CN1754174A - 轧辊分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轧辊分析系统，包括用户界面模块、结构分析引擎以及分析控制脚本。用户界面模块通过计算机网络接收来自远程用户的轧辊设计数据。分析控制脚本自动指导结构分析引擎基于轧辊设计数据限定并评估轧辊设计的适当分析模型。轧辊分析系统给出直观的基于Web的界面，该界面用于获取轧辊设计的数据，并且可以给出让用户选择的预定轧辊应用和轧辊类型。结果，远程用户不需要熟悉基础的分析模型化技术，这种技术本身可能是高度复杂的。因此，用户可以利用此系统评估并改进轧辊设计，以便实现产品性能的提高。

Description

轧辊分析系统

技术领域

本发明通常涉及制造和加工金属板和卷的轧辊。

背景技术

旋转辊常常称为“轧辊”，它在连续生产线中通常用于制造和加工金属板和带(例如，卷)。轧辊通常包括安装并固定在旋转轴上的覆盖层(例如，套筒或涂层)，如无纺布覆盖层。在使用轧辊的典型过程中，随着输送金属经过生产线，金属板或卷经过轧辊。在此过程中，金属使轧辊受到对其性能、使用寿命产生影响的或者同时影响二者的应力和挠曲。因此，轧辊的设计可以大大影响轧辊的性能和/或使用寿命。

轧辊的设计传统上包括大致近似、直觉、反复试验或者这些方法的结合。此外，普通方法是制造并评估与经过考虑的各种设计对应的“试验”轧辊。根据此项技术，生产线中使用的实际轧辊是基于试验轧辊的性能制造的，但这仅能在完全评估试验轧辊之后进行。因此，这可能是包含大量重复的费时、费力的过程。

发明内容

总体地，本发明涉及这样的技术，即，使用先进的计算结构力学软件评估轧辊中产生的应力和挠曲。更具体地，这里给出的轧辊分析系统提供一种基于网络的直观界面，其允许远程用户选择轧辊用途、轧辊覆盖层以及指定用于轧辊设计的具体尺寸、材料、工作条件以及其它参数。轧辊分析系统基于轧辊设计数据自动地定义和评估合适的轧辊设计的分析模型。如同这里所使用的，术语“分析模型”是指能用于预测轧辊结构和使用性能的任何模型(例如，数字分析模型)。在完成分析时，轧辊分析系统给出一个报告，报告总结了通过分析得到的分析结果，并可以突出显示可能超过规定极限的挠曲和/或应力。轧辊分析系统例如可以通过基于网络的界面以直接显示的电子形式提供报告，或者例如可以将报告通过电子邮件发送给用户。

在一个实施例中，系统包括用户界面模块、结构分析引擎和分析控制脚本。用户界面模块通过计算机网络接收来自远程用户的限定轧辊设计的输入数据。分析控制脚本自动指导结构分析引擎根据输入数据限定并评估轧辊设计的分析模型。

在另一个实施例中，系统包括在远程计算设备上执行的Web浏览器，以及通过网络与远程计算设备连接的轧辊分析系统。轧辊分析系统包括Web服务器和应用服务器。Web服务器为用户界面模块提供工作环境，用户界面模块给出Web界面，Web界面用于从远程客户计算设备接收限定轧辊设计的输入数据。应用服务器为分析控制脚本和结构分析引擎提供工作环境。分析控制脚本自动指导结构分析引擎基于输入数据限定并评估轧辊设计的分析模型。

在另一个实施例中，方法包括通过计算机网络从远程用户接收输入数据，其中输入数据限定了轧辊设计。方法还包括调用分析控制脚本，以自动指导结构分析引擎基于输入数据限定并评估轧辊设计的分析模型，并将包括来自结构分析引擎的分析结果的分析报告发送给用户。

在另一个实施例中，计算机可读介质包括这样的指令，该指令使可编程处理器给出Web界面，该Web界面包括让用户作出选择的一系列预定的轧辊应用和一系列预定的轧辊类型，并且自动指导结构分析引擎基于选择的轧辊应用和轧辊类型限定并评估分析模型。

该系统可以提供一种或多种优点。例如，作为直观的基于Web的界面，远程用户不需要熟悉内在的分析模型化技术，而该技术本身可能是高度复杂的。轧辊分析系统基于轧辊设计数据自动限定并评估轧辊设计的适当分析模型。用户例如可以在很多预定的轧辊应用和轧辊类型中容易地进行选择，并且可以提供与设计相关的其它具体参数。因此，用户可以利用轧辊分析系统评估和改进轧辊设计，而不需要内在的模型化技术的详细知识。结果，系统有助于保证得到稳固的轧辊设计，从而提高产品性能。

这些和其它实施例，包括其它系统、方法以及存储指令和数据的计算机可读介质，将在下面的说明书和权利要求中描述。本发明一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中给出。从说明、附图和权利要求中还将清楚地看出本发明的其它特征、目的和优点。

附图说明

图1是表示用于模型化和评估轧辊设计的示例性的基于网络的环境的框图；

图2是表示轧辊分析系统的一个示示例性实施例的框图；

图3-11是表示获取限定一个轧辊设计的输入数据的示示例性用户界面的屏幕图；

图12-16是表示轧辊分析系统得出的一个示示例性分析报告的屏幕图；

图17是表示轧辊分析系统示例性操作的流程图；

图18是表示分析控制脚本的示例性操作的流程图，用于结构分析引擎基于远程用户提供的输入数据进行自动控制操作。

具体实施方式

图1是表示用于模型化和评估轧辊设计的代表性的基于网络的环境2的框图。轧辊分析系统4，如同这里详细描述的，利用先进的计算结构力学软件对轧辊在各种工作条件下的应力和挠曲进行基于网络的评估。

如图所示，在连续生产线中，辊覆盖层供应者6A-60(“供应者6”)提供适合于加工金属制品16(例如，钢板、金属板和钢卷)的辊覆盖层12。辊覆盖层12的例子包括无纺布涂层、橡胶涂层、尿烷涂层、织物、碳化物涂层，等等。轧辊分配者8A-8N(“分配者8”)利用辊覆盖层12装配金属制造者10A-10M(“制造者10”)使用的轧辊14。

制造者10在生产金属制品16的过程中使用轧辊14。更具体地，在输送金属制品16经过生产线时，制造者10在生产过程中利用轧辊14控制工艺。

与供应者6、分配者8或制造者10有关的授权用户可以与轧辊分析系统4交互作用，以对轧辊设计进行模型化和评估。例如，技术支持工程师可以利用轧辊分析系统4，根据所设计的具体轧辊14的特征和工作条件来选择和评估轧辊覆盖层12。因此，用户可以实现更稳固的轧辊设计，从而获得性能增强的轧辊14。

每个用户通常使用具有合适通信软件(例如，Web浏览器)的远程计算设备通过网络9访问轧辊分析系统4。用户可以使用能联网的计算设备访问轧辊分析系统4，能联网的计算设备例如是工作站、个人电脑、膝上型电脑或个人数字助理(PDA)，PDA的一个例子例如是加利福尼亚州Santa Clara的Palm Inc.销售的一种管理器，其商品名称是“PALM”。为了与轧辊分析系统4进行通信，通信设备执行通信软件，例如，华盛顿Redmond的Microsoft Corporation销售的软件，其商品名称是“INTERNET EXPLORER”。

图2是更详细地表示轧辊分析系统4的一个示例性实施例的框图。一般地，轧辊分析系统4包括一台或多台计算设备，例如，提供各种软件模块的运行环境的计算服务器。这些服务器一般可以分类成一种或多种Web服务器20以及一种或多种应用服务器21。虽然为了示范的目的在图2中分别表示出这些服务器，但轧辊分析系统4可以由一台单独的计算设备或多台协同工作的计算设备实现。

Web服务器20为授权用户18提供通过网络9与轧辊分析系统4进行通信的界面。在一种结构中，Web服务器20执行Web服务器软件，例如Microsoft Corporation销售的软件，其商品名称为“INTERNET INFORMATION SERVER”。照这样，Web服务器20提供通过用户界面模块22与至少一个远程用户18交互作用的环境。如同下面详细的描述，用户界面模块22提供基于Web的直观的界面，用于获取限定轧辊设计的输入数据。如同下面详细的描述，用户界面模块22允许用户18从一系列预定的轧辊应用和轧辊类型中作出选择，并且提供限定被分析轧辊设计的其它参数。用户界面模块22可以包括Active Server Page、用超文本置标语言(HTML)或动态HTML编写的Web页面、Active X模块、Lotus脚本、Java脚本、Java小应用程序、分布式组件对象模型(DCOM，Distributed Component ObjectModule)等等。

虽然被表示为在Web服务器20提供的工作环境内执行的“服务器侧”软件模块，但用户界面模块22也可以容易地实现为在远程用户计算设备上执行的“客户侧”软件模块。用户界面模块22例如可以被实现为由Web浏览器执行的Active X组件或Java脚本，用于在远程计算设备上执行。

应用服务器21为大量应用程序软件模块提供工作环境，这些应用程序软件模块为自动模型化和评估轧辊设计提供所必需的基本逻辑和功能。特别是，应用服务器21为输入处理模块24、执行模块26和结构分析引擎27提供工作环境。

当用户18与用户界面模块22交互作用并递交限定轧辊设计的输入数据时，Web服务器20调用输入处理模块24。作为响应，输入处理模块24处理用户提供的数据，生成评估轧辊设计分析模型的临时工作环境。特别是，输入处理模块24生成临时目录，基于轧辊应用类型选择分析控制脚本28，并将选择的分析模板复制到临时目录。另外，输入处理模块24基于从用户界面模块22接收的输入而生成参数输入文件25。参数输入文件25以适于结构分析引擎27处理的格式载明参数值。最后，输入处理模块24派生(spawn)执行模块26，并将控制返回到用户界面模块22。

一旦引发(spawn)，执行模块26启动并且在结构分析引擎27执行时提供高电平控制。结构分析引擎27为模型化并评估参数输入文件25内载明的输入数据提供模型化环境，并且可以是任何先进的计算结构力学软件。这种软件的一个例子是宾夕法尼亚州Canonsburg的Ansys Inc.销售的结构模拟软件包，商品名称为“ANSYSSTRUCTRUAL”。

一旦调用，所选择的分析控制脚本28处理参数文件25内载明的参数值，并与结构分析引擎27交互作用以自动生成并限定适当的轧辊几何形状、有限元网格、材料性能和载荷。换言之，每个分析控制脚本28可以自动地指导结构分析引擎27基于用户18提供的具体输入数据，特别是具体轧辊应用、轧辊类型以及限定轧辊设计的其它参数，生成适当的模型。

另外，所选择的分析控制脚本28指导结构分析引擎27执行分析并进行必需的后处理，以计算所需的分析结果。更具体地，分析控制脚本28与结构分析引擎27交互作用，来确定位移值和应力值，并且来生成代表计算出的分析结果的不同等高线图。分析控制脚本28生成分析报告29，报告29包括结果，该结果的格式是可以向用户18发送的格式。例如，报告生成器可以将结果写成超文本置标语言(HTML)文件、便携文档格式(PDF)，等等。分析控制脚本28可以被写成适合与结构分析引擎27交互作用的脚本语言。脚本语言的一个例子是ANSYS参数设计语言(APDL)。并且，虽然举例说明为分离脚本，但分析控制脚本也可以是一个单独脚本，其基于用户18提供的具体输入数据，与结构分析引擎27交互作用以自动生成适当的模型。

一旦分析结束，执行模块26控制给用户18发送报告。作为一个例子，执行模块26可以按电子邮件(e-mail)消息30的方式将分析报告29发送给用户18。取决于分析的成功与否，用户18可以收到包含作为附件的分析报告29的电子邮件消息30，或者收到一个出错消息。另外，执行模块26可以将分析报告29传递到用户界面模块22，以通过传统的Web浏览器展现给用户18。

如图2所示，轧辊分析系统4提供模型化和评估轧辊设计的中央系统。在一个实施例中，轧辊分析系统4在应用服务提供商(ASP)计算环境内工作，其中应用服务器21与位于供应者6、分配者8内或者同时位于二者内的数据系统进行电子通信。特别是，数据系统可以将数据电子发送到轧辊分析系统4，用于限定新的轧辊覆盖层、轧辊应用或同时限定二者。数据系统例如可以上传新开发的轧辊覆盖层12的相关信息。另外，数据系统可以在开发新轧辊应用时上传新的分析控制脚本28，并且可以修改当前的分析控制脚本。不同企业(例如，轧辊覆盖层供应者6、分配者8和/或制造者10)的系统管理员制造者可以配置轧辊分析系统4。系统管理员例如可以管理授权用户的帐号，包括设置访问优先权、以及限定公司的数量和用户首选项。通过与用户界面模块22的交互作用，系统管理员可以限定各个访问权限，用于以每个用户为基础控制轧辊分析系统4的功能。

图3表示用户界面模块22提供的、用于获取用以模型化轧辊的输入数据的一个代表性用户界面31。如图3所示，用户界面31包括接收远程用户18的电子邮件地址的输入区32。如上所述，轧辊分析系统4提供电子报告，该报告可以通过用户界面模块22呈现或者可以根据输入区32提供的网络地址电子邮寄给用户。

用户界面31还包括输入区34，用户与此区交互作用，以选择他或她想提供的输入数据的特定单位。例如，输入区34可以允许用户在英制单位和公制单位之间进行选择。

用户界面31还包括输入区域36，用于接收指定被模型化的轧辊的特定应用和方向的数据。更具体地，输入区域36包括输入区38，输入区38允许用户在多个限定的轧辊应用中选择一个。每个可选的应用均对应于轧辊在金属加工工业中的一个特定用途。在一个实施例中，输入区38允许用户从一系列限定的应用中选择一个应用，这些应用包括：辊式张紧装置(Bridle)、偏导装置(Deflector)、压紧装置(Hold-Down)、减薄(Ironing)、紧压/供给(Pinch/Feed)、拉伸(Tension)和绞拧器(Wringer)。基于所选的应用，用户界面31允许用户通过与输入区40的交互作用进一步选择轧辊的方向。特别是，输入区40允许用户在垂直和水平方向之间选择。如果用户不熟悉输入区38内各个可选应用，则用户可以选择图标37以查看各个应用的图形表示，如图4所示。

用户界面31还包括输入区域42，输入区域42用于获取轧辊本身的具体信息和输入数据。特别是，输入区域42包括输入区44，输入区44允许用户选择一种类型的轧辊覆盖层，即，用于工业覆盖层的基本材料。可能的选项包括，例如，“NEUTRAL”、“CX”、“D”、“RK”，这是明尼苏达州St.Paul的3M Company商业销售的轧辊的产品牌号。可供选择地或者另外，输入区域42可以允许用户选择多种普通类型的轧辊覆盖层，例如包括橡胶、无纺布和尿烷。

根据输入区44选择的轧辊类型，用户可以进一步在输入区46提供的密度范围内选择轧辊密度。对于“NEUTRAL”轧辊类型，用户可以选择的轧辊密度为3、5、7、9和11，这是3M Company使用的密度标示。对于“CX”或“D”型的轧辊，用户可以选择的密度为5或7。

输入区域42还包括输入区48，输入区48允许用户指定轧辊的外形。特别是，用户可以选择标准外形，这表示轧辊为圆柱形。另外，用户可以选择王冠外形，这表示轧辊的直径在轧辊中心处大于在轧辊端部处。对于标准外形，输入区域42包括输入区50，输入区50允许用户指定轧辊外径。但是，响应于输入区58选择王冠外形，用户界面31被动态更新以包括输入区49、51，输入区49、51允许用户分别指定轧辊的最小直径和最大直径，如图5所示。

用户界面31包括输入区域52，用于接收描述轧辊轴的输入数据。特别是，用户界面31包括输入区54，输入区54允许用户将轴表征为实心或空心。输入区56允许用户选择多种限定的轴材料中的一种。输入区58允许用户限定轴的外径，同时输入区60允许用户限定轴的外部长度。

如图6所示，当用户指定轴是空心类型时，用户界面31自动更新用户界面31的输入区域52，以使其包括另外的区59、61。特别是，输入区59允许用户选择空心轴的内径，同时输入区61允许用户选择该轴的内部长度。选择任何帮助图标63使得用户界面31给出轴的图形表示，包括用户可以指定的各个尺寸，如图7A-7D所示。更具体地，图7A到7D图形表示基于当前用户选择而设计的轧辊，包括空心和实心轴设计以及各种耳轴类型。

输入区62允许用户指出轧辊是正键类型或者是反键类型。例如，正键类型表示该轴包括另外的金属件或其它零件，以将轴旋转地固定在覆盖层上。反键类型表示覆盖层本身包括另外的零件，以将覆盖层旋转地固定在轴上。为了有助于帮助，用户可以选择帮助图标64，使系统图形表示键的类型，如图8所示。

输入区域64允许用户输入限定轴端特征的多个输入数据。特别是，输入区66允许用户指定耳轴类型(例如，台阶状或锥形耳轴)。响应于选择台阶状耳轴类型，用户界面31动态地包括输入区68，输入区68允许用户指定耳轴的台阶数量(例如，一个或两个台阶)。输入区70允许用户规定耳轴的各个尺寸，包括轴端直径、轴端长度、圆角半径、台阶直径、台阶长度、支承直径和支承长度。

输入区域74允许用户规定多个应用相关信息，如同输入区38中选择的。根据输入区38中选择的轧辊应用，用户界面31动态更新输入区域84，以使其包括或排除某些区。例如，对于Wringer、Pinch/Feed、Steering和Tension类型的轧辊应用，用户界面31包括输入区76、78，输入区76、78允许用户分别限定连续金属板的带宽和带厚。对于Hold-Down、Ironing和Snubber型的轧辊应用，用户界面31自动更新输入区域74，以使其包括输入区76并排除输入区78，如图9B所示。

根据输入区38中选择的轧辊应用，用户界面31动态更新输入区域80，以使其包括或排除某些区。例如，对于应用类型Bridle和Deflector，用户界面31更新输入区域80，以使其包括输入区85和87，如图9A所示，输入区85和87允许用户分别指定轧辊周围的线张力和包角。对于其它应用类型(例如，Hold-Down、Ironing、Snubber、Pinch/Feed、Steering、Tension和Wringer)，如图3所示，输入区域80允许用户提供限定和表征一个或多个主动油缸的各个数据，该油缸与被模型化的轧辊配合。特别是，根据输入区38中选择的轧辊应用，输入区域80包括输入区82，输入区82允许用户规定油缸是推型的或者是拉型的。输入区84允许用户指定与轧辊配合的油缸数量。为了帮助用户确定油缸类型，用户界面31响应于帮助图标81而图形表示推动油缸和拉动油缸，如图10所示。同样地，响应于帮助图标83，用户界面31图形表示具有一个和两个油缸的轧辊，如图11所示。

另外，输入区86允许用户指定提供给油缸以致动轧辊的压力。输入区88允许用户指定油缸直径。输入区90允许用户指定模型状态的油缸效率，该状态中油缸效率小于100％。输入区92允许用户限定油缸达到的机械优点。输入区104允许用户指定模型化轧辊过程中的工作温度。

图12-16表示电子分析报告29(图2)的一个例子。特别是，图12表示分析报告的第一部分110，这图形地表示由输入数据限定并由结构分析引擎27评估的轧辊。以这种方式，图12为用户提供所限定的轧辊尺寸和特征的图形确认，并且可以不按比例画出。

图13表示分析报告的第二部分112，其中给出用户界面31获取的全部输入数据的详细列表。换言之，第二部分112列出输入处理模块24生成的参数文件25中包含的全部输入数据，这些输入数据被用作结构分析引擎27的输入参数。

图14表示分析报告的第三部分113，它包括第一输出区域116和第二输出区域120。第一输出区域116给出结构分析引擎27产生的关键计算，包括计算出的轧辊覆盖层的质量以及计算出的轴的质量。第二输出区域120给出限定轧辊的多个计算结果。例如，如图14所示，模型化报告包括最大轴位移、最大轴应力、最大压应力、最大拉应力、最大接触压力以及支承载荷。这些计算中的每一个均判断计算结果是否超过可由供应者6或分配者8限定的规定极限。在这个例子中，最大轴位移超过轧辊的最大轴位移的限定极限。结果，分析报告的第三部分113可以用红色突出显示这些结果，用以识别超过规定极限的任何结果。

图15A到15C表示电子报告的一部分，其图形表示出计算的模型化轧辊的应力和位移。特别是，图15A图形表示轴内的位移等高线。图15B图形表示轧辊表面上的接触压力等高线。图15C图形表示接触压力与距离轧辊中心的距离的函数关系。

图16表示分析报告的一个部分130，其中分析控制脚本28将报告格式化，以对分析结果进行总结。一般地，分析控制脚本与结构分析引擎27交互作用并对分析报告29格式化，以指出可能落在规定极限以外的轧辊性能，并可以包括修改轧辊设计的建议。在此例子中，结构分析引擎27计算出轴的最大位移，其超出建议极限值0.508毫米。结果，分析控制脚本28将分析报告29格式化，以建议修改轴的尺寸或类型，以便减小轴位移。部分130还指出，轴的最大应力小于轴材料的屈服应力，从而预计能恰当地工作。另外，轴的最大应力小于轴材料屈服应力的一半，因此预计能恰当地工作。

图17是表示轧辊分析系统4的代表性操作的流程图。最初，用户界面模块22给出基于Web的用户界面(例如，用户界面31)，用于获取来自用户18的描述轧辊设计的输入数据(140)。如上所述，用户从一系列预定轧辊应用中选择一个轧辊应用，从一系列预定轧辊类型中选择一个轧辊类型，以及提供描述此设计的各个输入数据。

响应于提交的数据，用户界面模块22调用输入处理模块24来处理用户提供的数据，以生成评估所述设计的临时工作环境(142)。特别是，输入处理模块24基于指定的轧辊应用类型选择一个分析控制脚本28，并将选择的分析模板复制到临时目录(144)。另外，输入处理模块24基于从用户界面模块22接收的输入而生成参数输入文件25(146)。参数输入文件25按适合于结构分析引擎27处理的格式列出参数值。最后，输入处理模块24引发(spawn)执行模块26，并将控制返回到用户界面模块22，从而允许用户结束对轧辊分析系统4的远程访问，或者允许用户继续与用户界面模块交互作用以限定一个用于分析的新轧辊设计(148)。

并行的操作是，执行模块26调用结构分析引擎27并传递一个参考(例如，文件名)，该参考指出选择的分析控制脚本28用以根据特定的轧辊应用和用户18指定的输入数据来控制结构分析引擎的操作(150)。如果在分析过程中出现任何错误(151)，则执行模块26向用户18发送错误消息(152)。否则，执行模块26将结构分析引擎27和选择的分析控制脚本28生成的分析结果转换成易读的格式(例如，便携文档格式PDF)(154)。最后，执行模块26将分析报告发送到用户18(例如，通过电子邮件(email)消息30或通过用户界面模块22)(156)。

图18是表示控制结构分析引擎27操作的分析控制脚本28的代表性操作的流程图。一般地，分析控制脚本28写成适合于结构分析引擎27处理的格式，并指导结构分析引擎基于轧辊应用、轧辊类型和用户提供的其它输入数据生成模型。

最初，分析控制脚本28向结构分析引擎发出指令，以限定与轧辊分析有关的常数(162)。例如，分析控制脚本可以定义诸如每英寸的毫米数、每磅的牛顿数等的转换。

接着，分析控制脚本28读取参数输入文件25，并向结构分析引擎发出指令以限定相对独立的参数和任何从属的参数(164、166)。例如，根据轧辊应用类型以及其它输入数据，分析控制脚本28可以限定最大挠曲、钢的密度以及钢的屈服应力、硬度值、带压力和油缸作用力。另外，分析控制脚本28向结构分析引擎发出指令，以限定画出分析结果的图形设置(168)。分析控制脚本28向结构分析引擎发出指令，以基于输入数据来限定与评估轧辊设计有关的单元类型以及材料性能(169)。例如，根据选择的应用和其它输入数据，分析控制脚本28限定轧辊性能的值(例如，轴的弹性模量、质量密度、泊松比以及屈服应力值)。

接着，分析控制脚本28向结构分析引擎发出指令，基于选择的轧辊应用、类型和其它输入数据来限定轧辊设计的有限元模型(170)。最后，分析控制脚本28向结构分析引擎27发出指令，以限定被模型化的轧辊的边界条件和载荷(172)。以这种方式，分析控制脚本28可以根据输入数据自动地生成适当的模型。得到的模型可以遵从轧辊分析所用的传统模型化技术，并且可以包括线性的或非线性的材料性能、非线性轴承支承约束以及非线性面对面接触区。分析引擎27可以生成从控制变形主体结构力学的理论方程推导的方程组，包括连续方程，以及质量、动量和能量的转换。连续介质力学领域的理论特征记录在很多资料中，包括J.Bonet and R.D.Wood，“NonlinearContinuum Mechanics for Finite Element Analysis”，1997，Cambridge University Press，Cambridge，England(ISBN0-521-57272-X)，以及A.C.Eringen，“Mechanics of Continua”，1980，Robert E.Krieger Publishing Company，Inc.，Melbourne，FL(ISBN 0-88275-663-X)。有限元方法的理论特征也记录在很多资料中，包括T.Belytschko，W.Liu and B.Moran，“Nonlinear FiniteElements for Continua and Structures”，2000，John Wiley andSons，Ltd.，West Sussex，England(ISBN 0-471-98774-3)，以及O.C.Zienkiewicz and R.L.Taylor，“The Finite Element Method”，1989，McGraw-Hill Book Company，Maidenhead，England(ISBN0-07-084174-8)。

在响应输入数据建立适当的轧辊模型时，分析控制脚本28发送指令，以指导结构分析引擎分析模型(174)。一旦分析结束，分析控制脚本28执行很多后处理任务(176)。例如，分析控制脚本28指导结构分析引擎27按图形方式(例如，JPEG)输出等高线图。另外，分析控制脚本28指导结构分析引擎27识别此设计的最大位移和应力。

最后，分析控制脚本28基于结构分析引擎27产生的分析结果生成分析报告。如上所述，执行模块26将报告转换成易读格式，并将报告发送到用户18。

上面已经描述了本发明的不同实现方式和实施例，但应该理解的是，在不偏离本发明的情况下可以做出各种改进。因此，这些和其它实施例均在所附权利要求的范围内。

Claims (56)

1.一种系统，包括：

用户界面模块，其通过计算机网络接收来自用户的输入数据，其中所述输入数据限定轧辊设计；

结构分析引擎；以及

分析控制脚本，其用于自动指导结构分析引擎以基于输入数据限定并评估轧辊设计的分析模型。

2.如权利要求1所述的系统，其中分析控制脚本指导结构分析引擎以至少计算轧辊设计的位移值和应力值。

3.如权利要求1所述的系统，还包括输入处理模块，用于处理用户提供的输入数据，并且生成结构分析引擎的临时工作环境以评估模型。

4.如权利要求2所述的系统，其中输入处理模块处理输入数据，并按适于结构分析引擎处理的格式生成参数输入文件。

5.如权利要求3所述的系统，其中输入处理模块从多个分析控制脚本中选择分析控制脚本作为输入数据函数，其中每个分析控制脚本均指导结构分析引擎来限定并评估不同的分析模型。

6.如权利要求5所述的系统，其中输入处理模块生成用作临时工作环境的临时目录，并将选择的分析控制脚本复制到临时目录。

7.如权利要求1所述的系统，其中分析控制脚本符合调用结构分析引擎的脚本语言。

8.如权利要求1所述的系统，其中用户界面模块给出基于网络的用户界面，用于接收来自用户的输入数据。

9.如权利要求8所述的系统，其中用户界面包括给出一系列让用户选择预定轧辊应用的输入区，并且分析控制脚本指导结构分析引擎以基于所选择的轧辊应用自动限定并评估分析模型。

10.如权利要求9所述的系统，其中基于所选择的轧辊应用，用户界面模块动态地更新用户界面以使其包含一个或多个输入区，所述输入区用于至少指定由轧辊加工的金属的带宽和带厚。

11.如权利要求9所述的系统，其中所述一系列预定轧辊应用包括辊式张紧装置、偏导装置、压紧装置、减薄、紧压/供给、拉伸和绞拧器。

12.如权利要求8所述的系统，其中用户界面模块给出轧辊应用的图示，以帮助用户作出选择。

13.如权利要求8所述的系统，其中用户界面包括输入区，所述输入区给出一系列让用户选择的预定轧辊方向，并且分析控制模块指导结构分析引擎基于所选择的轧辊方向来自动限定并评估分析模型。

14.如权利要求8所述的系统，其中用户界面包括输入区，所述输入区给出一系列让用户选择的预定轧辊覆盖层，并且分析控制模块自动地指导结构分析引擎基于所选择的轧辊覆盖层来限定并评估分析模型。

15.如权利要求8所述的系统，其中用户界面包括输入区，所述输入区给出一系列让用户选择的预定轧辊外形，并且用户界面模块根据所选择的外形动态地更新用户界面以使其包含一个或多个输入区，用于指定轧辊的最小直径和最大直径。

16.如权利要求8所述的系统，其中用户界面包括输入区，所述输入区用于选择轧辊设计的空心轴或实心轴中的至少一个，并且用户界面模块根据所选择的轴动态地更新用户界面以使其包含一个或多个输入区，用于指定轴的内径或外径中的至少一个以及轴的内部长度或外部长度中的至少一个。

17.如权利要求8所述的系统，其中用户界面包括至少一个输入区，所述输入区用于限定与轧辊配合的多个致动油缸中的一个或多个、油缸是推型或拉型、传递到油缸的压力、油缸的效率以及油缸达到的机械优点。

18.如权利要求8所述的系统，其中用户界面包括至少一个输入区，所述输入区用于限定轧辊的线张力或包角中的至少一个。

19.如权利要求2所述的系统，其中用户界面包括输入区，所述输入区用于至少指定下述之一：模型化轧辊轴的耳轴类型、耳轴中的台阶数量、耳轴的轴端直径、耳轴的轴端长度、耳轴的圆角半径、耳轴的台阶直径、耳轴的支承直径以及耳轴的支承长度。

20.如权利要求1所述的系统，还包括由输入处理模块调用的执行模块，其中执行模块启动结构分析引擎的操作并指导结构分析引擎按照分析控制脚本操作。

21.如权利要求20所述的系统，其中执行模块指导结构分析引擎评估所述模型以计算分析结果数据，分析结果数据包括位移值和应力值。

22.如权利要求20所述的系统，其中执行模块处理分析结果数据，以按用户可以看到的格式生成分析报告。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述格式包括超文本置标语言(HTML)格式或便携文档格式(PDF)中的至少一种。

24.如权利要求22所述的系统，其中执行模块通过电子邮件(email)消息将分析报告发送给用户。

25.如权利要求22所述的系统，其中结构分析引擎计算表示轴应力和挠曲的值，并且分析控制脚本将分析报告格式化以将超过相应极限值的任何计算值突出显示。

26.如权利要求25所述的系统，其中计算值包括最大轴位移、最大轴应力、最大压应力、最大拉应力、最大接触压力和支承载荷中的至少一个。

27.如权利要求22所述的系统，其中执行模块生成分析报告，所述报告包括修改输入数据的至少一个建议。

28.一种方法，包括：

通过计算机网络从用户接收输入数据，其中输入数据限定轧辊设计；

调用分析控制脚本以自动指导结构分析引擎基于输入数据限定并评估轧辊设计的分析模型；以及

将含有来自结构分析引擎的分析结果的分析报告发送给用户。

29.如权利要求28所述的方法，其中调用分析控制脚本包括调用分析控制脚本以计算轧辊设计的位移值或应力值中的至少一个。

30.如权利要求28所述的方法，还包括：

处理用户提供的输入数据，以生成用于结构分析引擎的参数文件；以及

生成评估分析模型的临时工作环境。

31.如权利要求28所述的方法，其中调用分析控制脚本包括从一系列分析控制脚本中选择分析控制脚本作为输入数据函数，其中每个分析控制脚本均指导结构分析引擎来限定并评估不同的模型。

32.如权利要求28所述的方法，其中分析控制脚本符合调用结构分析引擎的脚本语言。

33.如权利要求28所述的方法，还包括给出基于网络的用户界面以接收来自用户的输入数据。

34.如权利要求33所述的方法，还包括：

给出用户界面，以使其包括让用户选择的一系列预定轧辊应用；以及

自动指导结构分析引擎基于所选择的轧辊应用来限定并评估分析模型。

35.如权利要求34所述的方法，还包括基于所选择的轧辊应用动态地更新用户界面以使其包含一个或多个输入区，所述输入区用于指定由轧辊加工的金属的带宽和带厚。

36.如权利要求34所述的方法，其中所述一系列预定轧辊应用包括辊式张紧装置、偏导装置、压紧装置、减薄、紧压/供给、拉伸和绞拧器。

37.如权利要求34所述的方法，还包括给出轧辊应用的图示，以帮助用户作出选择。

38.如权利要求33所述的方法，还包括：

给出包括一系列让用户选择的预定轧辊方向的用户界面，以及

基于所选择的轧辊方向自动指导结构分析引擎限定并评估分析模型。

39.如权利要求33所述的方法，还包括：

给出包括一系列让用户选择的预定轧辊覆盖层的用户界面，以及

基于所选择的轧辊覆盖层自动指导结构分析引擎限定并评估分析模型。

40.如权利要求33所述的方法，还包括：

给出包括一系列让用户选择的预定轧辊外形的用户界面，以及

根据所选择的外形动态地更新用户界面以使其包含一个或多个输入区，所述输入区用于指定轧辊的最小直径和最大直径中的至少一个；

给出包括一个输入区的用户界面，所述输入区用于选择轧辊设计是空心轴或实心轴中的至少一个，并且根据所选择的轴动态地更新用户界面以使其包含一个或多个输入区，所述输入区用于指定轴的内径或外径中的至少一个。

41.如权利要求33所述的方法，还包括：

给出包括至少一个输入区的用户界面，所述输入区用于限定与模型化的轧辊配合的多个致动油缸中的一个或多个、油缸是推型或拉型、传递到油缸的压力、油缸的效率以及油缸达到的机械优点；以及

给出包括输入区的用户界面，所述输入区用于至少指定下述之一：模型化轧辊轴的耳轴类型、耳轴中的台阶数量、耳轴的轴端直径、耳轴的轴端长度、耳轴的圆角半径、耳轴的台阶直径、耳轴的支承直径以及耳轴的支承长度。

42.如权利要求28所述的方法，还包括通过电子邮件消息将分析报告发送给用户。

43.如权利要求28所述的方法，还包括生成分析报告，所述报告将超过相应极限的任何分析结果突出显示。

44.如权利要求28所述的方法，还包括生成分析报告，以使其包括基于分析结果修改输入数据的至少一个建议。

45.如权利要求28所述的方法，还包括根据轧辊设计制造轧辊。

46.一种计算机可读介质，包括使可编程处理器执行如下工作的指令：

给出网络界面，所述界面包括让用户选择的一系列预定轧辊应用和一系列预定轧辊类型；以及

基于所选择的轧辊应用和所选择的轧辊类型，自动指导结构分析引擎限定并评估分析模型。

47.如权利要求46所述的计算机可读介质，其中指令使可编程处理器将包含来自结构分析引擎的分析结果的分析报告发送给用户。

48.一种系统，包括：

在远程计算设备上执行的Web浏览器；以及

通过网络与远程计算设备连接的轧辊分析系统，其中所述轧辊分析系统包括：

Web服务器，所述Web服务器为用户界面模块提供工作环境，用户界面模块给出Web界面以从远程计算设备接收输入数据，其中所述输入数据限定轧辊设计，以及

应用服务器，所述应用服务器为分析控制脚本和结构分析引擎提供工作环境，其中分析控制脚本自动指导结构分析引擎基于输入数据限定并评估轧辊设计的分析模型。

49.如权利要求48所述的系统，其中用户界面模块给出用户界面，所述用户界面包括给出一系列让用户选择的预定轧辊应用输入区，并且分析控制脚本指导结构分析引擎基于所选择的轧辊应用自动地限定并评估分析模型。

50.如权利要求48所述的系统，其中Web服务器和应用服务器是不同的计算设备。

51.一种方法，包括：

通过计算机网络从用户接收输入数据，其中输入数据限定轧辊设计；

调用结构分析引擎，以基于输入数据评估轧辊设计的分析模型以得到分析结果；以及

将包含来自结构分析引擎的分析结果的分析报告发送给用户。

52.如权利要求51所述的方法，其中调用分析控制脚本包括调用分析控制脚本，以计算轧辊设计的位移值或应力值中的至少一个。

53.如权利要求51所述的方法，还包括给出基于网络的用户界面以接收来自用户的输入数据。

54.如权利要求53所述的方法，还包括：

给出包括一系列让用户选择的预定轧辊应用的用户界面，以及

基于所选择的轧辊应用，自动指导结构分析引擎限定并评估分析模型。

55.如权利要求53所述的方法，还包括

给出包括一系列让用户选择的预定轧辊覆盖层的用户界面，以及

基于所选择的轧辊覆盖层，自动指导结构分析引擎限定并评估分析模型。

56.如权利要求51所述的方法，还包括根据轧辊设计制造轧辊。

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