鄒新煌　徐思文　宮兆鴻

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基于CAESAM框架的強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式研究

鄒新煌1徐思文1宮兆鴻2

1.上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院；2.西門子工業(yè)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(yè)于北京航空航天大學(xué)，同年進(jìn)入上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，從事飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)工作至今，現(xiàn)任機(jī)身強(qiáng)度室副主任；徐思文（1987-）男，漢族，籍貫安徽，2015年7月畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，同年進(jìn)入上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，從事飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)工作至今；宮兆洪（1983-）男，漢族，籍貫山東，現(xiàn)就職于西門子工業(yè)軟件（北京）有限公司，主要從事CAESAM平臺(tái)的開發(fā)工作。

行業(yè)曲線

CAESAM框架是廣泛應(yīng)用于空客和國內(nèi)主要飛機(jī)研發(fā)單位的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)構(gòu)架，其原有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件是以結(jié)構(gòu)化文檔xml文件存儲(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)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(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)研發(fā)過程中，提出了以普通文本文件和excel文件存儲(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)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(qiáng)了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的可讀性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的便捷修改。

研究背景

強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)是上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院與西門子工業(yè)軟件（北京）有限公司合作開發(fā)的、基于CAESAM框架的軟件平臺(tái)，用于對(duì)民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析。CAESAM框架作為底層軟件平臺(tái)框架，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外主要飛機(jī)設(shè)計(jì)單位，如空客、一飛院、650所等。該框架采用CZM文件進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是指設(shè)計(jì)員在使用軟件平臺(tái)進(jìn)行分析過程中建立的分析以及設(shè)置的各類參數(shù)，這些數(shù)據(jù)需要通過特定類型的數(shù)據(jù)格式文件存儲(chǔ)于電腦硬盤中，供設(shè)計(jì)員進(jìn)行拷貝、移動(dòng)、編輯等。而作為CAESAM框架存儲(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的CZM文件，其主體是結(jié)構(gòu)化的xml文件，常出現(xiàn)在平臺(tái)中無法打開的問題，使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)存在安全隱患。

因此，本文對(duì)基于CAESAM框架的強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式展開研究，尋找一種新的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件代替CZM文件。

研究方案

問題分析

CZM文件以結(jié)構(gòu)化文檔xml文件存儲(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，由于這種結(jié)構(gòu)化文檔的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式固定，對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的格式要求非常高，格式稍有變化就可能導(dǎo)致文件在平臺(tái)中無法打開，而這種xml文件由大量的代碼構(gòu)成，見圖1，可讀性差，設(shè)計(jì)員無法對(duì)其進(jìn)行適應(yīng)性更改使其可以在平臺(tái)中正常打開，因此CZM文件的主要問題有兩個(gè)：

1）其使用的xml文件，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式固定，對(duì)數(shù)據(jù)變化的適應(yīng)性較差；

2）xml文件由大量代碼構(gòu)成，主要用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不方便查詢，可讀性差。

這使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)存在安全隱患，帶來工作反復(fù)、降低工作效率的問題。例如，在強(qiáng)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)平臺(tái)一期項(xiàng)目開發(fā)完成后的測(cè)試過程中，設(shè)計(jì)員需要對(duì)平臺(tái)進(jìn)行反復(fù)測(cè)試、修改、更新，由于常出現(xiàn)測(cè)試用的CZM文件無法打開的問題，使得更新后的平臺(tái)需要重新設(shè)置參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，為測(cè)試帶來大量的重復(fù)工作，導(dǎo)致原本計(jì)劃三個(gè)月完成的測(cè)試工作持續(xù)了將近半年。

解決措施

針對(duì)CZM文件存在的問題，解決的方案有很多，任何擴(kuò)展性強(qiáng)、數(shù)據(jù)查詢方便的文件格式，都可以用于替代xml文件存儲(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。但考慮到應(yīng)用的普遍性和設(shè)計(jì)員的使用習(xí)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(fā)出新的CMM文件來替代CZM文件。

CMM文件是可在強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)中保存或打開的一種壓縮文件，它通過七個(gè)子文件存儲(chǔ)設(shè)計(jì)員在強(qiáng)度分析過程中產(chǎn)生的各類設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。在開發(fā)CMM文件中，我們建立了一套Mapping File機(jī)制，即映射文件機(jī)制，主要功能是通過txt格式文件和excel文件記錄設(shè)計(jì)員的輸入、編輯等操作信息。映射文件包括如下五個(gè)：

MappingSE2FE.txt

記錄有限元模型中FE單元與平臺(tái)中結(jié)構(gòu)元SE的映射關(guān)系，結(jié)構(gòu)元SE即Structural Element，是CAESAM平臺(tái)分析的基本單元，由導(dǎo)入平臺(tái)的有限元模型FE單元轉(zhuǎn)換而來；

MappingsSEA2SE.txt

記錄結(jié)構(gòu)元SE與結(jié)構(gòu)元組合SEA的關(guān)系，結(jié)構(gòu)元組合SEA即Structural ElementAssembly，是若干具有特定位置關(guān)系的SE組合。

Group.txt

記錄組中所包含的SE、SEA以及分析等對(duì)象。

MappingEO.xls

記錄SE單元的EO屬性，EO是Engineering Object的縮寫，即工程對(duì)象，是CAESAM用于接收用戶輸入?yún)?shù)的接口，SE單元的EO主要為結(jié)構(gòu)元的通用屬性，如板厚、材料、截面等，其主要作用在于存儲(chǔ)有限元模型中的參數(shù)，作為首次導(dǎo)入平臺(tái)后模型的初始值，平臺(tái)通過此映射文件記錄用戶在SE單元的EO中編輯的參數(shù)。此外，EO屬性中還記錄了內(nèi)力解數(shù)據(jù)庫的信息，平臺(tái)導(dǎo)入此信息后可自動(dòng)連接到指定的數(shù)據(jù)庫。

MappingAnalysis.xls

記錄Analysis的EO屬性，Analysis即分析方法模塊，是強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)的核心內(nèi)容，包含根據(jù)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(shù)。平臺(tái)通過此映射文件記錄設(shè)計(jì)員在平臺(tái)中建立的分析方法模塊及在其EO中輸入的參數(shù)。

CMM文件中除了以上五個(gè)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(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型的單元和屬性等信息，是強(qiáng)度分析平臺(tái)的初始輸入數(shù)據(jù)源；log.txt文件記錄了設(shè)計(jì)員保存或更新CMM文件時(shí)的用戶名、電腦IP、更新時(shí)間、平臺(tái)版本等信息，方便設(shè)計(jì)員對(duì)CMM文件進(jìn)行歷史追溯。

圖1　xml文件用文本文檔打開時(shí)顯示的內(nèi)容

解決效果

在CMM文件完成開發(fā)后，強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)在近一年的使用過程中沒有出現(xiàn)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(shí)，得益于文本文件和excel文件的易讀性和易操作性，設(shè)計(jì)員常采用直接打開CMM文件中的excel文件進(jìn)行參數(shù)批量編輯操作，快速完成參數(shù)修改后，再在平臺(tái)中打開CMM文件、進(jìn)行分析運(yùn)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(jié)語

本文通過對(duì)基于CAESAM框架的強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件CZM文件可讀性差和無法打開的問題進(jìn)行深入研究，提出了一種適用于強(qiáng)度自動(dòng)化分析平臺(tái)保存設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的CMM文件方案，解決了CZM文件存在的問題，提高了對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)編輯的靈活性，并在上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院的型號(hào)工作得到有效驗(yàn)證。此研究成果可推廣至以CAESAM框架為基礎(chǔ)開發(fā)的強(qiáng)度分析平臺(tái)。

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.034