動化設計平臺一期項目開發完成后的測試過程中，設計員需要對平臺進行反復測試、修改、更新，由于常出現測試用的CZM文件無法打開的問題，使得更新后的平臺需要重新設置參數進行測試，為測試帶來大量的重復工作，導致原本計劃三個月完成的測試工作持續了將近半年。

解決措施

針對CZM文件存在的問題，解決的方案有很多，任何擴展性強、數據查詢方便的文件格式，都可以用于替代xml文件存儲設計數據。但考慮到應用的普遍性和設計員的使用習慣，本文采用txt文本文件和excel表格文件這兩種最常用的文件格式，開發出新的CMM文件來替代CZM文件。

CMM文件是可在強度自動化分析平臺中保存或打開的一種壓縮文件，它通過七個子文件存儲設計員在強度分析過程中產生的各類設計數據。在開發CMM文件中，我們建立了一套Mapping File機制，即映射文件機制，主要功能是通過txt格式文件和excel文件記錄設計員的輸入、編輯等操作信息。映射文件包括如下五個：

MappingSE2FE.txt

記錄有限元模型中FE單元與平臺中結構元SE的映射關系，結構元SE即Structural Element，是CAESAM平臺分析的基本單元，由導入平臺的有限元模型FE單元轉換而來；

MappingsSEA2SE.txt

記錄結構元SE與結構元組合SEA的關系，結構元組合SEA即Structural ElementAssembly，是若干具有特定位置關系的SE組合。

Group.txt

記錄組中所包含的SE、SEA以及分析等對象。

MappingEO.xls

記錄SE單元的EO屬性，EO是Engineering Object的縮寫，即工程對象，是CAESAM用于接收用戶輸入參數的接口，SE單元的EO主要為結構元的通用屬性，如板厚、材料、截面等，其主要作用在于存儲有限元模型中的參數，作為首次導入平臺后模型的初始值，平臺通過此映射文件記錄用戶在SE單元的EO中編輯的參數。此外，EO屬性中還記錄了內力解數據庫的信息，平臺導入此信息后可自動連接到指定的數據庫。

MappingAnalysis.xls

記錄Analysis的EO屬性，Analysis即分析方法模塊，是強度自動化分析平臺的核心內容，包含根據分析工作需要建立的定制化分析方法。分析方法模塊中的EO屬性為特定屬性，因分析方法模塊不同而不同，主要包含截面、材料、連接、邊界、載荷等屬性參數。平臺通過此映射文件記錄設計員在平臺中建立的分析方法模塊及在其EO中輸入的參數。

CMM文件中除了以上五個映射文件外，還包含有限元模型文件.bdf文件和log.txt文件。模型文件記錄了飛機結構有限元模型的單元和屬性等信息，是強度分析平臺的初始輸入數據源；log.txt文件記錄了設計員保存或更新CMM文件時的用戶名、電腦IP、更新時間、平臺版本等信息，方便設計員對CMM文件進行歷史追溯。

圖1　xml文件用文本文檔打開時顯示的內容

解決效果

在CMM文件完成開發后，強度自動化分析平臺在近一年的使用過程中沒有出現過CMM文件無法打開的問題，基本解決了原CZM文件存在的問題。同時，得益于文本文件和excel文件的易讀性和易操作性，設計員常采用直接打開CMM文件中的excel文件進行參數批量編輯操作，快速完成參數修改后，再在平臺中打開CMM文件、進行分析運算，這大大提高了修改靈活性和操作速度，提高了工作效率。

結語

本文通過對基于CAESAM框架的強度自動化分析平臺原設計數據存儲文件CZM文件可讀性差和無法打開的問題進行深入研究，提出了一種適用于強度自動化分析平臺保存設計數據的CMM文件方案，解決了CZM文件存在的問題，提高了對設計數據編輯的靈活性，并在上海飛機設計研究院的型號工作得到有效驗證。此研究成果可推廣至以CAESAM框架為基礎開發的強度分析平臺。

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.034