專利名稱：基于分層架構(gòu)的cad/cae系統(tǒng)集成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CAE系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)的集成技術(shù)，尤其涉及一種基于分層架構(gòu)的CAD/ CAE系統(tǒng)集成方法。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)輔助工程，即CAE (Computer Aided Engineering)，就是指在生產(chǎn)以前對(duì)設(shè) 計(jì)方法借助計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)精確的試驗(yàn)、分析和論證，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的一門技術(shù)。CAE 是在三維實(shí)體建模的基礎(chǔ)上，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段開始，按實(shí)際條件進(jìn)行仿真分析，對(duì)產(chǎn)品的 各項(xiàng)(力學(xué)、熱學(xué)、電磁、流動(dòng)等)相關(guān)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化和綜合評(píng)價(jià)，以便獲得最佳方法， 給出優(yōu)化設(shè)計(jì)。CAE技術(shù)可以幫助用戶改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、縮短設(shè)計(jì)周期，減少樣機(jī)試驗(yàn)的周期 和成本。 CAE技術(shù)的關(guān)鍵部分是PDE (Partial Differential Equations)的數(shù)值計(jì)算。PDE 的數(shù)值計(jì)算技術(shù)有很多類，如有限單元法、有限體積法、有限差分法和邊界單元法。它們的 一個(gè)共通之處是在數(shù)值求解前將連續(xù)的計(jì)算區(qū)域離散成基本單元的組合。每個(gè)基本單元的 自由度是有限的，因此最終形成的方程組也是有限維的。 多數(shù)情況下，用于CAE分析的CAD外形設(shè)計(jì)不是在CAE系統(tǒng)中完成的，需要借助商 業(yè)CAD系統(tǒng)。因此，如何完成CAE系統(tǒng)和商業(yè)CAD系統(tǒng)的無縫集成是CAE系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的 關(guān)鍵所在，這方面需要考慮兩個(gè)關(guān)鍵問題 (1)兼容不同CAD產(chǎn)品須考慮到CAD系統(tǒng)的多樣性，并通過合理的軟件框架設(shè) 計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主流CAD產(chǎn)品的無縫集成。 (2)數(shù)據(jù)的完整性和有效性在不同CAD系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)不僅可能丟失 高層的設(shè)計(jì)信息，模型的有效性也無法得到保障。 為實(shí)現(xiàn)和CAD系統(tǒng)的集成，有3個(gè)層次的集成策略可供選擇
(1)利用CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)接口 ，如CATIA系統(tǒng)的CAA對(duì)CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和處 理。優(yōu)點(diǎn)最大程度保證了CAD數(shù)據(jù)的完整性和有效性。缺點(diǎn)針對(duì)每個(gè)CAD系統(tǒng)都要提供 相應(yīng)的CAD數(shù)據(jù)讀取、CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、網(wǎng)格生成等服務(wù)，平臺(tái)相關(guān)性使得開發(fā)和維護(hù)成本很高。 (2)利用CAD內(nèi)核提供的接口，如ACIS、 ParaSolid、 Granite和開源CAD內(nèi)核 OpenCASCADE,以及這些內(nèi)核提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換增值服務(wù)，如ACIS的InterOp組件。優(yōu)點(diǎn)成 熟可靠的接口支持。缺點(diǎn)不菲的軟件許可費(fèi)用，且無法做到對(duì)所有CAD產(chǎn)品的最優(yōu)兼容。
(3)利用中性文件。細(xì)分為兩類策略(A)利用IGES或STEP文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn) 公開、明確的CAD文件交換標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)很難保證數(shù)據(jù)的完整性和有效性，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和修復(fù) 算法實(shí)現(xiàn)難度大。(B)利用幾何模型的離散表達(dá)(如STL文件)。優(yōu)點(diǎn)降低了 CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)
換和修復(fù)算法的實(shí)現(xiàn)難度。缺點(diǎn)幾何精度降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一個(gè)基于分層架構(gòu)的CAD/CAE系統(tǒng) 集成方法，它能夠兼容各種集成策略，并為CAE軟件開發(fā)人員提供統(tǒng)一的幾何服務(wù)接口。這 樣的框架不僅會(huì)降低CAD/CAE集成系統(tǒng)的開發(fā)難度和維護(hù)成本，還能增強(qiáng)其對(duì)技術(shù)發(fā)展和 市場(chǎng)變化的適應(yīng)性。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種基于分層架構(gòu)的CAD/CAE系統(tǒng) 集成方法，包括以下步驟 (1) CAD數(shù)據(jù)讀取CAE系統(tǒng)通過公共幾何接口讀取CAD系統(tǒng)構(gòu)建的模型數(shù)據(jù)，所述 公共幾何接口包括中性文件讀取接口 、 CAD內(nèi)核提供的幾何模型文件讀取接口 、 CAD系統(tǒng)的 二次開發(fā)接口提供的幾何模型文件讀取接口； (2)CAD數(shù)據(jù)存儲(chǔ)公共幾何服務(wù)接口中CAD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何定義上與 CAE系統(tǒng)保持一致； (3) CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換公共幾何服務(wù)接口進(jìn)行CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，修改CAD數(shù)據(jù)使其有利 于網(wǎng)格生成、適用于工程分析； (4)、為各種CAE系統(tǒng)提供幾何服務(wù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的CAD數(shù)據(jù)用于CAE系統(tǒng)中的 后續(xù)操作； (5)CAD數(shù)據(jù)寫出利用公共幾何服務(wù)接口提供的CAD數(shù)據(jù)寫出功能，將模型幾何
數(shù)據(jù)寫出為能夠被CAD系統(tǒng)讀取的文件格式。 進(jìn)一步地，所述步驟(4)中，所述后續(xù)操作具體為 (A)對(duì)幾何模型進(jìn)行幾何操作，如刪除、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)等；公共幾何服務(wù)接口為CAE系 統(tǒng)中的幾何操作模塊提供幾何數(shù)據(jù)存取接口； (B)在幾何模型上生成為網(wǎng)格公共幾何服務(wù)接口為網(wǎng)格生成模塊提供幾何/網(wǎng) 格數(shù)據(jù)映射接口以及共性的幾何算法； (C)在輔助模塊對(duì)幾何模型上添加求解計(jì)算參數(shù)公共幾何服務(wù)接口為輔助模塊 提供在幾何上加載邊界條件等接口 。 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的CAD/CAE系統(tǒng)集成框架，在 CAD系統(tǒng)與CAE系統(tǒng)之間添加一個(gè)公共幾何服務(wù)接口層，完成CAE系統(tǒng)和CAD系統(tǒng)的無縫集 成，對(duì)底層屏蔽不同中性文件、CAD內(nèi)核和二次開發(fā)接口的多樣性；對(duì)上層提供統(tǒng)一的幾何 接口服務(wù)?；诜謱蛹軜?gòu)的設(shè)計(jì)，降低CAD/CAE集成系統(tǒng)的開發(fā)難度和維護(hù)成本；公共幾何 服務(wù)接口對(duì)底層CAD系統(tǒng)的屏蔽性，增強(qiáng)了對(duì)技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)變化的適應(yīng)性。本發(fā)明基于 分層架構(gòu)的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法兼容了三種不同的集成策略，完成CAE系統(tǒng)與CAD系統(tǒng) 的無縫集成，使用公共幾何服務(wù)接口方式，使得技術(shù)實(shí)現(xiàn)模塊化，便于擴(kuò)展。


圖1為基于分層架構(gòu)的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法框圖。
圖2為公共幾何服務(wù)接口的一種實(shí)現(xiàn)框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。 具體CAE系統(tǒng)的使用過程包括以下幾個(gè)步驟通過從CAD系統(tǒng)讀取或在CAE系統(tǒng) 中構(gòu)建獲得幾何模型數(shù)據(jù)；對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格生成操作；設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，對(duì)模型的相關(guān)性 能(如力學(xué)、熱學(xué)、電磁和流動(dòng)等)進(jìn)行求解計(jì)算。 本發(fā)明方法涉及以上過程的前兩個(gè)步驟?；诜謱蛹軜?gòu)的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法 在CAD系統(tǒng)與CAE系統(tǒng)之間提供一個(gè)公共幾何服務(wù)接口 ，向CAD層，屏蔽不同中性文件、CAD 內(nèi)核和二次開發(fā)接口的多樣性；向CAE層，提供統(tǒng)一的幾何接口服務(wù)。該技術(shù)方法具體包括 以下五個(gè)步驟
—、CAD數(shù)據(jù)讀取 CAD數(shù)據(jù)讀取即將幾何數(shù)據(jù)原樣地從CAD系統(tǒng)中傳遞到CAE系統(tǒng)中，這個(gè)過程并不 改變幾何數(shù)據(jù)本身，且不考慮幾何數(shù)據(jù)是否符合分析系統(tǒng)的需要和要求，在傳輸過程中的 主要工作是對(duì)于各種幾何數(shù)據(jù)格式的接收問題。 CAE系統(tǒng)可通過公共幾何接口提供的三種途徑讀取CAD系統(tǒng)構(gòu)建的模型數(shù)據(jù)，包 括中性文件讀取接口 、 CAD內(nèi)核提供的幾何模型文件讀取接口 、 CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)接口提 供的幾何模型文件讀取接口 。
二、CAD數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 公共幾何服務(wù)接口中CAD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何定義上與CAE系統(tǒng)保持一 致，在具體實(shí)現(xiàn)上可以是CAE系統(tǒng)中CAD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。
三、CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 由CAD系統(tǒng)所構(gòu)建的模型充滿不良的幾何數(shù)據(jù)問題，若直接用于網(wǎng)格生成操作， 必然影響得到的網(wǎng)格質(zhì)量，造成求解計(jì)算過程耗時(shí)長并且計(jì)算結(jié)果不精確，給工程分析造 成較壞影響。 在執(zhí)行步驟一、二后需要檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)不滿足CAE系統(tǒng)的需求，不利于 網(wǎng)格生成操作，則需要對(duì)幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換操作。公共幾何服務(wù)接口提供CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換功能，用于修改CAD數(shù)據(jù)使其有利于網(wǎng)格生成、適用于工程分析。
四、為各種CAE系統(tǒng)提供幾何服務(wù) 經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的CAD數(shù)據(jù)用于CAE系統(tǒng)中的后續(xù)操作。 (1)對(duì)幾何模型進(jìn)行幾何操作，如刪除、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)等。公共幾何服務(wù)接口為CAE系 統(tǒng)中的幾何操作模塊提供幾何數(shù)據(jù)存取接口 。 (2)在幾何模型上生成為網(wǎng)格。公共幾何服務(wù)接口為網(wǎng)格生成模塊提供幾何/網(wǎng) 格數(shù)據(jù)映射接口以及共性的幾何算法(如用于分塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成的分塊算法，用于曲面網(wǎng) 格生成的曲線、曲面離散算法等) (3)在輔助模塊對(duì)幾何模型上添加求解計(jì)算參數(shù)。公共幾何服務(wù)接口為輔助模塊 提供在幾何上加載邊界條件等接口 。 經(jīng)過以上操作后的結(jié)果可用于CAE系統(tǒng)的最后一個(gè)步驟，即求解計(jì)算。
五、CAD數(shù)據(jù)寫出 大部分CAE系統(tǒng)同時(shí)也提供內(nèi)部建模功能。對(duì)于在CAE系統(tǒng)中構(gòu)建的模型，利用 公共幾何服務(wù)接口提供的CAD數(shù)據(jù)寫出功能，將模型幾何數(shù)據(jù)寫出為能夠被CAD系統(tǒng)讀取 的文件格式。
公共幾何服務(wù)接口的實(shí)現(xiàn) 圖2給出了公共幾何服務(wù)接口的一種實(shí)現(xiàn)方式，使用CATIA系統(tǒng)的二次開發(fā)接口 CAA、CAD內(nèi)核ACIS以及中性文件讀寫接口兼容了三類集成策略，并為上層CAE系統(tǒng)提供統(tǒng) 一幾何服務(wù)接口。
權(quán)利要求
一種基于分層架構(gòu)的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法，其特征在于，包括以下步驟(1)CAD數(shù)據(jù)讀取CAE系統(tǒng)通過公共幾何接口讀取CAD系統(tǒng)構(gòu)建的模型數(shù)據(jù)，所述公共幾何接口包括中性文件讀取接口、CAD內(nèi)核提供的幾何模型文件讀取接口、CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)接口提供的幾何模型文件讀取接口。(2)CAD數(shù)據(jù)存儲(chǔ)公共幾何服務(wù)接口中CAD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何定義上與CAE系統(tǒng)保持一致。(3)CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換公共幾何服務(wù)接口進(jìn)行CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，修改CAD數(shù)據(jù)使其有利于網(wǎng)格生成、適用于工程分析。(4)、為各種CAE系統(tǒng)提供幾何服務(wù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的CAD數(shù)據(jù)用于CAE系統(tǒng)中的后續(xù)操作。(5)CAD數(shù)據(jù)寫出利用公共幾何服務(wù)接口提供的CAD數(shù)據(jù)寫出功能，將模型幾何數(shù)據(jù)寫出為能夠被CAD系統(tǒng)讀取的文件格式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分層架構(gòu)的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法，其特征在于，所述步驟 (4)中，所述后續(xù)操作具體為(A)對(duì)幾何模型進(jìn)行幾何操作，如刪除、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)等。公共幾何服務(wù)接口為CAE系統(tǒng)中 的幾何操作模塊提供幾何數(shù)據(jù)存取接口 。(2) 在幾何模型上生成為網(wǎng)格公共幾何服務(wù)接口為網(wǎng)格生成模塊提供幾何/網(wǎng)格數(shù) 據(jù)映射接口以及共性的幾何算法。(3) 在輔助模塊對(duì)幾何模型上添加求解計(jì)算參數(shù)公共幾何服務(wù)接口為輔助模塊提供 在幾何上加載邊界條件等接口 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于分層架構(gòu)的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法，該方法通過提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的CAD/CAE系統(tǒng)集成框架，在CAD系統(tǒng)與CAE系統(tǒng)之間添加一個(gè)公共幾何服務(wù)接口層，完成CAE系統(tǒng)和CAD系統(tǒng)的無縫集成，對(duì)底層屏蔽不同中性文件、CAD內(nèi)核和二次開發(fā)接口的多樣性；對(duì)上層提供統(tǒng)一的幾何接口服務(wù)。基于分層架構(gòu)的設(shè)計(jì)，降低CAD/CAE集成系統(tǒng)的開發(fā)難度和維護(hù)成本；公共幾何服務(wù)接口對(duì)底層CAD系統(tǒng)的屏蔽性，增強(qiáng)了對(duì)技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)變化的適應(yīng)性。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101794337SQ201010122900
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者戴美晃, 曹秉萬, 段麗, 鄭耀, 陳建軍, 黃爭(zhēng)舸 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)