CN113946988A - 一种基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统，包括系统集成模块、仿真模板定制模块、协同仿真模块和数据处理模块；系统集成模块用于获取产品信息；仿真模板定制模块用于确定仿真模板；协同仿真模块用于根据产品信息和仿真模板，进行在线协同仿真；数据处理模块用于确定仿真结果是否正确，并进行对应处理。本发明对机械产品协同仿真技术进行研究，提出一种基于模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统，大大提高协同仿真的效率和准确性，同时，将传统的仿真流程模板化、结构化和自动化，实现数据的重用，有效降低仿真人员的工作强度。

Description

一种基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统

技术领域

本发明属于产品数字化仿真技术领域，具体涉及一种基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统。

背景技术

虚拟仿真（Computer Aided Engineering，简称CAE），如碰撞、刚度、耐久性、热力学性能、流体分析和振动噪声等多学科仿真分析，作为驱动产品设计、验证系统性能及引领产品创新的重要方法，近些年来已在机械行业内得到广泛应用。协同仿真技术是指异地、分布的建模、仿真分析人员可在一个协同、互操作的环境中方便、快捷的采用各自领域的专业分析工具，对构成整机或系统的各子系统及零部件进行建模与仿真分析，并支持参与整个系统的联合仿真，协作完成复杂系统仿真的一种复杂系统仿真分析方法。

目前，在机械行业中，业务流程与仿真流程缺乏统一管理，仿真任务各自孤立，只是单纯的使用仿真工具，仿真任务之间的数据、人员无协同，缺乏整体协同管理，因此，需要一个基于模板与流程驱动的机械产品协同仿真方法和系统以解决现有问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决仿真任务之间的数据和人员无协同，缺乏整体协同管理的问题，提出了一种基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统。

本发明的技术方案是：一种基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统包括系统集成模块、仿真模板定制模块、协同仿真模块和数据处理模块；

系统集成模块用于获取产品信息；

仿真模板定制模块用于确定仿真模板；

协同仿真模块用于根据产品信息和仿真模板，进行在线协同仿真；

数据处理模块用于确定仿真结果是否正确，并进行对应处理；

系统集成模块包括产品数据管理系统集成单元和试验数据管理系统集成单元；

产品数据管理系统集成单元用于获取产品的研发流程节点、部件物料编码、版本信息和三维模型，并在仿真任务完成后，将回传的仿真报告实例关联至对应版本的部件物料编码；

试验数据管理系统集成单元用于获取仿真任务对应的结构化试验数据和接收概要信息（概要信息是协同仿真系统生成后发送给试验数据管理系统）；其中，结构化试验数据用于标定仿真数据；概要信息包括三维模型信息、边界条件和仿真指标，其传递至试验数据管理系统集成单元，用于制定产品试验大纲。

进一步地，仿真模板定制模块用于定制仿真任务模板、仿真流程模板、仿真报告模板和仿真概要模板；

仿真任务模板用于将仿真任务分为三层结构，在各层结构中，根据仿真学科确定仿真子任务，并设置仿真子任务和仿真人员的关联关系、各个仿真子任务之间的协同仿真关系与仿真子任务是否需要进行试验验证；其中，三层结构具体为：整机、系统和零部件；

仿真流程模板用于确定各个仿真子任务的仿真流程；

仿真报告模板用于通过自动抽取仿真子任务的仿真数据，生成仿真报告实例；

仿真概要模板用于分析产品试验大纲，并确定用于制定产品试验大纲的仿真数据。

进一步地，协同仿真模块进行在线协同仿真的具体方法为：获取产品的部件物料编码和版本信息；基于产品的仿真任务模板生成仿真任务实例树，并以物料编码+仿真类型+版本信息的形式命名仿真任务实例树中的仿真子任务，同时检索仿真数据库中是否存在与仿真子任务同名的子任务；

若存在同名子任务，则自动关联同名子任务的仿真数据，并将同名子任务状态设置为待确认，将仿真子任务推送至仿真人员，通过仿真人员查看状态为待确认的同名子任务，确定是否重用仿真数据，实现在线协同仿真；

若不存在同名子任务，则将仿真子任务状态设置为正在工作，自动获取产品数据管理系统中的三维模型，并基于各个仿真学科对应的仿真任务模板，生成仿真流程，通过仿真人员根据仿真流程进行仿真作业，实现在线协同仿真。

进一步地，数据处理模块用于确认仿真报告实例中的仿真结果是否正确；

若仿真结果正确，则将仿真子任务状态设置为已完成，将仿真报告实例回传至产品数据管理系统集成单元，并与对应版本的部件物料编码关联，完成当前仿真子任务；同时，当仿真子任务在协同仿真模块中有关联子任务时，则将当前仿真子任务的仿真结果作为启动下一个仿真任务的输入参数，当仿真子任务需要试验验证时，则基于仿真概要模板，从仿真子任务中自动抽取概要信息，生成仿真概要实例，并将仿真概要实例传递至试验数据管理系统集成单元，生成试验任务，根据试验任务确定产品试验大纲并进行试验，将试验生成的结构化试验数据用于标定仿真数据；

若仿真结果不正确，则将仿真子任务状态设置为重新工作，并通过仿真人员修改仿真子任务的产品信息，重新进行仿真工作。

本发明的有益效果是：

（1）系统集成模块通过与产品数据管理系统集成，自动获取产品研发流程节点、产品或部件物料编码、版本及三维模型等信息，并回传仿真报告，同时，与试验数据管理系统集成，自动获取与仿真任务对应的结构化试验数据，并传递仿真任务的概要信息。

（2）基于产品特点和学科方向，定义仿真任务模板、仿真流程模板、仿真报告模板及仿真概要模板；再基于研发流程及仿真模板的驱动，自动生成产品的仿真任务实例树，自动重用相同仿真子任务，并将仿真子任务推送至相关人员；基于模板自动生成仿真报告及仿真概要实例，并关联对应的试验任务，自动获取试验数据。

附图说明

图1为机械产品协同仿真系统的结构图；

图2为基于模板及流程驱动的协同仿真系统运行示意图；

图3为仿真任务模板结构示意图；

图4为基于仿真任务模板的协同仿真示意图；

图5为基于仿真流程模板的协同仿真示意图；

图6为基于模板的仿真报告自动生成示意图；

图7为基于模板的仿真概要自动生成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

在描述本发明的具体实施例之前，为使本发明的方案更加清楚完整，首先对本发明中出现的缩略语和关键术语定义进行说明：

产品数据管理系统（PDM系统）：用于管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。通过实施PDM，可以提高生产效率，有利于对产品的全生命周期进行管理，加强对于文档，图纸，数据的高效利用，使工作流程规范化。

试验数据管理系统（TDM系统）：属于产品生命周期管理（PLM）的组成部分。TDM的主要作用在于对机组运行过程中的数据进行深入分析，获取包括转速、振动波形，频谱、倍频的幅值和相位等故障特征数据，从而为专业的故障诊断人员提供数据及专业的图谱工具，协助机组诊断维护专家深入分析机组运行状态。

如图1所示，本发明提供了一种基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统，包括系统集成模块、仿真模板定制模块、协同仿真模块和数据处理模块；

系统集成模块用于获取产品信息；

仿真模板定制模块用于确定仿真模板；

协同仿真模块用于根据产品信息和仿真模板，进行在线协同仿真；

数据处理模块用于确定仿真结果是否正确，并进行对应处理。

在本发明实施例中，系统集成模块包括产品数据管理系统集成单元和试验数据管理系统集成单元；

产品数据管理系统集成单元用于获取产品的研发流程节点、部件物料编码、版本信息和三维模型，并在仿真任务完成后，将回传的仿真报告实例关联至对应版本的部件物料编码；

试验数据管理系统集成单元用于获取仿真任务对应的结构化试验数据和接收概要信息（概要信息是协同仿真系统生成后发送给试验数据管理系统）；其中，结构化试验数据用于标定仿真数据；概要信息包括三维模型信息、边界条件和仿真指标，其传递至试验数据管理系统集成单元，用于制定产品试验大纲。

在本发明实施例中，仿真模板定制模块用于定制仿真任务模板、仿真流程模板、仿真报告模板和仿真概要模板；

仿真任务模板用于将仿真任务分为三层结构，在各层结构中，根据仿真学科确定仿真子任务，并设置仿真子任务和仿真人员的关联关系、各个仿真子任务之间的协同仿真关系与仿真子任务是否需要进行试验验证；其中，三层结构具体为：整机、系统和零部件；

仿真流程模板用于确定各个仿真子任务的仿真流程；

仿真报告模板用于通过自动抽取仿真子任务的仿真数据，生成仿真报告实例；

仿真概要模板用于分析产品试验大纲，并确定用于制定产品试验大纲的仿真数据。

在本发明实施例中，协同仿真模块进行在线协同仿真的具体方法为：获取产品的部件物料编码和版本信息；基于产品的仿真任务模板生成仿真任务实例树，并以物料编码+仿真类型+版本信息的形式命名仿真任务实例树中的仿真子任务，同时检索仿真数据库中是否存在与仿真子任务同名的子任务；

若存在同名子任务，则自动关联同名子任务的仿真数据，并将同名子任务状态设置为待确认，将仿真子任务推送至仿真人员，通过仿真人员查看状态为待确认的同名子任务，确定是否重用仿真数据，实现在线协同仿真；

若不存在同名子任务，则将仿真子任务状态设置为正在工作，自动获取产品数据管理系统中的三维模型，并基于各个仿真学科对应的仿真任务模板，生成仿真流程，通过仿真人员根据仿真流程进行仿真作业，实现在线协同仿真。

在本发明实施例中，数据处理模块用于确认仿真报告实例中的仿真结果是否正确；

若仿真结果正确，则将仿真子任务状态设置为已完成，将仿真报告实例回传至产品数据管理系统集成单元，并与对应版本的部件物料编码关联，完成当前仿真子任务；同时，当仿真子任务在协同仿真模块中有关联子任务时（例如强度分析子任务的结果当作输入信息传递给疲劳分析子任务，实现协同工作），则将当前仿真子任务的仿真结果作为启动下一个仿真任务的输入参数，仿真子任务有两种类型，一是独立的，跟其他子任务没有关联关系，其输入是系统集成模块获取的三维模型；二是子任务间是有数据交互的，如上一个批注中举得例子，结构强度分析的结果是疲劳分析的输入启动下一个仿真任务；当仿真子任务需要试验验证时，则基于仿真概要模板，从仿真子任务中自动抽取概要信息，生成仿真概要实例，并将仿真概要实例传递至试验数据管理系统集成单元，生成试验任务，根据试验任务确定产品试验大纲并进行试验，将试验生成的结构化试验数据用于标定仿真数据；

若仿真结果不正确，则将仿真子任务状态设置为重新工作，并通过仿真人员修改仿真子任务的产品信息，重新进行仿真工作。这个过程就是仿真迭代过程，此处的意思是修改上一轮分析的模型，包括原始模型，如集成获取的三维模型，或者是上一轮分析的仿真模型。

在本发明实施例中，本发明还提出一种机械产品协同仿真方法，如图2所示，通过系统集成模块，与PDM系统集成，自动获取产品研发流程节点、产品或部件物料编码、版本、EBOM及三维模型等信息，仿真完成后回传仿真报告，同时，与TDM系统集成，自动获取与仿真任务对应的结构化试验数据，并传递仿真任务的概要信息；通过仿真模板定制模块，根据产品特点和仿真学科，定义仿真任务模板、仿真流程模板、仿真报告模板及仿真概要模板；通过协同仿真模块，基于研发流程及仿真模板的驱动，自动生成产品的仿真任务实例树，自动重用相同仿真子任务，并将仿真子任务推送至相关人员；通过数据处理模块，基于模板自动生成仿真报告及仿真概要实例，并关联对应的试验任务，自动获取试验数据。具体实施包括以下步骤：

步骤一：PDM/TDM系统集成

通过与产品数据管理（PDM）系统集成，自动获取产品研发流程节点、产品或部件物料编码、版本及三维模型等信息，同时仿真任务完成后，回传仿真报告，关联到对应版本的物料；通过与试验数据管理（TDM）系统集成，获取与仿真任务对应的结构化试验数据，用于标定仿真数据，验证仿真方法，提高仿真精度，同时，抽取需要试验的仿真任务的概要信息，包括模型信息、边界条件、仿真指标等信息，传给TDM系统，用于指导试验大纲的制定。

步骤二：定制仿真模板

（1）如图3所示，根据产品特点，梳理各类产品的仿真需求，按照产品大类，定制仿真任务模板。首先，将仿真任务定义为整机、系统、零部件和其他四层结构，其中，其他层级用于表示在产品试制过程中，针对产品故障进行的仿真类型；其次，根据实际需求，在各层结构中按照学科方向定义具体的仿真子任务，同时设置子任务与执行者的关联关系、各子任务间的协同仿真关系以及是否需要试验验证等。

（2）梳理各类仿真子任务的仿真流程，定义仿真流程模板，如材料选择、边界等。

（3）分析各类仿真子任务的仿真报告，抽取其需要的仿真数据，定义仿真报告模板，如等效应力、应变、云图及曲线等。

（4）分析产品或部件试验大纲，梳理仿真任务中的哪些数据可以支撑试验大纲的制定，按照学科方向定义仿真概要模板，如模型信息、边界信息及指标信息等。

步骤三：基于模板及流程驱动的协同仿真

如图4所示，基于产品研发流程驱动，获取流程当前节点信息，若当前节点为方案设计时，获取该产品或部件物料编码、版本信息及EBOM，并基于该产品大类的仿真任务模板，生成该产品的仿真任务实例树，其中，各仿真子任务以“物料编码+仿真类型+版本”的方式命名，同时检索仿真数据库，若存在同名子任务，则自动关联同名的仿真数据，同时子任务状态设置为“待确认”，实现数据的重用；若不存在同名子任务，但存在除版本外同名的子任务，则子任务状态设置为“正在工作”，同时自动关联除版本外同名的子任务数据；除以上两种情况外，子任务状态设置为“全新任务”。最后将当前流程阶段的仿真子任务推送至对应的仿真人员，实现多人在线协同仿真。

如图5所示，仿真人员接到子任务后，需要进行“用户确认”的判断，状态为“已确认”，则任务结束；状态为“待确认”的需要确认是否可以重用自动关联的数据，若可以重用，则任务结束；若不可以重用，则任务状态修改为“全新任务”。状态为“全新任务”的子任务，自动获取PDM系统中的三维模型，或者从本地上传模型，同时基于对应学科方向的仿真流程模板，生成子任务仿真流程实例，仿真人员根据已定制的流程（网格划分、材料设置、载荷设置、约束设置、计算以及后处理）进行仿真作业。

步骤四：仿真数据处理

如图6所示，仿真子任务完成后，基于相应类型的仿真报告模板，从仿真结果中自动抽取相关数据，生成仿真报告实例，由仿真人员确认：

（1）仿真结果不正确，则设定子任务状态“重新工作”，跳转到步骤三，仿真人员需要对原数模修改后，重新进行仿真工作。

（2）仿真结果正确，设定子任务状态“已完成”，将仿真报告回传至PDM系统，与相应物料关联，完成当前仿真子任务。

①若涉及到协同仿真的子任务，则跳转到步骤三，仿真结果作为输入参数，自动启动下一仿真任务；

②如图7所示，若涉及到该仿真子任务需要试验验证，基于仿真报告模板，从仿真任务中自动抽取相关信息，如模型、材料、边界条件和指标等信息，生成仿真报告实例，并传递到TDM系统，生成相应的试验任务，并指导试验大纲的编制，进而指导试验的进行；试验结束后，经过数据处理，从试验数据中自动抽取相应的指标值，标定仿真数据。

本发明的工作原理及过程为：本发明提出一种基于模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统，首先，通过与产品数据管理系统集成，自动获取产品研发流程节点、产品或部件物料编码、版本及三维模型等信息，并回传仿真报告，同时，与试验数据管理系统集成，自动获取与仿真任务对应的结构化试验数据，并传递仿真任务的概要信息；其次，基于产品特点和学科方向，定义仿真任务模板、仿真流程模板、仿真报告模板及仿真概要模板；再次，基于研发流程及仿真模板的驱动，自动生成产品的仿真任务实例树，自动重用相同仿真子任务，并将仿真子任务推送至相关人员；最后，基于模板自动生成仿真报告及仿真概要实例，并关联对应的试验任务，自动获取试验数据。

本发明的有益效果为：

（1）系统集成模块通过与产品数据管理系统集成，自动获取产品研发流程节点、产品或部件物料编码、版本及三维模型等信息，并回传仿真报告，同时，与试验数据管理系统集成，自动获取与仿真任务对应的结构化试验数据，并传递仿真任务的概要信息。

（2）基于产品特点和学科方向，定义仿真任务模板、仿真流程模板、仿真报告模板及仿真概要模板；再基于研发流程及仿真模板的驱动，自动生成产品的仿真任务实例树，自动重用相同仿真子任务，并将仿真子任务推送至相关人员；基于模板自动生成仿真报告及仿真概要实例，并关联对应的试验任务，自动获取试验数据。

（3）大大提高协同仿真的效率和准确性，同时，将传统的仿真流程模板化、结构化、自动化，实现数据的重用，有效降低仿真人员的工作强度。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统，其特征在于，包括系统集成模块、仿真模板定制模块、协同仿真模块和数据处理模块；

所述系统集成模块用于获取产品信息；

所述仿真模板定制模块用于确定仿真模板；

所述协同仿真模块用于根据产品信息和仿真模板，进行在线协同仿真；

所述数据处理模块用于确定仿真结果是否正确，并进行对应处理；

所述系统集成模块包括产品数据管理系统集成单元和试验数据管理系统集成单元；

所述产品数据管理系统集成单元用于获取产品的研发流程节点、部件物料编码、版本信息和三维模型，并在仿真任务完成后，将回传的仿真报告实例关联至对应版本的部件物料编码；

所述试验数据管理系统集成单元用于获取仿真任务对应的结构化试验数据和接收概要信息；其中，所述结构化试验数据用于标定仿真数据；所述概要信息包括三维模型信息、边界条件和仿真指标，其传递至试验数据管理系统集成单元，用于制定产品试验大纲。

2.根据权利要求1所述的基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统，其特征在于，所述仿真模板定制模块用于定制仿真任务模板、仿真流程模板、仿真报告模板和仿真概要模板；

所述仿真任务模板用于将仿真任务分为三层结构，在各层结构中，根据仿真学科确定仿真子任务，并设置仿真子任务和仿真人员的关联关系、各个仿真子任务之间的协同仿真关系与仿真子任务是否需要进行试验验证；其中，三层结构具体为：整机、系统和零部件；

所述仿真流程模板用于确定各个仿真子任务的仿真流程；

所述仿真报告模板用于通过自动抽取仿真子任务的仿真数据，生成仿真报告实例；

所述仿真概要模板用于分析产品试验大纲，并确定用于制定产品试验大纲的仿真数据。

3.根据权利要求1所述的基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统，其特征在于，所述协同仿真模块进行在线协同仿真的具体方法为：获取产品的部件物料编码和版本信息；基于产品的仿真任务模板生成仿真任务实例树，并以物料编码+仿真类型+版本信息的形式命名仿真任务实例树中的仿真子任务，同时检索仿真数据库中是否存在与仿真子任务同名的子任务；

若存在同名子任务，则自动关联同名子任务的仿真数据，并将同名子任务状态为待确认，将仿真子任务推送至仿真人员，通过仿真人员查看状态为待确认的同名子任务，确定是否重用仿真数据，实现在线协同仿真；

若不存在同名子任务，则将仿真子任务状态设置为正在工作，自动获取产品数据管理系统中的三维模型，并基于各个仿真学科对应的仿真任务模板，生成仿真流程，通过仿真人员根据仿真流程进行仿真作业，实现在线协同仿真。

4.根据权利要求1所述的基于仿真模板与流程驱动的机械产品协同仿真系统，其特征在于，所述数据处理模块用于确认仿真报告实例中的仿真结果是否正确；

若仿真结果正确，则将仿真子任务状态设置为已完成，将仿真报告实例回传至产品数据管理系统集成单元，并与对应版本的部件物料编码关联，完成当前仿真子任务；同时，当仿真子任务在协同仿真模块中有关联仿真子任务时，则将当前仿真子任务的仿真结果作为启动下一个仿真任务的输入参数；当仿真子任务需要试验验证时，则基于仿真概要模板，从仿真子任务中自动抽取概要信息，生成仿真概要实例，并将仿真概要实例传递至试验数据管理系统集成单元，生成试验任务，根据试验任务确定产品试验大纲并进行试验，将试验生成的结构化试验数据用于标定仿真数据；

若仿真结果不正确，则将仿真子任务状态设置为重新工作，并通过仿真人员修改仿真子任务的产品信息，重新进行仿真工作。

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