CN114443037A - 一种cae云软件的开发与集成系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种CAE云软件的开发与集成系统和方法，其包括部署在云计算环境下的前端集成框架和部署在超级计算环境下的后端集成框架，其中前端集成框架中的参数归类表单和可自动生成云软件操作界面的前后处理界面自动化生成模块，可结合代码功能按需生成个性化GUI界面，简化了用户学习自主CAE代码的难度，提高了用户和CAE代码的交互体验，以云计算和超级计算融合环境为基础可将CAE代码快速转化为云原生CAE软件，实现易用性的同时能够按需为计算提供算力保障；引入计算结果对标功能，支持统一框架、统一计算输入前提下的计算结果对标，增加了自主CAE代码的计算结果可信性。

Description

一种CAE云软件的开发与集成系统和方法

技术领域

本发明涉及软件开发集成领域，具体涉及CAE云软件的开发集成系统和方法。

背景技术

目前，广大科研院所存在大量能够解决特定工业问题的CAE代码，将其成功转化是快速推进CAE软件发展的一个重要方向。然而，对于现有的CAE代码来说，因为代码撰写风格不统一，因此，在代码转化前，需要详细了解代码的计算配置文件结构和参数意义，这大大增加了代码转化的难度以及消耗的时间，不利于批量化做集成。另外，现有的CAE代码多数只覆盖了CAE整个链条的部分功能，且缺少操作使用界面，不仅很难对外提供服务，也给使用者带来了极大的难度。此外，CAE代码计算结果的正确性也缺少有效途径进行评估。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种CAE云软件的开发与集成系统，所述系统包括部署在云计算环境下的前端集成框架，部署在超级计算环境下的后端集成框架以及前后端通信接口，所述前后端通信接口，用于在所述前端集成框架和所述后端集成框架之间进行数据通信；所述后端集成框架至少包括数据上传下载模块、运行环境加载模块；所述数据上传下载模块，用于将开发人员的CAE求解器代码存储至所述后端集成框架中，将所述云软件使用人员的相关数据保存至所述后端集成框架的对应容器中，和/或使所述使用人员从所述容器中下载所述相关数据；所述运行环境加载模块，用于为所述CAE求解器代码按需配置算法库与支撑库，实现所述CAE求解器代码与底层支撑环境的快速适配，完成所述云软件求解功能在所述后端集成框架中的安装；所述前端集成框架至少包括一组参数归类表单、前后处理界面自动化生成模块；所述参数归类表单，用于存储所述开发人员按照预设规则定义的所述CAE求解器功能单元种类、所述各功能单元中的基本参数、所述基本参数的组成形式、所述基本参数的前端获取方式；所述前后处理界面自动化生成模块，实现对所述CAE求解器功能的扩展，用于基于所述参数归类表单，自动生成所述云软件的操作界面，所述操作界面包含有与所述基本参数对应的参数值配置部分、与所述CAE求解器对应的几何模型部分；此外，还实现对所述几何模型、所述几何模型切割后的网格数据和计算结果的交互、显示和处理，解决前端建模的参数配置需求。

一种基于上述系统的CAE云软件的开发与集成方法，包括以下步骤：S100，接收开发人员上传的CAE求解器代码并存储至后端集成框架中；S200，接收参数归类表单，该参数归类表单用于存储所述开发人员按照预设规则定义的所述CAE求解器功能单元种类、所述各功能单元中的基本参数、所述基本参数的组成形式、所述基本参数的前端获取方式；S300，为所述CAE求解器代码按需配置算法库与支撑库，实现所述CAE求解器代码与底层支撑环境的快速适配，完成所述云软件求解功能在所述后端集成框架中的安装；S400，基于所述参数归类表单，自动生成所述云软件的操作界面，所述操作界面包含有与所述基本参数对应的参数值配置部分、与所述CAE求解器对应的几何模型部分；提供对所述几何模型、所述几何模型切割后的网格数据和计算结果的交互、显示和处理功能，解决前端建模的参数配置需求。

本发明至少具有以下技术效果：以云计算和超级计算融合环境为基础可将CAE代码快速转化为云原生CAE软件，实现易用性的同时能够按需为计算提供算力保障；引入计算结果对标功能，支持统一框架、统一计算输入前提下的计算结果对标，增加了自主CAE代码的计算结果可信性；开发的个性化GUI界面，简化了使用人员学习自主CAE代码的难度，提高了使用人员和CAE代码的交互体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的CAE云软件的开发与集成系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的CAE云软件的开发与集成方法的流程图；

图3为本发明另一实施例提供的CAE云软件的开发与集成方法的流程图；

图4为本发明又一实施例提供的CAE云软件的开发与集成方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图1公开了本发明的一种CAE云软件的开发与集成系统1，所述系统1包括：前端集成框架2、后端集成框架3以及前后端通信接口4，所述前后端通信接口4用于在所述前端集成框架2和所述后端集成框架3之间进行数据通信。其中，所述前端集成框架2部署在云计算环境下，用于实现需要图形交互的各类操作，为CAE代码快速创建方便易用的操作界面，以及云软件中间数据的显示等等。所述后端集成框架3部署在超级计算环境下，用于运行需要高性能计算的任务，为CAE代码的集成提供底层环境支撑，例如所述后端集成框架3用于存储开发人员的CAE求解器代码和CAE软件使用人员的相关数据，以及执行CAE求解器代码等。

在本发明中，所述后端集成框架3至少包括数据上传下载模块31和运行环境加载模块32。其中，所述数据上传下载模块31，用于将开发人员的CAE求解器代码存储至所述后端集成框架3中，将所述云软件使用人员的相关数据保存至所述后端集成框架3的对应容器中，和/或使所述使用人员从所述容器中下载所述相关数据。为了确保使用人员数据的安全性，在本发明中，所述系统1为所述用户在所述后端集成框架3上分配独占的存储资源空间，即容器，因此，当单一用户出现问题不会对系统的整体功能以及底层的数据安全性造成威胁。

所述运行环境加载模块32，用于为所述CAE求解器代码按需配置算法库与支撑库，实现所述CAE求解器代码与底层支撑环境的快速适配，完成所述云软件求解功能在所述后端集成框架3中的安装。通过后端集成框架3的运行环境加载模块32，可以快速将开发人员的自主CAE求解器代码部署在所述后端集成框架3中，通过模块化的配置加载，实现代码在自主超算环境的快速集成，降低人为操作的故障率。当软件使用人员使用该CAE求解器求解任务时，仅需要通过所述前后端通信接口将参数等传输至所述后端集成框架3即可实现相应的计算工作。

所述前端集成框架2至少包括一组参数归类表单21、前后处理界面自动化生成模块22。

所述参数归类表单21，与所述CAE求解器对应，用于存储所述开发人员按照预设规则定义的所述CAE求解器功能单元种类、所述各功能单元中的基本参数、所述基本参数的组成形式、所述基本参数的前端获取方式。在本发明中，所述参数归类表单21为所述系统1按照预设规则制定的，包含有多种类型，CAE求解器的代码开发人员需要按照所述系统1的规则，将与所述CAE求解器代码相关的内容填写在与该求解器相对应的所述参数归类表单21中。具体的，开发人员需要在所述参数归类表单21中填写关于所述CAE代码的各功能单元名称（或者各功能单元的种类，例如密闭空间的温度模型）、各功能单元所需要的基本参数（例如所述温度模型的一些最基本的核心参数）、基本参数的组成形式（基本参数由单个数表征还是一组数表征，每个数的取值类型是什么，其具体的取值类型与所述CAE代码相关）、基本参数的前端获取方式（例如在前端通过选项获取所述基本参数的参数值、通过使用人员手动输入的方式获取所述基本参数的参数值）等等。开发人员通过定义参数归类表单，一方面可以实现代码的规范梳理和参数结构的逻辑结构搭建，也可以为后续前端界面（即云软件的操作界面）的创建提供基础。

所述前后处理界面自动化生成模块22，实现对所述CAE求解器功能的扩展，尤其是和软件使用人员交互、以及显示处理各种计算结果的功能扩展。具体的，在本发明中，所述前后处理界面自动化生成模块22用于基于所述参数归类表单21，自动生成所述云软件的操作界面，所述操作界面包含有与所述基本参数对应的参数值配置部分、与所述CAE求解器对应的几何模型部分；此外，还实现对所述几何模型、所述几何模型切割后的网格数据和计算结果的交互、显示和处理，解决前端建模的参数配置需求。通过所述前后处理界面自动化生成模块22自动生成可交互的个性化求解器操作界面，软件使用人员不需要去学习研究求解器代码，通过生成的操作界面就可以直观地了解所述求解器，提高了软件使用人员和代码之间的交互体验，且软件使用人员仅仅需要在操作界面中填入参数的具体参数值，即可实现问题的求解。

优选的，在本发明中，所述系统1采用模块化开发思想，即所述系统1的所述前端集成框架2、所述后端集成框架3以及CAE代码集成的各操作环节均以独立模块的形式存在，可以在保障安全性的同时极大地拓展所述系统1的适用范围。

进一步，所述前后处理界面自动化生成模块22至少包括动态UI开发模块和辅助支撑模块，其中，所述动态UI开发模块，用于基于所述参数归类表单21，自动生成所述云软件的操作界面，所述操作界面包含有与所述基本参数对应的参数值配置部分，所述辅助支撑模块用于协助所述动态UI开发模块对所述CAE求解器的几何模型、所述几何模型切割后的网格数据以及计算结果进行显示、交互和处理，实现前端建模过程中的交互功能的补充。具体的，所述操作界面包括有关于所述基本参数的参数值配置部分，软件使用人员可以在该部分对所述CAE求解器代码的基本参数的具体参数值进行配置，例如可以对飞行器模型中的material参数、flow conditiaon参数的具体数值进行配置；开发人员也可以根据参数值配置部分查看程序参数是否全面，程序参数的设置是否正确等，以便于开发人员及时调整输入的参数归类表单的内容。进一步的，所述辅助支撑模块用于和所述动态UI开发模块协同工作，在所述操作界面上显示与所述CAE求解器对应的几何模型，例如当所述CAE求解器涉及飞行器的相关建模时，所述操作界面可以显示一飞行器的几何模型。此外，所述辅助支撑模块还用于和所述动态UI开发模块协同工作，实现对所述几何模型的交互，例如，对所述几何模型的翻转、放大、缩小、标记等多种操作，同时所述操作界面可以显示所述云软件在运行过程中产生的各种数据以便软件使用人员进行操作。

进一步的，所述前后处理界面自动化生成模块22还包括模块衔接接口，用于将辅助支撑模块中的几何模型交互、网格数据解析、计算结果展示等功能与动态UI开发模块的功能贯通，软件使用人员可按需组合不同的功能，从而为CAE前端建模提供可视、可动、可配置的全要素支撑。

在本发明的一个实施例中，所述前端集成框架2还包括任务管理模块，用于所述开发人员或者所述CAE云软件的使用人员管理其全部的求解任务。在该实施例中，开发人员或者是软件使用人员可以利用该模块创建相关的求解任务，例如创建用于不同问题的求解模型，或者发布不同的求解模型；还可以删除其创建的相关任务等等。

在本发明的另一个实施例中，所述前端集成框架2还包括计算对标模块，用于将创建的计算任务分配给不同的CAE求解器，实现相同支撑环境和操作流程下不同软件的计算结果对标。具体的，软件使用人员可以利用该模块来验证自主CAE代码计算结果的可信度，其中，使用人员可以利用同类型求解器中的不同求解器模型（或者是云软件）来计算同样条件和参数配置下，不同求解器模型所产生的数据结果，包括中间数据，最后的计算结果等各种数据，通过横向比较，可以客观地评判CAE代码的计算精度。

在本发明的又一实施例中，所述后端集成框架3还包括经验参数推荐模块，用于当所述CAE云软件的使用人员漏填所述基本参数或者所述基本参数的参数值错误时，根据特定规则自动补齐所述基本参数。具体的，在本发明中，当所述云软件的使用人员漏填所述操作界面内的参数时，或者是所述基本参数的参数值明显错误时，所述参数推荐模块根据分析所述求解器的相关情况，自动缺省补齐计算所需的必要参数，规避了因参数漏填而无法计算的风险，大幅缩短了CAE代码的学习时间，使典型问题的计算精度得到显著提升。在本申请中，所述系统1内置有包含多个基本参数推荐表的基本参数推荐表库，每个基本参数推荐表对应于特定类型的CAE求解器，具体的，在本发明的一个实施例中，所述基本参数推荐表为基本参数取值固定的表格，例如，一基本参数的取值范围在该基本参数推荐表中固定不变，当使用人员设置一CAE求解问题（也可称为求解目标）后，所述参数推荐模块会根据使用人员设置的所述CAE求解问题，自动查找与该CAE求解问题对应的基本参数推荐表，并根据该基本参数推荐表中的参数取值范围对使用人员漏填或者填错的参数值就行补充或纠正。其中，所述参数推荐表中的基本参数取值范围可以根据经验提供，例如开发人员的开发经验，或者通过检索现有的相关求解器中的参数设置值。本发明优选的所述基本参数推荐表获取方式为：基于满足设定求解效果的CAE求解器基本参数设置值动态训练迭代所述基本参数推荐表的基本参数取值而获取。例如，基本参数推荐表中flow conditiaon的一个基本参数的初始取值范围在[a1,a2]，通过使用人员多次设置发现，当其取值范围在[b1,b2]时计算效果明显优于取值范围在[a1,a2]时，则将[a1,a2]更新为[b1,b2]。其中，一个实施例中，可以通过经验判断计算结果是否满足设定求解效果，优选的实施例中，可以通过计算对标模块的计算结果来判断使用人员设置的参数值是否满足设定求解效果，例如通过和通用CAE求解器结算结果比较，以判断使用人员设置的参数值是否满足设定求解效果。设定求解效果可以根据实际需求或者经验设置。

在本发明的又一个实施例中，开发人员上传自己的自主CAE代码并填写相关的参数归类表单，后端集成框架3的运行环境加载模块32快速地完成CAE求解器在后端集成框架上的安装部署，前端集成框架2的前后处理界面自动化生成模块22自动生成一个与该CAE代码对应的个性化、可交互的操作界面，以供软件使用人员进行参数值的配置，以及和所述求解器几何模型进行交互，软件使用人员只需要通过所述操作界面即可使用所述CAE求解器求解任务，因此，该系统实现了开发人员CAE代码的自动快速转化，且提供了可供交互的操作界面，大大提高了软件使用人员的使用体验。

图2为本发明实施例提供的CAE云软件的开发与集成方法的流程图，该方法基于前述系统实现，即对于前述系统的解释和说明同样也适用于该方法。具体的，该方法包括以下步骤：

S100，接收开发人员上传的CAE求解器代码并存储至后端集成框架中。

S200，接收参数归类表单，该参数归类表单用于存储所述开发人员按照预设规则定义的所述CAE求解器功能单元种类、所述各功能单元中的基本参数、所述基本参数的组成形式、所述基本参数的前端获取方式；

S300，为所述CAE求解器代码按需配置算法库与支撑库，实现所述CAE求解器代码与底层支撑环境的快速适配，完成所述云软件求解功能在所述后端集成框架中的安装；

S400，基于所述参数归类表单，自动生成所述云软件的操作界面，所述操作界面包含有与所述基本参数对应的参数值配置部分、与所述CAE求解器对应的几何模型部分；提供对所述几何模型、所述几何模型切割后的网格数据和计算结果的交互、显示和处理功能，解决前端建模的参数配置需求。

通过上述CAE云软件的集成和开发方法，CAE软件开发人员仅需要上传其相关代码，填制参数归类表单，即可以实现CAE云软件在云计算和超级计算融合环境中的快速部署，实现易用性的同时能够按需为计算提供算力保障；此外，开发的个性化GUI界面，简化了使用人员学习自主CAE代码的难度，提高了使用人员和CAE代码的交互体验。

在本发明的另一实施例中，所述方法还可以包括以下步骤：S500，接收创建的计算任务并将所述计算任务分配给不同的CAE求解器，实现相同支撑环境和操作流程下不同软件的计算结果对标，如图3所示。具体的，该步骤可用于验证自主CAE代码计算结果的可信度，其中，使用人员可以利用同类型求解器中的不同求解器模型（或者是云软件）来计算同样条件和参数配置下，不同求解器模型所产生的数据结果，包括中间数据，最后的计算结果等各种数据，通过横向比较客观地评判CAE代码的计算精度。

在本发明的又一实施例中，所述方法还可以包括以下步骤：S600，当使用人员漏填所述基本参数或者所述基本参数的参数值错误时，根据根据基本参数推荐表自动补齐所述基本参数，所述基本参数推荐表与所述CAE求解器对应，如图4所示。在本申请中，所述系统1内置有包含多个基本参数推荐表的基本参数推荐表库，每个基本参数推荐表对应于特定类型的CAE求解器，具体的，在本发明的一个实施例中，所述基本参数推荐表为基本参数取值固定的表格，例如，一基本参数的取值范围在该基本参数推荐表中固定不变，当使用人员设置一CAE求解问题（也可称为求解目标）后，所述参数推荐模块会根据使用人员设置的所述CAE求解问题，自动查找与该CAE求解问题对应的基本参数推荐表，并根据该基本参数推荐表中的参数取值范围对使用人员漏填或者填错的参数值就行补充或纠正。其中，所述参数推荐表中的基本参数取值范围可以根据经验提供，例如开发人员的开发经验，或者通过检索现有的相关求解器中的参数设置值。本发明优选的所述基本参数推荐表获取方式为：基于满足设定求解效果的CAE求解器基本参数设置值动态训练迭代所述基本参数推荐表的基本参数取值而获取。例如，基本参数推荐表中flow conditiaon的一个基本参数的初始取值范围在[a1,a2]，通过使用人员多次设置发现，当其取值范围在[b1,b2]时计算效果明显优于取值范围在[a1,a2]时，则将[a1,a2]更新为[b1,b2]。其中，一个实施例中，可以通过经验判断计算结果是否满足设定求解效果，优选的实施例中，可以通过计算对标模块的计算结果来判断使用人员设置的参数值是否满足设定求解效果，例如通过和通用的CAE求解器结算结果比较，以判断使用人员设置的参数值是否满足设定求解效果。设定求解效果可以根据实际需求或者经验设置。

综合上述内容可知，通过使用基本参数推荐表，规避了因参数漏填而无法计算的风险，大幅缩短了CAE代码的学习时间，使典型问题的计算精度得到显著提升。

此外，在本申请中，步骤S500和步骤S600的组合方式和组合顺序不受具体限制，以使得所述方法可以提供更多的功能，进而满足开发人员和使用人员的使用需求。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本发明的范围和精神。本发明开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种CAE云软件的开发与集成系统，所述系统包括部署在云计算环境下的前端集成框架，其特征在于，还包括：部署在超级计算环境下的后端集成框架以及前后端通信接口，所述前后端通信接口，用于在所述前端集成框架和所述后端集成框架之间进行数据通信；

所述后端集成框架至少包括数据上传下载模块、运行环境加载模块；

所述数据上传下载模块，用于将开发人员的CAE求解器代码存储至所述后端集成框架中，将所述云软件使用人员的相关数据保存至所述后端集成框架的对应容器中，和/或使所述使用人员从所述容器中下载所述相关数据；

所述运行环境加载模块，用于为所述CAE求解器代码按需配置算法库与支撑库，实现所述CAE求解器代码与底层支撑环境的快速适配，完成所述云软件求解功能在所述后端集成框架中的安装；

所述前端集成框架至少包括一组参数归类表单、前后处理界面自动化生成模块；

所述参数归类表单，用于存储所述开发人员按照预设规则定义的所述CAE求解器功能单元种类、所述各功能单元中的基本参数、所述基本参数的组成形式、所述基本参数的前端获取方式；

所述前后处理界面自动化生成模块，实现对所述CAE求解器功能的扩展，用于基于所述参数归类表单，自动生成所述云软件的操作界面，所述操作界面包含有与所述基本参数对应的参数值配置部分、与所述CAE求解器对应的几何模型部分；此外，还实现对所述几何模型、所述几何模型切割后的网格数据和计算结果的交互、显示和处理，解决前端建模的参数配置需求。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述后端集成框架还包括经验参数推荐模块，用于当所述使用人员漏填所述基本参数或者所述基本参数的参数值错误时，根据基本参数推荐表自动补齐所述基本参数，所述基本参数推荐表与所述CAE求解器对应。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述前端集成框架还包括任务管理模块，用于所述开发人员或者所述使用人员管理其全部的求解任务。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述前端集成框架还包括计算对标模块，用于将创建的计算任务分配给不同的CAE求解器，实现相同支撑环境和操作流程下不同软件的计算结果对标。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述基本参数推荐表获取方式为：基于满足设定求解效果的CAE求解器基本参数设置值动态训练迭代所述基本参数推荐表的基本参数取值而获取。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前后处理界面自动化生成模块包括动态UI开发模块、辅助支撑模块，其中，所述动态UI开发模块，用于基于所述参数归类表单，自动生成所述云软件的操作界面，所述操作界面包含有与所述基本参数对应的参数值配置部分，所述辅助支撑模块用于协助所述动态UI开发模块对所述CAE求解器的几何模型、所述几何模型切割后的网格数据以及计算结果进行显示、交互和处理，实现前端建模过程中的交互功能的补充。

7.一种CAE云软件的开发与集成方法，应用于如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：

S100，接收开发人员上传的CAE求解器代码并存储至后端集成框架中；

S200，接收参数归类表单，该参数归类表单用于存储所述开发人员按照预设规则定义的所述CAE求解器功能单元种类、所述各功能单元中的基本参数、所述基本参数的组成形式、所述基本参数的前端获取方式；

S300，为所述CAE求解器代码按需配置算法库与支撑库，实现所述CAE求解器代码与底层支撑环境的快速适配，完成所述云软件求解功能在所述后端集成框架中的安装；

S400，基于所述参数归类表单，自动生成所述云软件的操作界面，所述操作界面包含有与所述基本参数对应的参数值配置部分、与所述CAE求解器对应的几何模型部分；提供对所述几何模型、所述几何模型切割后的网格数据和计算结果的交互、显示和处理功能，解决前端建模的参数配置需求。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S500，接收创建的计算任务并将所述计算任务分配给不同的CAE求解器，实现相同支撑环境和操作流程下不同软件的计算结果对标。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S600，当使用人员漏填所述基本参数或者所述基本参数的参数值错误时，根据基本参数推荐表自动补齐所述基本参数，所述基本参数推荐表与所述CAE求解器对应。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基本参数推荐表的获取方式为：所述基本参数推荐表获取方式为：基于满足设定求解效果的CAE求解器基本参数设置值动态训练迭代所述基本参数推荐表的基本参数取值而获取。

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