CN117993268B - 云cae系统及云cae系统的数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及仿真技术领域，具体公开了一种云CAE系统及云CAE系统的数据处理方法，包括：应用处理服务单元、前处理服务单元、后处理服务单元、计算调度单元和求解计算单元，应用处理服务单元用于获取人机交互界面单元的解决方案选定信息，并根据解决方案选定信息的数据复杂度生成输入数据处理调度信息，以及能够根据计算结果的数据复杂度生成输出数据处理调度信息，第一输入数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输入数据处理调度信息对应的数据复杂度，第一输出数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输出数据处理调度信息对应的数据复杂度。本发明提供的云CAE系统能够降低对云平台的资源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及仿真技术领域，尤其涉及一种云CAE系统及云CAE系统的数据处理方法。
背景技术
CAE（Computer Aided Engineering）指工程设计中的计算机辅助工程，是一种专门用于工程设计和分析的软件。它集成了计算机科学、物理学、数学等多个领域的知识，能对复杂的工程系统进行建模、仿真和分析，帮助工程师在产品研发、优化设计和可靠性评估等方面提高效率。CAE软件通常由前处理、求解计算和后处理三个模块组成，其中，前处理模块主要用于CAE几何模型和物理模型的建立、网格划分以及物理属性和边界条件添加等；求解计算模块通过求解器进行数值求解，常见的求解类型包括流体分析、结构分析、电磁场分析、声场分析以及多物理场的耦合分析等；后处理模块主要用于求解计算结果的判读和评定，如将计算结果以云图、矢量图、切面等图形方式展示出来，或以文本、图表等形式输出。
随着CAE应用对象的升级与扩展，特别是针对大型、复杂装备的工程分析工作量的逐年加大，CAE软件的性能要求逐步提升。传统CAE增加性能能力的方式是通过扩大单机硬件性能实现的，这使得CAE企业需要大量购置单机高性能机器安装部署CAE软件，极大地增加了企业成本，又会加大单机高性能机器群的管理成本，得益于云计算技术的不断发展、应用场景的扩大，借助云计算方式使CAE软件云成了必然的发展趋势。CAE云既能重复利用核心计算资源，又能多团队协同开发，共享工程、模型、数据等资源，此外可快速部署和更新CAE应用，有助于推动工程仿真技术的发展和创新。
传统的CAE云是将本地单机部署的CAE软件直接迁移至云计算平台上，将CAE软件中前处理、求解计算、后处理等所有环节全部运行在云计算平台上，所有的数据均通过网络进行传输，所有的展示均通过远程服务形式进行网页展示。这种形式提高了CAE的性能，并提供了多人协同CAE操作的方式，但也带来了极大的问题：
（1）CAE全部功能在云平台，资源消耗大，对硬件资源要求特别高，增加了硬件成本。且对云计算资源没有充分的计划、管理、优化，导致硬件资源浪费 ；
（2）在CAE软件中占据计算资源最大的是计算求解模块以及前后处理模块等非必要的工作都迁移至云上，导致系统架构复杂不灵活 ，后期维护拓展的难度大、成本高；
（3）所有CAE数据及文件都需要在单机与云服务器、云服务器之间传输，极大增加了云平台上数据传输成本，对网络带宽有较大依赖，带宽不足或网络连接不稳定时会大大降低平台性能，影响用户体验 。
（4）云平台采用的大模型WEB展示技术相较本地客户端展示技术起步较晚，对大模型细节展示的效果存在效果不佳、体验不好的情况。
（5）传统客户端单机使用CAE软件模式用户习惯根深蒂固，在没有提供足够的培训且充分学习使用下，很难说服用户改变使用习惯，这可能导致云平台使用效率的低下。
因此，如何能够降低云平台的资源消耗成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种云CAE系统及云CAE系统的数据处理方法，解决相关技术中存在的CAE操作存在的云平台资源消耗大的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种云CAE系统，其中，包括服务器端和用户本地端，所述服务器端和用户本地端通信连接；
所述服务器端包括：应用处理服务单元、前处理服务单元、后处理服务单元、计算调度单元和求解计算单元，所述前处理服务单元、后处理服务单元、求解计算单元和计算调度单元均与所述应用处理服务单元通信连接，所述求解计算单元与所述计算调度单元通信连接；
所述用户本地端包括人机交互界面单元、前处理客户端插件和后处理客户端插件，所述前处理客户端插件和所述后处理客户端插件均与所述人机交互界面单元通信连接；所述前处理服务单元、后处理服务单元、应用处理服务单元、前处理客户端插件和后处理客户端插件均与所述人机交互界面单元通信连接；
所述应用处理服务单元、前处理服务单元和后处理服务单元均与所述人机交互界面单元通信连接；
所述应用处理服务单元用于获取所述人机交互界面单元的解决方案选定信息，并根据所述解决方案选定信息的数据复杂度生成第一输入数据处理调度信息或第二输入数据处理调度信息，以及能够根据计算结果的数据复杂度生成第一输出数据处理调度信息或第二输出数据处理调度信息，所述第一输入数据处理调度信息用于调度所述前处理服务单元，所述第二输入数据处理调度信息用于调度所述前处理客户端插件，所述第一输出数据处理调度信息用于调度所述后处理服务单元，所述第二输出数据处理调度信息用于调度所述后处理客户端插件，其中所述第一输入数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输入数据处理调度信息对应的数据复杂度，所述第一输出数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输出数据处理调度信息对应的数据复杂度；
所述前处理服务单元用于根据所述第一输入数据处理调度信息生成第一输入数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述计算调度单元用于根据求解计算单元的状态信息和当前解决方案选定信息确定计算调度信息；
所述求解计算单元根据所述计算调度信息进行求解计算，并获得计算结果，所述计算调度信息至少包括解决方案选定信息的求解任务；
所述后处理服务单元用于根据所述第一输出数据处理调度信息生成第一输出数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述前处理客户端插件用于根据所述第二输入数据处理调度信息生成第二输入数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述后处理客户端插件用于根据所述第二输出数据处理调度信息生成第二输出数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述人机交互界面单元用于接收并显示所述第一输入数据交互信息、第一输出数据交互信息、第二输入数据交互信息以及第二输出数据交互信息，并用于向应用处理服务单元发送解决方案选定信息。
进一步地，所述应用处理服务单元包括：接收模块，输入数据处理调度模块和输出数据处理调度模块，所述输入数据处理调度模块和所述输出数据处理调度模块均与所述接收模块连接，
所述接收模块用于获取所述人机交互界面单元的解决方案选定信息，以及用于接收所述求解计算单元的计算结果；
所述输入数据处理调度模块用于根据所述解决方案选定信息确定输入数据元素的复杂度，并当所述输入数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输入数据处理调度信息，当所述输入数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输入数据处理调度信息；
所述输出数据处理调度模块用于根据所述计算结果确定输出结果数据元素的复杂度，并当所述输出结果数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输出数据处理调度信息，当所述输出结果数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输出数据处理调度信息。
进一步地，所述输入数据处理调度模块用于根据所述解决方案选定信息确定输入数据元素的复杂度包括至少根据解决方案选定信息的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序以及数据排序复杂度确定输入数据元素的复杂度，
所述输出数据处理调度模块用于根据所述计算结果确定输出结果数据元素的复杂度包括至少根据输出结果数据元素的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序以及数据排序复杂度确定输出结果数据元素的复杂度。
进一步地，所述输入数据元素的复杂度和输出结果数据元素的复杂度按照数据复杂度由低到高均包括低复杂度、中复杂度和高复杂度；
所述数据预设复杂度阈值包括中复杂度。
进一步地，所述计算调度单元包括：
监控模块，用于实时监控每个求解计算单元的工作状态，所述工作状态至少包括空闲、单个求解计算任务进行中以及多个求解计算任务排队；
资源分配模块，用于根据当前解决方案选定信息的优先级以及当前求解计算单元的工作状态确定当前解决方案选定信息的目标求解计算单元，并将当前解决方案选定信息的求解计算任务发送至目标求解计算单元。
进一步地，所述计算调度单元还包括：
预测分析模块，用于当所述求解计算单元的工作状态为多个求解计算任务排队时根据求解计算单元的计算速度预测该求解计算单元处于空闲状态的时间。
进一步地，所述求解计算单元包括：
数据读取模块，用于根据解决方案选定信息的求解任务读取第一输入数据交互信息；
计算模块，用于根据第一输入数据交互信息判断数据是否合规，并在确定数据合规后进行求解计算，获得计算结果；
记录模块，用于记录求解计算过程并形成计算日志信息。
进一步地，所述前处理客户端插件至少包括CAE几何模型构建模块、物理模型构建模块、网格划分模块以及物理属性和边界条件添加模块；
所述后处理客户端插件至少包括计算结果判读模块以及计算结果评定模块。
作为本发明的另一个方面，提供一种云CAE系统的数据处理方法，应用于前文所述的云CAE系统，其中，所述数据处理方法包括：
获取人机交互界面单元的解决方案选定信息，并根据所述解决方案选定信息确定输入数据元素的复杂度；
当所述输入数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输入数据处理调度信息；
当所述输入数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输入数据处理调度信息；
获取求解计算单元的计算结果，并根据所述计算结果确定输出结果数据元素的数据复杂度；
当所述输出结果数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输出数据处理调度信息；
当所述输出结果数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输出数据处理调度信息；
其中，所述第一输入数据处理调度信息用于调度前处理服务单元，所述前处理服务单元用于根据所述第一输入数据处理调度信息生成第一输入数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；所述第二输入数据处理调度信息用于调度前处理客户端插件，所述前处理客户端插件用于根据所述第二输入数据处理调度信息生成第二输入数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；所述第一输出数据处理调度信息用于调度后处理服务单元，所述后处理服务单元用于根据所述第一输出数据处理调度信息生成第一输出数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；所述第二输出数据处理调度信息用于调度后处理客户端插件，所述后处理客户端插件用于根据所述第二输出数据处理调度信息生成第二输出数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示。
进一步地，所述输入数据元素的复杂度和输出结果数据元素的复杂度按照数据复杂度由低到高均包括低复杂度、中复杂度和高复杂度；
所述数据预设复杂度阈值包括中复杂度。
本发明的云CAE系统，通过对解决方案选定信息的数据复杂度的判断后分别生成不同的数据处理调度信息，针对复杂度小的数据内容则调用前处理服务单元，而针对复杂度高的数据内容则调用前处理客户端插件，同理针对输出的计算结果也是同样的调度方式，进而完成对数据的求解计算。这种云CAE系统通过区分数据复杂度处理不同数据内容，仅针对数据复杂度低的数据内容进行处理，而数据复杂度高的数据内容则用户本地端的前处理客户端或者后处理客户端处理，从而能够减少用户本地端与服务器端关于数据复杂度高的数据内容的传输，且降低了对服务器端的资源占用，也降低了对传输带宽或网络的要求，提升了用户体验；另外，由于服务器端目前主要进行计算求解，而针对复杂度高的前后处理均可以在用户本地端实现，因此对于系统升级可以只针对当前的求解计算单元进行升级，而无需对所有单元进行升级，从而降低维护成本以及维护难度。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的云CAE系统的结构框图。
图2为本发明提供的服务器端的结构框图。
图3为本发明提供的应用处理服务单元的结构框图。
图4为本发明提供的计算调度单元的结构框图。
图5为本发明提供的求解计算单元的结构框图。
图6为本发明提供的用户本地端的结构框图。
图7为本发明提供的云CAE系统的工作流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种云CAE系统，图1是根据本发明实施例提供的云CAE系统10的结构框图，如图1所示，包括：服务器端100和用户本地端200，所述服务器端100和用户本地端200通信连接。
在本发明实施例中，将服务端器和用户本地端分别进行不同功能部署，即在用户本地端设置人机交互界面单元、前处理客户端插件和后处理客户端插件，在服务器端设置应用处理服务单元、前处理服务单元、后处理服务单元、计算调度单元和求解计算单元，通过服务器端的应用服务处理单元与用户本地端的前处理客户端插件、后处理客户端插件以及人机交互界面单元之间的交互实现服务器端与用户本地端之间的信息交互。
下面对本发明的服务器端以及用户本地端的具体结构组成以及工作原理进行详细说明。作为本发明的一实施例，提供一种服务器端100，如图2所示，包括：应用处理服务单元110、前处理服务单元120、后处理服务单元130、计算调度单元140和求解计算单元150，所述前处理服务单元120、后处理服务单元130、计算调度单元140和求解计算单元150均与所述应用处理服务单元110通信连接，所述求解计算单元150与所述计算调度单元140通信连接；
如图1和6所示，所述用户本地端200包括人机交互界面单元210、前处理客户端插件220和后处理客户端插件230，所述前处理客户端插件220和所述后处理客户端插件230均与所述人机交互界面单元210通信连接；所述前处理服务单元120、后处理服务单元130、应用处理服务单元110、前处理客户端插件220和后处理客户端插件230均与所述人机交互界面单元210通信连接；
所述应用处理服务单元110、前处理服务单元120和后处理服务单元130均与所述人机交互界面单元210通信连接；
所述应用处理服务单元110用于获取所述人机交互界面单元210的解决方案选定信息，并根据所述解决方案选定信息的数据复杂度生成第一输入数据处理调度信息或第二输入数据处理调度信息，以及能够根据计算结果的数据复杂度生成第一输出数据处理调度信息或第二输出数据处理调度信息，所述第一输入数据处理调度信息用于调度所述前处理服务单元，所述第二输入数据处理调度信息用于调度所述前处理客户端插件，所述第一输出数据处理调度信息用于调度所述后处理服务单元，所述第二输出数据处理调度信息用于调度所述后处理客户端插件，其中所述第一输入数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输入数据处理调度信息对应的数据复杂度，所述第一输出数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输出数据处理调度信息对应的数据复杂度；
所述前处理服务单元120用于根据所述第一输入数据处理调度信息生成第一输入数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述计算调度单元140用于根据求解计算单元的状态信息和当前解决方案选定信息确定计算调度信息；
所述求解计算单元150根据所述计算调度信息进行求解计算，并获得计算结果，所述计算调度信息至少包括解决方案选定信息的求解任务；
所述后处理服务单元130用于根据所述第一输出数据处理调度信息生成第一输出数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述前处理客户端插件220用于根据所述第二输入数据处理调度信息生成第二输入数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述后处理客户端插件230用于根据所述第二输出数据处理调度信息生成第二输出数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述人机交互界面单元210用于接收并显示所述第一输入数据交互信息、第一输出数据交互信息、第二输入数据交互信息以及第二输出数据交互信息，并用于向应用处理服务单元发送解决方案选定信息。
在本发明实施例中，应用服务处理单元能够根据解决方案选定信息确定数据复杂度，并根据解决方案选定信息的数据复杂度生成不同的处理调度信息，而不同的处理调度信息则调用不同的处理方式进行处理，即第一输入数据处理调度信息用于调度所述前处理服务单元，第二输入数据处理调度信息用于调度所述用户本地端的前处理客户端插件，所述第一输出数据处理调度信息用于调度所述后处理服务单元，所述第二输出数据处理调度信息用于调度所述用户本地端的后处理客户端插件，其中所述第一输入数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输入数据处理调度信息对应的数据复杂度，所述第一输出数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输出数据处理调度信息对应的数据复杂度。
因此，本发明实施例中提供的云CAE系统，通过对解决方案选定信息的数据复杂度的判断后分别生成不同的数据处理调度信息，针对复杂度小的数据内容则调用前处理服务单元，而针对复杂度高的数据内容则调用前处理客户端插件，同理针对输出的计算结果也是同样的调度方式，进而完成对数据的求解计算。这种云CAE系统通过区分数据复杂度处理不同数据内容，仅针对数据复杂度低的数据内容进行处理，而数据复杂度高的数据内容则用户本地端的前处理客户端或者后处理客户端处理，从而能够减少用户本地端与服务器端关于数据复杂度高的数据内容的传输，且降低了对服务器端的资源占用，也降低了对传输带宽或网络的要求，提升了用户体验；另外，由于服务器端目前主要进行计算求解，而针对复杂度高的前后处理均可以在用户本地端实现，因此对于系统升级可以只针对当前的求解计算单元进行升级，而无需对所有单元进行升级，从而降低维护成本以及维护难度。
在本发明实施例中，如图3所示，所述应用处理服务单元110包括：接收模块111，输入数据处理调度模块112和输出数据处理调度模块113，所述输入数据处理调度模块112和所述输出数据处理调度模块113均与所述接收模块111连接，
所述接收模块111用于获取所述人机交互界面单元210的解决方案选定信息，以及用于接收所述求解计算单元的计算结果；
所述输入数据处理调度模块112用于根据所述解决方案选定信息确定输入数据元素的复杂度，并当所述输入数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输入数据处理调度信息，当所述输入数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输入数据处理调度信息；
所述输出数据处理调度模块113用于根据所述计算结果确定输出结果数据元素的复杂度，并当所述输出结果数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输出数据处理调度信息，当所述输出结果数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输出数据处理调度信息。
需要说明的是，应用处理服务单元110中存放了大量CAE解决方案，如静力学CAE解决方案、动力学CAE解决方案、流体力学CAE解决方案、噪声CAE解决方案等，用户需要使用这些解决方案解决装备仿真问题。应用处理服务单元110中的接收模块111可以接收用户选定的某CAE解决方案，并根据所选定的CAE解决方案确定需要的输入数据元素。输入数据处理调度模块112根据输入数据元素复杂度，选择调用前处理服务单元或用户本地端的前处理客户端插件以生成输入数据交互界面，生成的输入数据交互界面反馈给人机交互界面单元进行展示。
用户本地端根据人机交互界面单元进行交互式输入数据的处理，完成后设置CAE解决方案优先级，应用处理服务单元110能够根据CAE解决方案优先级调用计算调度单元140进行计算。输出数据处理调度模块113能够根据求解计算单元150返回的结果数据，确定结果数据元素复杂度，选择调用自身服务器端的后处理服务单元或用户本地端的后处理客户端插件生成结果数据交互界面，生成的结果数据交互界面反馈给人机交互界面单元进行展示。
在本发明实施例中，所述输入数据处理调度模块用于根据所述解决方案选定信息确定输入数据元素的复杂度包括至少根据解决方案选定信息的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序以及数据排序复杂度确定输入数据元素的复杂度，
所述输出数据处理调度模块用于根据所述计算结果确定输出结果数据元素的复杂度包括至少根据输出结果数据元素的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序以及数据排序复杂度确定输出结果数据元素的复杂度。
具体地，所述输入数据元素的复杂度和输出结果数据元素的复杂度按照数据复杂度由低到高均包括低复杂度、中复杂度和高复杂度；
所述数据预设复杂度阈值包括中复杂度。
需要说明的是，在本发明实施例中，解决方案复杂度会人为提前设置进去，设置的依据是至少根据解决方案选定信息的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序以及数据排序复杂度确定输入数据元素的复杂度，具体在进行输入数据元素的复杂度判断时可以通过以下方式进行判断：
（1）如果是结构CAE解决方案，如果采用的是有限元法（FEM）则为高复杂度，如果采用的是离散元法（DEM）则为中复杂度，如果采用的是边界元法（BEM）作为低复杂度。
（2）如果是流体CAE解决方案，如果采用的是粘流算法则为高复杂度，如果采用的是势流算法则为低复杂度。
（3）如果CAE解决方案采用的是经验公式、回归公式算法，认为是低复杂度。
（4）如果CAE解决方案涉及多个物理场（结构力学、流体力学、热传导等）的耦合分析作为高复杂度。
（5）其他情况靠经验判断模型情况，考虑如下因素：
a. 几何模型复杂度，通常使用曲率、角度变化、尺寸变化等指标来评估几何复杂度，几何复杂度的增加通常会导致仿真任务复杂度的增加；
b. 材料模型复杂度，材料的非线性、各向异性会影响仿真任务的复杂程度；
c. 载荷和约束条件，载荷的复杂度、多个载荷的组合、约束条件以及接触类型的多样性等会增加仿真任务的复杂度；
d. 网格的精细度和质量等也是评估仿真任务复杂度的重要因素，网格精细度越高、网格质量越差等会增加仿真任务的复杂度。
而针对输出结果数据元素的复杂度判断时是依据输入结果元素的复杂度进行自动判断的，具体判断逻辑为：
（1）如果包含网格量较大物理场的迭代信息，认为是高复杂度；
（2）如果网格模型中包含高阶单元，认为是高复杂度；
（3）如果物理场的数据需要进一步计算加工处理获取新的数据，如等值面、流线、涡量，认为是高复杂度；
（4）如果物理场的数据可以进一步计算加工处理获取矢量、张量且这些数据的处理展示是必须得，认为是高复杂度；
（5）如果是经验公式、回归公式算法的输出结果，认为是低复杂度；
（6）结果文件中大于250M的则为低复杂度，结果文件中低于150M的则为低复杂度，150M-250M为中复杂度。
在本发明实施例中，前处理服务单元是以服务形式部署在服务器端上的WEB服务，它具备基于网页的CAE前处理能力，包括CAE几何模型和物理模型的建立、网格划分以及物理属性和边界条件添加等，可根据传入的输入条件生成针对某CAE解决方案的前处理人机交互界面。前处理服务单元生成输入数据交互界面反馈给人机交互界面单元进行展示。
应用处理服务单元根据选定的某CAE解决方案得到此CAE解决方案需要的输入数据元素，然后根据这些数据元素的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序、数据排序复杂度等方面因素，并根据此时刻计算单元空闲程度和整个系统网络带宽通常程度进行判断。确定输入数据复杂度为低复杂度、中等复杂度、高复杂度中的一种。当此CAE解决方案输入数据复杂度为低复杂度或中等复杂度，则调用前处理服务单元生成输入数据交互界面 。
应当理解的是，由于复杂度越高意味着模型越大交互所占用资源越多，所以在低复杂度或者中等复杂度时，通过部署在服务器端的前处理服务单元实现，而高复杂度的数据则通过部署在用户本地端的前处理客户端插件实现，从而能够避免对服务器端资源的占用，也降低了对服务器端硬件资源的要求，进而降低了服务器端的硬件成本。
在本发明实施例中，为了能够及时的对用户本地端选定的解决方案选定信息进行计算获得计算结果，需要对求解计算单元进行调度。具体地，如图4所示，所述计算调度单元140包括：
监控模块141，用于实时监控每个求解计算单元的工作状态，所述工作状态至少包括空闲、单个求解计算任务进行中以及多个求解计算任务排队；
资源分配模块142，用于根据当前解决方案选定信息的优先级以及当前求解计算单元的工作状态确定当前解决方案选定信息的目标求解计算单元，并将当前解决方案选定信息的求解计算任务发送至目标求解计算单元。
应当理解的是，服务器端部署了大量求解计算单元，这些求解计算单元可能在一台服务器，也可能部署在多台服务器，同时也存在异地部署、异构服务器硬件资源部署的情况。计算调度单元140用于自动化、智能决策这些计算单元的资源分配及不同CAE解决方案任务集的分发与管理，达到快速获取求解计算单元求解的计算结果，并合理管理好计算任务的目标。
因此，本发明实施例中的计算调度单元140设置任务数据的管理和分发机制，确保每个求解计算单元都能够访问必要的数据，避免数据传输成为性能瓶颈。计算调度单元140持续监控和实时报告各求解计算单元的状态和任务执行情况以便及时调整策略；实行智能资源分配策略确保高优先级任务能够更快地获得所需的计算资源。
另外，为了能够优化资源利用和任务调度，所述计算调度单元140还包括：
预测分析模块，用于当所述求解计算单元的工作状态为多个求解计算任务排队时根据求解计算单元的计算速度预测该求解计算单元处于空闲状态的时间。
应当理解的是，通过分析求解计算单元何时处于空闲状态，帮助优化资源利用和任务调度。
需要说明的是，本发明实施例中的计算调度单元140引入容错机制，确保在求解计算单元发生故障时，整个系统能够继续工作、任务能够重新分配、对关键数据进行备份等。
在本发明实施例中，如图5所示，所述求解计算单元150包括：
数据读取模块151，用于根据解决方案选定信息的求解任务读取第一输入数据交互信息；
计算模块152，用于根据第一输入数据交互信息判断数据是否合规，并在确定数据合规后进行求解计算，获得计算结果；
记录模块153，用于记录求解计算过程并形成计算日志信息。
需要说明的时，求解计算单元负责开展具体某个CAE解决方案的求解计算任务。每种求解计算单元可解决一种CAE结算方案求解，如结构力学求解计算单元、流体力学求解计算单元、冲击动力学求解计算单元等。求解计算单元提供外部调用接口，通过计算调度单元调用求解计算单元，求解计算单元接到求解任务后启动求解器读取输入数据，通过判断数据合规开始任务求解，整个求解过程通常耗费大量时间，在求解过程中具有记录计算过程中的完整日志信息，包括任务的关键标识、类型、计算节点信息、进度、状态（正在运行、已完成、失败）等。完成计算后通知计算调度单元，并将计算结果数据返回至应用处理服务单元。
在本发明实施例中，后处理服务单元130是以服务形式部署在服务器上的WEB服务，它具备基于网页的CAE后处理能力，包括求解计算结果的判读和评定，如将计算结果以云图、矢量图、切面等图形方式展示出来，或以文本、图表等形式输出等，可根据传入的计算结果数据生成针对性某CAE解决方案的后处理人机交互界面。后处理服务单元130生成结果数据交互界面反馈给人机交互界面单元进行展示。
具体地，应用处理服务单元110根据求解计算单元150输出的结果数据元素的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序、数据排序复杂度等方面因素，整个系统网络带宽通常程度进行判断。确定结果数据复杂度为低复杂度、中等复杂度、高复杂度中的一种。当此CAE解决方案结果数据复杂度为低复杂度或中等复杂度，则调用后处理服务单元生成结果数据交互界面。
综上，本发明提供的云CAE系统，通过对用户选定的解决方案选定信息的数据复杂度进行分析后，针对不同复杂度调用不同的处理方式实现处理，从而能够降低云平台的资源消耗，且同时降低了对网络带宽的要求，提升了用户体验。另外，该方式无需改变用户的使用习惯，不会对用户的使用增加负担。
具体地，所述前处理客户端插件至少包括CAE几何模型构建模块、物理模型构建模块、网格划分模块以及物理属性和边界条件添加模块；
所述后处理客户端插件至少包括计算结果判读模块以及计算结果评定模块。
在本发明实施例中，用户本地端通过人机交互界面单元访问服务器端的应用处理服务单元，选择需要使用的某CAE解决方案。CAE解决方案的输入数据交互界面和结果数据交互界面会反馈给人机交互界面单元进行展示，用户通过人机交互界面单元进行输入数据的填写以及结果数据的查看。
前处理客户端插件是以插件形式部署在用户本地端上的软件，它具备CAE前处理能力，包括CAE几何模型和物理模型的建立、网格划分以及物理属性和边界条件添加等，可根据传入的输入条件生成针对性某CAE解决方案的前处理人机交互界面。前处理客户端插件生成输入数据交互界面反馈给人机交互界面单元进行展示。
服务器端的应用处理服务单元根据选定的某CAE解决方案得到此CAE解决方案需要的输入数据元素，确定输入数据复杂度为低复杂度、中等复杂度、高复杂度中的一种。当此CAE解决方案输入数据复杂度为高复杂度，则调用用户本地端的前处理客户端插件生成输入数据交互界面。
后处理客户端插件是以插件形式部署在用户本地端上的软件，它具备CAE后处理能力，包括求解计算结果的判读和评定，如将计算结果以云图、矢量图、切面等图形方式展示出来，或以文本、图表等形式输出等，可根据传入的计算结果数据生成针对性某CAE解决方案的后处理人机交互界面。前处理客户端插件生成输入数据交互界面反馈给人机交互界面单元进行展示。后处理客户端插件生成结果数据交互界面反馈给人机交互界面单元进行展示。
服务器端的应用处理服务单元判断求解计算单元输出的结果数据元素的复杂度为低复杂度、中等复杂度、高复杂度中的一种。当此CAE解决方案结果数据复杂度为高复杂度，则调用用户本地端的后处理客户端插件生成结果数据交互界面。
综上，本发明的这种云CAE系统，实现了服务器端和用户本地端混合式云CAE平台架构，同时支持本地设备CAE操作和云CAE平台操作，将必要且评估合适的CAE工作迁移到云端（即服务器端），避免了因为过度依赖云端能力而带来的不必要的复杂度和成本；可以基于当前的网络延迟、具体的数据量级、多变的需求进行动态调整，达到效率与用户体验的完美融合。另外，通过用户本地端的客户端插件对高复杂度输入及结果数据的单独处理，降低了对资源的要求以及云平台上的数据传输成本；有效解决了当下WEB展示计算、网络传输技术的瓶颈，增加了云CAE普适度与普及度；将完整的CAE功能拆分为前处理、计算求解、后处理模块分开部署，有利于各模块的更新替换与迭代升级，对CAE聚焦核心点的提升提供了便利。
作为本发明的另一实施例，提供一种云CAE系统的数据处理方法，应用于前文所述的云CAE系统，其中，所述数据处理方法包括：
获取人机交互界面单元的解决方案选定信息，并根据所述解决方案选定信息确定输入数据元素的复杂度；
当所述输入数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输入数据处理调度信息；
当所述输入数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输入数据处理调度信息；
获取求解计算单元的计算结果，并根据所述计算结果确定输出结果数据元素的数据复杂度；
当所述输出结果数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输出数据处理调度信息；
当所述输出结果数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输出数据处理调度信息；
其中，所述第一输入数据处理调度信息用于调度前处理服务单元，所述前处理服务单元用于根据所述第一输入数据处理调度信息生成第一输入数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；所述第二输入数据处理调度信息用于调度前处理客户端插件，所述前处理客户端插件用于根据所述第二输入数据处理调度信息生成第二输入数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；所述第一输出数据处理调度信息用于调度后处理服务单元，所述后处理服务单元用于根据所述第一输出数据处理调度信息生成第一输出数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；所述第二输出数据处理调度信息用于调度后处理客户端插件，所述后处理客户端插件用于根据所述第二输出数据处理调度信息生成第二输出数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示。
在本发明实施例中，所述输入数据元素的复杂度和输出结果数据元素的复杂度按照数据复杂度由低到高均包括低复杂度、中复杂度和高复杂度；
所述数据预设复杂度阈值包括中复杂度。
下面结合图7对本发明提供的云CAE系统的数据处理方法的工作过程进行详细描述。
（1）服务器端的应用处理服务单元中存放了大量CAE解决方案，如静力学CAE解决方案、动力学CAE解决方案、流体力学CAE解决方案、噪声CAE解决方案等。用户本地端需要使用这些解决方案解决装备仿真问题。用户本地端在个人终端电脑浏览器中通过人机交互界面单元访问CAE应用处理服务单元，选择需要使用的某CAE解决方案。
（2）服务器端的应用处理服务单元根据选定的某CAE解决方案得到此CAE解决方案需要的输入数据元素，然后根据这些数据元素的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序、数据排序复杂度等方面因素，并根据此时刻计算单元空闲程度和整个系统网络带宽通常程度进行判断。确定输入数据复杂度为低复杂度、中等复杂度、高复杂度中的一种。
（3）当此CAE解决方案输入数据复杂度为低复杂度或中等复杂度，则调用服务器端的前处理服务单元生成输入数据交互界面；输入数据复杂度为高复杂度，则调用用户本地端的前处理客户端插件生成输入数据交互界面；生成的输入数据交互界面反馈给人机交互界面单元。
（4）在人机交互界面单元完成输入数据填写，获取输入数据交互界面数据，服务器端的应用处理服务单元选定的某CAE解决方案进行计算。
（5）设置服务器端的应用处理服务单元选定的某CAE解决方案的任务优先级，确保高优先级的紧急任务能及时得到处理，调用计算调度单元进行计算。
（6）计算调度单元自动化、智能决策资源分配，持续监控和实时报告各求解计算单元的状态和任务执行情况以便及时调整策略；实行智能资源分配策略确保高优先级任务能够更快地获得所需的计算资源；使用预测算法分析求解计算单元何时处于空闲状态，帮助优化资源利用和任务调度。基于上述方法，获取空闲求解计算单元进行计算。
（7）求解计算单元进行计算，记录求解计算过程中的日志信息等。求解计算单元计算完成，输出结果数据至应用处理服务单元。
（8）服务器端的应用处理服务单元获取求解计算单元输出的结果数据元素，然后根据这些数据元素的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序、数据排序复杂度等方面因素，并根据整个系统网络带宽通常程度进行判断。确定结果数据复杂度为低复杂度、中等复杂度、高复杂度中的一种。
（9）当此CAE解决方案结果数据复杂度为低复杂度或中等复杂度，则调用后处理服务单元生成结果数据交互界面；结果数据复杂度为高复杂度，则调用用户本地端的后处理客户端插件生成结果数据交互界面；生成的结果数据交互界面反馈给人机交互界面单元。
综上，本发明提供的云CAE系统与现有技术相比，具有以下优势：
（1）实现了服务器端和用户本地端混合式云CAE平台架构，同时支持本地设备CAE操作和云CAE平台操作，将必要且评估合适的CAE工作迁移到云上，避免了因为过度依赖云端能力而带来的不必要的复杂度和成本；可以基于当前的网络延迟、具体的数据量级、多变的需求进行动态调整，达到效率与用户体验的完美融合；
（2）通过用户本地端的客户端插件对高复杂度输入及结果数据的单独处理，降低了对资源的要求以及云平台上的数据传输成本；有效解决了当下WEB展示计算、网络传输技术的瓶颈，增加了云CAE普适度与普及度；
（3）将完整的CAE功能拆分为前处理、计算求解、后处理模块分开部署，有利于各模块的更新替换与迭代升级，对CAE聚焦核心点的提升提供了便利。
（4）兼容了传统单机CAE操作模式，增加了用户自由定义灵活性，对传统单机模式用户友好，降低学习成本，大大提高使用效率；
（5）对云化技术在装备仿真领域，特别是CAE领域的应用贡献了解决方案。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种云CAE系统，其特征在于，包括服务器端和用户本地端，所述服务器端和用户本地端通信连接；
所述服务器端包括：应用处理服务单元、前处理服务单元、后处理服务单元、计算调度单元和求解计算单元，所述前处理服务单元、后处理服务单元、求解计算单元和计算调度单元均与所述应用处理服务单元通信连接，所述求解计算单元与所述计算调度单元通信连接；
所述用户本地端包括人机交互界面单元、前处理客户端插件和后处理客户端插件，所述前处理客户端插件和所述后处理客户端插件均与所述人机交互界面单元通信连接；所述前处理服务单元、后处理服务单元、应用处理服务单元、前处理客户端插件和后处理客户端插件均与所述人机交互界面单元通信连接；
所述应用处理服务单元、前处理服务单元和后处理服务单元均与所述人机交互界面单元通信连接；
所述应用处理服务单元用于获取所述人机交互界面单元的解决方案选定信息，并根据所述解决方案选定信息的数据复杂度生成第一输入数据处理调度信息或第二输入数据处理调度信息，以及能够根据计算结果的数据复杂度生成第一输出数据处理调度信息或第二输出数据处理调度信息，所述第一输入数据处理调度信息用于调度所述前处理服务单元，所述第二输入数据处理调度信息用于调度所述前处理客户端插件，所述第一输出数据处理调度信息用于调度所述后处理服务单元，所述第二输出数据处理调度信息用于调度所述后处理客户端插件，其中所述第一输入数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输入数据处理调度信息对应的数据复杂度，所述第一输出数据处理调度信息对应的数据复杂度小于第二输出数据处理调度信息对应的数据复杂度；
所述前处理服务单元用于根据所述第一输入数据处理调度信息生成第一输入数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述计算调度单元用于根据求解计算单元的状态信息和当前解决方案选定信息确定计算调度信息；
所述求解计算单元根据所述计算调度信息进行求解计算，并获得计算结果，所述计算调度信息至少包括解决方案选定信息的求解任务；
所述后处理服务单元用于根据所述第一输出数据处理调度信息生成第一输出数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述前处理客户端插件用于根据所述第二输入数据处理调度信息生成第二输入数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述后处理客户端插件用于根据所述第二输出数据处理调度信息生成第二输出数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；
所述人机交互界面单元用于接收并显示所述第一输入数据交互信息、第一输出数据交互信息、第二输入数据交互信息以及第二输出数据交互信息，并用于向应用处理服务单元发送解决方案选定信息。
2.根据权利要求1所述的云CAE系统，其特征在于，所述应用处理服务单元包括：接收模块，输入数据处理调度模块和输出数据处理调度模块，所述输入数据处理调度模块和所述输出数据处理调度模块均与所述接收模块连接，
所述接收模块用于获取所述人机交互界面单元的解决方案选定信息，以及用于接收所述求解计算单元的计算结果；
所述输入数据处理调度模块用于根据所述解决方案选定信息确定输入数据元素的复杂度，并当所述输入数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输入数据处理调度信息，当所述输入数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输入数据处理调度信息；
所述输出数据处理调度模块用于根据所述计算结果确定输出结果数据元素的复杂度，并当所述输出结果数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输出数据处理调度信息，当所述输出结果数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输出数据处理调度信息。
3.根据权利要求2所述的云CAE系统，其特征在于，所述输入数据处理调度模块用于根据所述解决方案选定信息确定输入数据元素的复杂度包括至少根据解决方案选定信息的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序以及数据排序复杂度确定输入数据元素的复杂度，
所述输出数据处理调度模块用于根据所述计算结果确定输出结果数据元素的复杂度包括至少根据输出结果数据元素的数据量级、结构复杂度、数据分析算法复杂度、数据维度及形状、是否有序以及数据排序复杂度确定输出结果数据元素的复杂度。
4.根据权利要求3所述的云CAE系统，其特征在于，所述输入数据元素的复杂度和输出结果数据元素的复杂度按照数据复杂度由低到高均包括低复杂度、中复杂度和高复杂度；
所述数据预设复杂度阈值包括中复杂度。
5.根据权利要求1所述的云CAE系统，其特征在于，所述计算调度单元包括：
监控模块，用于实时监控每个求解计算单元的工作状态，所述工作状态至少包括空闲、单个求解计算任务进行中以及多个求解计算任务排队；
资源分配模块，用于根据当前解决方案选定信息的优先级以及当前求解计算单元的工作状态确定当前解决方案选定信息的目标求解计算单元，并将当前解决方案选定信息的求解计算任务发送至目标求解计算单元。
6.根据权利要求5所述的云CAE系统，其特征在于，所述计算调度单元还包括：
预测分析模块，用于当所述求解计算单元的工作状态为多个求解计算任务排队时根据求解计算单元的计算速度预测该求解计算单元处于空闲状态的时间。
7.根据权利要求1所述的云CAE系统，其特征在于，所述求解计算单元包括：
数据读取模块，用于根据解决方案选定信息的求解任务读取第一输入数据交互信息；
计算模块，用于根据第一输入数据交互信息判断数据是否合规，并在确定数据合规后进行求解计算，获得计算结果；
记录模块，用于记录求解计算过程并形成计算日志信息。
8.根据权利要求1所述的云CAE系统，其特征在于，所述前处理客户端插件至少包括CAE几何模型构建模块、物理模型构建模块、网格划分模块以及物理属性和边界条件添加模块；
所述后处理客户端插件至少包括计算结果判读模块以及计算结果评定模块。
9.一种云CAE系统的数据处理方法，应用于权利要求1至8中任意一项所述的云CAE系统，其特征在于，所述数据处理方法包括：
获取人机交互界面单元的解决方案选定信息，并根据所述解决方案选定信息确定输入数据元素的复杂度；
当所述输入数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输入数据处理调度信息；
当所述输入数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输入数据处理调度信息；
获取求解计算单元的计算结果，并根据所述计算结果确定输出结果数据元素的数据复杂度；
当所述输出结果数据元素的复杂度小于或者等于数据预设复杂度阈值时生成第一输出数据处理调度信息；
当所述输出结果数据元素的复杂度大于数据预设复杂度阈值时生成第二输出数据处理调度信息；
其中，所述第一输入数据处理调度信息用于调度前处理服务单元，所述前处理服务单元用于根据所述第一输入数据处理调度信息生成第一输入数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；所述第二输入数据处理调度信息用于调度前处理客户端插件，所述前处理客户端插件用于根据所述第二输入数据处理调度信息生成第二输入数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；所述第一输出数据处理调度信息用于调度后处理服务单元，所述后处理服务单元用于根据所述第一输出数据处理调度信息生成第一输出数据交互信息，以发送至所述人机交互界面单元进行交互显示；所述第二输出数据处理调度信息用于调度后处理客户端插件，所述后处理客户端插件用于根据所述第二输出数据处理调度信息生成第二输出数据交互信息，并发送至所述人机交互界面单元进行交互显示。
10.根据权利要求9所述的数据处理方法，其特征在于，所述输入数据元素的复杂度和输出结果数据元素的复杂度按照数据复杂度由低到高均包括低复杂度、中复杂度和高复杂度；
所述数据预设复杂度阈值包括中复杂度。
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