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矿山机械装备云仿真CAE服务系统研究与应用

2014/5/30    来源:万方数据    作者:杨兆建  王学文      
关键字:CAE  云仿真  矿山机械装备  
为矿山机械装备企业提供软件调用、租用、共享和技术支持是建立“矿山机械装备云仿真CAE服务系统”的重要驱动。在描述系统集成环境、物理结构、体系结构、功能结构基础上,研究系统的关键技术,详细论述系统的功能结构,指出可从工具协同、任务协同与异地协同等三个层次支持系统提供云仿真CAE服务。

    远程计算或协同CAE是计算机辅助工程领域近些年的一个研究热点,该模式可在某种协作方式下通过设计协作、分析协作和管理协作等手段进行设计与仿真;同时,最近几年云计算在CAE领域的研究也很活跃,它把基础设施、IT资源、数据、应用等作为服务通过网络提供给用户。

    如果对以上两个研究领域进行比较,可以发现它们都是为用户提供某种服务。其中远程计算或协同CAE更偏重于应用,其内涵在于研究相关技术或系统(CAD、CAE、PDM、ERP等)如何通过设计协作、分析协作和管理协作等手段进行相应活动(如外型设计、有限元分析等)并最终完成工程计算任务;而云计算更注重基础性,其本质在于通过网络以按需、易扩展的方式提供服务,且提供的服务领域更为宽泛,包括将基础设施作为服务(lnfrastructure as a service,IaaS),将平台作为服务(Platform as a service,PaaS),或是将软件作为服务(Software as a service,SaaS)等。

    显然,远程计算或协同CAE不能简单贴上云计算的标签,反之亦然。但如果以前者为理论基础,建立一个实用的“CAE服务系统”,将基于网络的CAE资源统一管理和调度,构成一个CAE服务资源池,为用户提供高附加值和低成本的CAE资源按需服务,以实现“仿真即服务”,可视为云计算思想在制造业仿真领域的体现和发展。

    此类系统可为制造业信息化设计、仿真及数据服务提供崭新的理念和模式,特别是矿山机械装备企业,可以有效解决其技术需求和软件需求。首先,矿山机械装备企业多年来没有特别重视基于先进技术的科技研究,但随着市场竞争的加剧,企业自身为了提高设计效率,推进创新设计,对先进技术和研发工具的需求逐步提高;同时,由于资金和其他因素的困扰,矿山机械装备企业技术人才获得和研发工具资金投入上存在严重不足。因此,面向矿山机械装备企业特别是中小企业,建立一个实用的“CAE服务系统”,有效解决其技术需求和软件需求,显得尤为必要。通过该类平台系统,可以为矿山机械装备企业提供软件调用、软件租用、软件共享、技术支持等设计与仿真服务。

    计算机及仿真领域的学者们针对该类系统的关键技术、设计模式、实现方法、体系结构、运行机制等进行了大量理论研究,本文着重从实际应用角度出发,以矿山机械装备为工程背景。研究如何建立一个实用的“矿山机械装备云仿真CAE服务系统”,讨论其集成环境、物理结构、体系结构和功能结构,并通过实例研究,讨论如何快速、高效地集成现有成熟的CAD/CAE技术、方法与工具,构建一个有效的矿山机械装备云仿真CAE服务系统,为矿山机械行业、企业和产品提供远程CAE资源服务、计算服务、软件服务与仿真服务等。

1 系统环境

1.1集成环境

    “系统”集成环境应包括工具集成和数据集成(图1)。

 图l系统框架

图1 系统框架

    工具集成主要表现于CAD/CAE软件的集成。在协同仿真环境中,通过封装、接口等技术手段,主流CAD/CAE软件高度集成,可双向传递设计参数,与产品开发设计紧密相关,可随时校验设计并发现问题,以缩短设计周期。工具集成可为设计工程师提供集成于协同仿真环境下的、客户化的CAD/CAE应用程序,为分析人员提供功能强大的分析工具,为管理人员提供浏览器界面的CAE模型和结果检查程序。

    数据集成主要表现于数据及信息处理系统与CAD/CAE的数据集成。要实现数据处理系统与CAD/CAE的数据集成,需要在数据处理系统各子系统之间构建集成接口,通过集成接口实现系统间数据的交换和通信。集成接口包括CAD/CAE端向数据处理系统端的集成和数据处理系统端向CAD/CAE端的集成。

    1.2 物理结构

    从物理结构与地理区域角度来讨论,低层次CAE是面向多任务CAE的单机协作,中等层次的是局域网内CAE仿真,高层次仿真是面向不同地域的单任务和多任务快速协同CAE服务,其物理结构为基于云计算的的协同网络结构,由不同地域分布的计算结点(工作站、服务器、大型机、机群等)构成,为异地用户提供CAE计算、分析与数据服务;其逻辑结构为多学科任务在不同物理地域计算结点上并行执行,地位平等,同时不同物理地域的用户平等的使用其提供的CAE服务,且计算结点与用户对于协同环境也是平等的,彼此没有控制关系与从属关系。同时,它们通过协同环境相互联系并与协同环境存在交互关系,如图2所示。

图2物理结构

图2 物理结构

责任编辑:吴星星
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