唐志廣

（大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

Femap 是Siemens PLM Software 開發(fā)的有限元（Finite Element，F(xiàn)E）預(yù)處理和后處理軟件，主要用于工程仿真和分析，廣泛應(yīng)用于汽車、航天、航空、船舶、電子、機(jī)械制造等行業(yè)中[1]。Femap 軟件默認(rèn)安裝NX Nastran 解算器，并能與多種FE 分析解算器兼容，如ABAQUS、ANSYS、LS-DYNA等[2]。Femap 軟件不僅提供了許多強(qiáng)大的通用功能，還公開了眾多的應(yīng)用編程接口（Application Programming Interface，API），供用戶開發(fā)自定義的擴(kuò)展功能，以提高用戶工作效率[3]。

Femap 軟件具有強(qiáng)大的后處理功能，便于使用者快速、有效地分析仿真結(jié)果。Femap 提供的后處理工具包括：表格、線圖、云圖、動(dòng)畫、用戶自定義報(bào)告等[4]。此外，F(xiàn)emap 提供通用的結(jié)果處理功能，可在分析結(jié)束后合并計(jì)算結(jié)果，為編寫項(xiàng)目計(jì)算報(bào)告提供了充分支持。

在編寫項(xiàng)目計(jì)算報(bào)告時(shí)，往往需要計(jì)算多種工況，此時(shí)需要將各工況的計(jì)算結(jié)果粘貼到計(jì)算報(bào)告中[5]。由于工況復(fù)雜，每份計(jì)算報(bào)告中需要粘貼的矢量圖、云圖的數(shù)量通常高達(dá)數(shù)百?gòu)垼羧客ㄟ^手工操作，不僅浪費(fèi)大量設(shè)計(jì)時(shí)間，還需要花費(fèi)很多精力來檢查正確性，非常繁瑣。針對(duì)上述問題，本文基于Femap 軟件提供的API，對(duì)計(jì)算報(bào)告所需圖表的自動(dòng)輸出功能進(jìn)行開發(fā)，并將其應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐。

1 Femap 的二次開發(fā)方法

為方便二次開發(fā)，F(xiàn)emap 軟件的API 允許用戶開發(fā)自定義的擴(kuò)展功能。Femap 軟件的API 可使用任何支持對(duì)象鏈接與嵌入/組合對(duì)象模型（Object Linking and Embedding/Component Object Model，OLE/COM）的編程語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，如C/C++、C#、Visual Basic、VBA 等[6]。對(duì)于用戶二次開發(fā)的應(yīng)用程序，F(xiàn)emap 軟件提供了多種交互方式，主要包括以下4 種：

1）作為2 個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序運(yùn)行（無交互）。

2）將Femap 作為后臺(tái)服務(wù)運(yùn)行。

3）將用戶應(yīng)用程序作為Femap 加載項(xiàng)運(yùn)行。

4）將Femap 程序界面嵌入用戶應(yīng)用程序中。

1.1 作為2 個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序運(yùn)行（無交互）

該方式是最簡(jiǎn)單的交互方式。由于Femap 和用戶二次開發(fā)的應(yīng)用程序都不需要真正了解對(duì)方的用戶界面，故不需要進(jìn)行額外的設(shè)置[7]，只需要啟動(dòng)應(yīng)用程序，然后通過COM 接口獲取已經(jīng)運(yùn)行的Femap 應(yīng)用程序窗口。新的Femap 應(yīng)用程序默認(rèn)隱藏窗口界面，要將窗口顯示出來必須調(diào)用feAppVisible 函數(shù)。

1.2 將Femap 作為后臺(tái)服務(wù)運(yùn)行

若希望用戶二次開發(fā)的應(yīng)用程序界面成為用戶唯一可見的用戶界面，則在啟動(dòng)新的Femap程序后，不調(diào)用feAppVisible 函數(shù)，此時(shí)僅有用戶二次開發(fā)的應(yīng)用程序界面可供交互。然而，通過API，用戶二次開發(fā)的應(yīng)用程序可訪問Femap 的任何接口。由于此交互方式不需要更新Femap 界面，故運(yùn)行速度較快。

1.3 將用戶應(yīng)用程序作為Femap 加載項(xiàng)運(yùn)行

在此交互方式下，用戶二次開發(fā)的應(yīng)用程序成為Femap 的一個(gè)加載項(xiàng)。用戶看到的整體界面和普通的Femap界面基本相同，僅僅多了一個(gè)浮動(dòng)面板，即用戶二次開發(fā)的圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）。該交互模式將用戶二次開發(fā)的程序界面嵌入Femap 程序界面中，并與Femap 操作界面融為一體。

1.4 將Femap 程序界面嵌入用戶應(yīng)用程序中

將Femap 程序界面嵌入用戶應(yīng)用程序界面中，F(xiàn)emap 程序界面可整體顯示，也可部分顯示。若要關(guān)閉除視圖窗口外的其他Femap 窗體界面元素，只需要調(diào)用feAppEmbed 函數(shù)即可。

綜上所述，F(xiàn)emap 軟件與用戶二次開發(fā)的應(yīng)用程序間有多種交互方式，具體采用何種方式，需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合而定。本文將用戶二次開發(fā)的程序嵌入Femap 用戶界面中，使其與Femap 軟件界面的風(fēng)格相統(tǒng)一。

2 使用C++讀寫Word 文檔的方法

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成計(jì)算報(bào)告，則需要通過程序讀寫Word 文檔。通過程序讀寫Word 文檔主要有以下2 種方式：1）直接使用Word 的COM 組件接口，見圖1；2）使用Word 操作控件，如Spire.Doc 等。第1 種方式常會(huì)由于各設(shè)計(jì)師電腦上安裝的Word版本不同而導(dǎo)致程序兼容性問題；第2 種方式往往會(huì)產(chǎn)生額外的費(fèi)用。本文的研究涉及插入文字和圖片等基本操作，主要通過改造開源庫(kù)DuckX 實(shí)現(xiàn)所需要的功能。由于DuckX 僅提供了在Word 文檔中插入文字的功能，需要增加在Word 文檔中插入圖片的功能。

圖1 直接使用Word 的COM 組件接口

Word 自2007 版本之后的文件為.doc 格式，使用壓縮軟件對(duì).doc 格式的文件進(jìn)行解壓操作，可得到一些文件和文件夾。其中，document.xml 文件包含了文檔的主要文本內(nèi)容，DuckX 通過該文件實(shí)現(xiàn)docx 文檔的文本讀寫功能。

DuckX 在 Word 中插入文本只需要修改document.xml 即可，插入圖片相較插入文本更為復(fù)雜，主要包括如下步驟：

1）在document.xml 中寫入圖片的大小、版式、位置等信息，設(shè)置圖片編號(hào)。

2）在word/media 文件夾中插入一個(gè)實(shí)際的圖片文件。

3）修改word/_rels/ document.xml.rels，添加一個(gè)記錄，將圖片編號(hào)與圖片文件關(guān)聯(lián)起來。

為實(shí)現(xiàn)在Word文檔中插入圖片的功能，DuckX需要添加如下3 類代碼：1）Relationship 類代碼，用于管理word/_rels/document.xml.rels 文件；2）InlinePicture 類代碼，用于管理圖片對(duì)象；3）Run類代碼，用于插入圖片。

3 編程與測(cè)試

考慮到程序運(yùn)行速度以及開創(chuàng)性，本文基于Femap 軟件，采用C++語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)。二次開發(fā)的程序?qū)isual Studio 2019 社區(qū)版作為集成開發(fā)環(huán)境，程序界面見圖2。

圖2 程序界面

3.1 Du ckX 改造

從GitHub 上下載DuckX，使用CMake 工具生成 Microsoft Visual Studio（VS）項(xiàng)目，添加Relationship 類、InlinePicture 類代碼，并在Run 類代碼中添加add_inline_picture 方法，隨后編譯為lib文件供后續(xù)使用。

InLinePicture 類代碼的關(guān)鍵部分如下：

3.2 連接Femap 并創(chuàng)建應(yīng)用程序?qū)ο?/h3>

首先打開Visual Studio 軟件，創(chuàng)建一個(gè)微軟基礎(chǔ)類庫(kù)（Microsoft Foundation Classes，MFC）的對(duì)話框應(yīng)用，再?gòu)膄emap.tlb 導(dǎo)入所需要的接口。

在對(duì)話框的頭文件中添加如下語(yǔ)句：

#import "D:\Program Files\Siemens\Femap 2022.1\femap.tlb" named_guids rename("GetProp","feGetProp")

在對(duì)話框頭文件中添加應(yīng)用程序?qū)ο蠊┖罄m(xù)使用：

CComQIPtr pModel;

在對(duì)話框的OnInitDialog()方法中對(duì)pModel 進(jìn)行初始化，為使代碼清晰易讀，此處省去了與異常判斷有關(guān)的部分代碼：

CoInitialize( NULL );

CLSID clsid;

HRESULT hr = AfxGetClassIDFromString(L"femap.model",&clsid );

IUnknown FAR* punk;

hr = ::CoCreateInstance(clsid,NULL,CLSCTX_SERVER,IID_IUnknown,(void**)&punk);

pModel = punk;

pModel->feAppRegisterAddInPane(true,(int)m_hWnd,0,false,false,3,1);

pModel->feAppVisible(true);

3.3 在程序中處理消息

當(dāng)Femap 程序關(guān)閉時(shí)，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)話框自動(dòng)退出的功能。因此，二次開發(fā)程序應(yīng)能捕捉并響應(yīng)Femap 程序發(fā)出的退出消息。

通過如下代碼在OnInitDialog( )方法中注冊(cè)Femap 消息：

FE_EVENT_MESSAGE = RegisterWindow Message(L"FE_EVENT_MESSAGE");

通過如下代碼重載對(duì)話框的WindowProc 函數(shù)處理消息：

if (message == FE_EVENT_MESSAGE)

if (wParam == femap::zEventCode::FEVENT_SHUTDOWN)

if (lParam == 1)

PostMessage(WM_CLOSE,0,0);

3.4 核心代碼

在程序界面中選中OutputSet、OutputVector、Group 與View，通過遍歷循環(huán)，逐一將結(jié)果輸出到Word 文檔中。Word 需要使用的圖片來自Femap 生成的View，F(xiàn)emap 可以將View 顯示的內(nèi)容保存為圖片文件，也可將顯示內(nèi)容保存至剪貼板。由測(cè)試可知：先將View 顯示的內(nèi)容保存至剪貼板，再導(dǎo)入到Word 時(shí)，程序運(yùn)行速度較快。

二次開發(fā)程序的核心代碼如下：

femap::IViewPtr view=pModel->feView;

view->Get(viewID);

pModel->feAppSetActiveView(viewID);

pModel->feGroup->Active=groupID;

view->OutputSet=outputSetID;

view->ContourVector1V2=contourVector;

view->Put(viewID);

view->FitVisible(false);/pModel->feView Regenerate(0);

pModel->feFilePictureCopy( );/

std::string id=std::to_string(picIndex);

std::string rid="rid"+id;

std::string target="media/"+rid+".png";

duckx::Run run=doc.paragraphs( ).insert_paragraph_after("").add_run("");

duckx::InlinePicture pic=run.add_inline_picture(id,rid,wPicture,hPicture);

pic.data_size=GetClipImageSize( );

pic.pic_data=GetClipImageData( );

doc.set_picture_relationship(pic);

doc.paragraphs( ).insert_paragraph_after(pic_title).insert_paragraph_after("");

代碼中涉及對(duì)圖片寬度和高度的計(jì)算。計(jì)算報(bào)告采用豎版A4 紙，由document.xml 可知：Word 中豎版A4紙的寬度為11 906 twip（1 twip=0.017 6 mm），高度為16 838 twip，上下頁(yè)邊距為1 440 twip，左右頁(yè)邊距為1 800 twip。

在內(nèi)存中，圖片的單位是像素，需要先進(jìn)行單位換算，再根據(jù)頁(yè)面寬度和高度自動(dòng)調(diào)整圖片的大小。

4最終效果

在運(yùn)行二次開發(fā)的程序后，會(huì)自動(dòng)打開一個(gè)Femap 窗口，用戶應(yīng)用程序以浮動(dòng)面板的形式嵌入在Femap 窗口中。打開要導(dǎo)出計(jì)算報(bào)告的模型，點(diǎn)擊面板中左上角的提取模型信息按鈕，此時(shí)面板中會(huì)列出該模型中所有的條目。選擇要導(dǎo)出的條目，輸入報(bào)告的文件名，點(diǎn)擊面板右上角的導(dǎo)出Word按鈕，就可以自動(dòng)導(dǎo)出報(bào)告。此外，面板中還可以設(shè)定圖片標(biāo)題的生成方式，對(duì)圖片標(biāo)題進(jìn)行自定義。

5 結(jié)論

本文基于Femap 軟件提供的應(yīng)用編程接口，對(duì)計(jì)算報(bào)告所需圖表的自動(dòng)輸出功能進(jìn)行開發(fā)，并將其應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐。研究表明：該自動(dòng)輸出功能可顯著提高設(shè)計(jì)效率。手動(dòng)操作需要1 天才能完成的報(bào)告，使用本文的二次開發(fā)程序僅需要5 min 即可完成。本文的研究成果可為Femap 軟件的二次開發(fā)提供一定參考。