專利名稱：基于分層架構的cad/cae系統(tǒng)集成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及CAE系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)的集成技術，尤其涉及一種基于分層架構的CAD/ CAE系統(tǒng)集成方法。
背景技術：
計算機輔助工程，即CAE (Computer Aided Engineering)，就是指在生產以前對設 計方法借助計算機模擬實現精確的試驗、分析和論證，從而達到優(yōu)化設計的一門技術。CAE 是在三維實體建模的基礎上，從產品的設計階段開始，按實際條件進行仿真分析，對產品的 各項(力學、熱學、電磁、流動等)相關性能進行設計、優(yōu)化和綜合評價，以便獲得最佳方法， 給出優(yōu)化設計。CAE技術可以幫助用戶改進產品設計、縮短設計周期，減少樣機試驗的周期 和成本。 CAE技術的關鍵部分是PDE (Partial Differential Equations)的數值計算。PDE 的數值計算技術有很多類，如有限單元法、有限體積法、有限差分法和邊界單元法。它們的 一個共通之處是在數值求解前將連續(xù)的計算區(qū)域離散成基本單元的組合。每個基本單元的 自由度是有限的，因此最終形成的方程組也是有限維的。 多數情況下，用于CAE分析的CAD外形設計不是在CAE系統(tǒng)中完成的，需要借助商 業(yè)CAD系統(tǒng)。因此，如何完成CAE系統(tǒng)和商業(yè)CAD系統(tǒng)的無縫集成是CAE系統(tǒng)設計方面的 關鍵所在，這方面需要考慮兩個關鍵問題 (1)兼容不同CAD產品須考慮到CAD系統(tǒng)的多樣性，并通過合理的軟件框架設 計，實現對主流CAD產品的無縫集成。 (2)數據的完整性和有效性在不同CAD系統(tǒng)之間進行數據交換時不僅可能丟失 高層的設計信息，模型的有效性也無法得到保障。 為實現和CAD系統(tǒng)的集成，有3個層次的集成策略可供選擇
(1)利用CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)接口 ，如CATIA系統(tǒng)的CAA對CAD數據進行訪問和處 理。優(yōu)點最大程度保證了CAD數據的完整性和有效性。缺點針對每個CAD系統(tǒng)都要提供 相應的CAD數據讀取、CAD數據轉換、網格生成等服務，平臺相關性使得開發(fā)和維護成本很高。 (2)利用CAD內核提供的接口，如ACIS、 ParaSolid、 Granite和開源CAD內核 OpenCASCADE,以及這些內核提供的數據轉換增值服務，如ACIS的InterOp組件。優(yōu)點成 熟可靠的接口支持。缺點不菲的軟件許可費用，且無法做到對所有CAD產品的最優(yōu)兼容。
(3)利用中性文件。細分為兩類策略(A)利用IGES或STEP文件進行轉換。優(yōu)點 公開、明確的CAD文件交換標準。缺點很難保證數據的完整性和有效性，數據轉換和修復 算法實現難度大。(B)利用幾何模型的離散表達(如STL文件)。優(yōu)點降低了 CAD數據轉
換和修復算法的實現難度。缺點幾何精度降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一個基于分層架構的CAD/CAE系統(tǒng) 集成方法，它能夠兼容各種集成策略，并為CAE軟件開發(fā)人員提供統(tǒng)一的幾何服務接口。這 樣的框架不僅會降低CAD/CAE集成系統(tǒng)的開發(fā)難度和維護成本，還能增強其對技術發(fā)展和 市場變化的適應性。 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的一種基于分層架構的CAD/CAE系統(tǒng) 集成方法，包括以下步驟 (1) CAD數據讀取CAE系統(tǒng)通過公共幾何接口讀取CAD系統(tǒng)構建的模型數據，所述 公共幾何接口包括中性文件讀取接口 、 CAD內核提供的幾何模型文件讀取接口 、 CAD系統(tǒng)的 二次開發(fā)接口提供的幾何模型文件讀取接口； (2)CAD數據存儲公共幾何服務接口中CAD數據結構在拓撲結構和幾何定義上與 CAE系統(tǒng)保持一致； (3) CAD數據轉換公共幾何服務接口進行CAD數據轉換，修改CAD數據使其有利 于網格生成、適用于工程分析； (4)、為各種CAE系統(tǒng)提供幾何服務，經過數據轉換的CAD數據用于CAE系統(tǒng)中的 后續(xù)操作； (5)CAD數據寫出利用公共幾何服務接口提供的CAD數據寫出功能，將模型幾何
數據寫出為能夠被CAD系統(tǒng)讀取的文件格式。 進一步地，所述步驟(4)中，所述后續(xù)操作具體為 (A)對幾何模型進行幾何操作，如刪除、復制、旋轉等；公共幾何服務接口為CAE系 統(tǒng)中的幾何操作模塊提供幾何數據存取接口； (B)在幾何模型上生成為網格公共幾何服務接口為網格生成模塊提供幾何/網 格數據映射接口以及共性的幾何算法； (C)在輔助模塊對幾何模型上添加求解計算參數公共幾何服務接口為輔助模塊 提供在幾何上加載邊界條件等接口 。 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過提供一個標準化的CAD/CAE系統(tǒng)集成框架，在 CAD系統(tǒng)與CAE系統(tǒng)之間添加一個公共幾何服務接口層，完成CAE系統(tǒng)和CAD系統(tǒng)的無縫集 成，對底層屏蔽不同中性文件、CAD內核和二次開發(fā)接口的多樣性；對上層提供統(tǒng)一的幾何 接口服務?；诜謱蛹軜嫷脑O計，降低CAD/CAE集成系統(tǒng)的開發(fā)難度和維護成本；公共幾何 服務接口對底層CAD系統(tǒng)的屏蔽性，增強了對技術發(fā)展和市場變化的適應性。本發(fā)明基于 分層架構的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法兼容了三種不同的集成策略，完成CAE系統(tǒng)與CAD系統(tǒng) 的無縫集成，使用公共幾何服務接口方式，使得技術實現模塊化，便于擴展。


圖1為基于分層架構的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法框圖。
圖2為公共幾何服務接口的一種實現框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。 具體CAE系統(tǒng)的使用過程包括以下幾個步驟通過從CAD系統(tǒng)讀取或在CAE系統(tǒng) 中構建獲得幾何模型數據；對模型進行網格生成操作；設置適當的參數，對模型的相關性 能(如力學、熱學、電磁和流動等)進行求解計算。 本發(fā)明方法涉及以上過程的前兩個步驟。基于分層架構的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法 在CAD系統(tǒng)與CAE系統(tǒng)之間提供一個公共幾何服務接口 ，向CAD層，屏蔽不同中性文件、CAD 內核和二次開發(fā)接口的多樣性；向CAE層，提供統(tǒng)一的幾何接口服務。該技術方法具體包括 以下五個步驟
—、CAD數據讀取 CAD數據讀取即將幾何數據原樣地從CAD系統(tǒng)中傳遞到CAE系統(tǒng)中，這個過程并不 改變幾何數據本身，且不考慮幾何數據是否符合分析系統(tǒng)的需要和要求，在傳輸過程中的 主要工作是對于各種幾何數據格式的接收問題。 CAE系統(tǒng)可通過公共幾何接口提供的三種途徑讀取CAD系統(tǒng)構建的模型數據，包 括中性文件讀取接口 、 CAD內核提供的幾何模型文件讀取接口 、 CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)接口提 供的幾何模型文件讀取接口 。
二、CAD數據存儲 公共幾何服務接口中CAD數據結構在拓撲結構和幾何定義上與CAE系統(tǒng)保持一 致，在具體實現上可以是CAE系統(tǒng)中CAD數據結構的簡化。
三、CAD數據轉換 由CAD系統(tǒng)所構建的模型充滿不良的幾何數據問題，若直接用于網格生成操作， 必然影響得到的網格質量，造成求解計算過程耗時長并且計算結果不精確，給工程分析造 成較壞影響。 在執(zhí)行步驟一、二后需要檢測得到的數據，若數據不滿足CAE系統(tǒng)的需求，不利于 網格生成操作，則需要對幾何數據進行數據轉換操作。公共幾何服務接口提供CAD數據轉 換功能，用于修改CAD數據使其有利于網格生成、適用于工程分析。
四、為各種CAE系統(tǒng)提供幾何服務 經過數據轉換的CAD數據用于CAE系統(tǒng)中的后續(xù)操作。 (1)對幾何模型進行幾何操作，如刪除、復制、旋轉等。公共幾何服務接口為CAE系 統(tǒng)中的幾何操作模塊提供幾何數據存取接口 。 (2)在幾何模型上生成為網格。公共幾何服務接口為網格生成模塊提供幾何/網 格數據映射接口以及共性的幾何算法(如用于分塊結構網格生成的分塊算法，用于曲面網 格生成的曲線、曲面離散算法等) (3)在輔助模塊對幾何模型上添加求解計算參數。公共幾何服務接口為輔助模塊 提供在幾何上加載邊界條件等接口 。 經過以上操作后的結果可用于CAE系統(tǒng)的最后一個步驟，即求解計算。
五、CAD數據寫出 大部分CAE系統(tǒng)同時也提供內部建模功能。對于在CAE系統(tǒng)中構建的模型，利用 公共幾何服務接口提供的CAD數據寫出功能，將模型幾何數據寫出為能夠被CAD系統(tǒng)讀取 的文件格式。
公共幾何服務接口的實現 圖2給出了公共幾何服務接口的一種實現方式，使用CATIA系統(tǒng)的二次開發(fā)接口 CAA、CAD內核ACIS以及中性文件讀寫接口兼容了三類集成策略，并為上層CAE系統(tǒng)提供統(tǒng) 一幾何服務接口。
權利要求
一種基于分層架構的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法，其特征在于，包括以下步驟(1)CAD數據讀取CAE系統(tǒng)通過公共幾何接口讀取CAD系統(tǒng)構建的模型數據，所述公共幾何接口包括中性文件讀取接口、CAD內核提供的幾何模型文件讀取接口、CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)接口提供的幾何模型文件讀取接口。(2)CAD數據存儲公共幾何服務接口中CAD數據結構在拓撲結構和幾何定義上與CAE系統(tǒng)保持一致。(3)CAD數據轉換公共幾何服務接口進行CAD數據轉換，修改CAD數據使其有利于網格生成、適用于工程分析。(4)、為各種CAE系統(tǒng)提供幾何服務，經過數據轉換的CAD數據用于CAE系統(tǒng)中的后續(xù)操作。(5)CAD數據寫出利用公共幾何服務接口提供的CAD數據寫出功能，將模型幾何數據寫出為能夠被CAD系統(tǒng)讀取的文件格式。
2. 根據權利要求1所述基于分層架構的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法，其特征在于，所述步驟 (4)中，所述后續(xù)操作具體為(A)對幾何模型進行幾何操作，如刪除、復制、旋轉等。公共幾何服務接口為CAE系統(tǒng)中 的幾何操作模塊提供幾何數據存取接口 。(2) 在幾何模型上生成為網格公共幾何服務接口為網格生成模塊提供幾何/網格數 據映射接口以及共性的幾何算法。(3) 在輔助模塊對幾何模型上添加求解計算參數公共幾何服務接口為輔助模塊提供 在幾何上加載邊界條件等接口 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于分層架構的CAD/CAE系統(tǒng)集成方法，該方法通過提供一個標準化的CAD/CAE系統(tǒng)集成框架，在CAD系統(tǒng)與CAE系統(tǒng)之間添加一個公共幾何服務接口層，完成CAE系統(tǒng)和CAD系統(tǒng)的無縫集成，對底層屏蔽不同中性文件、CAD內核和二次開發(fā)接口的多樣性；對上層提供統(tǒng)一的幾何接口服務?；诜謱蛹軜嫷脑O計，降低CAD/CAE集成系統(tǒng)的開發(fā)難度和維護成本；公共幾何服務接口對底層CAD系統(tǒng)的屏蔽性，增強了對技術發(fā)展和市場變化的適應性。
文檔編號G06F17/50GK101794337SQ201010122900
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權日2010年3月12日
發(fā)明者戴美晃, 曹秉萬, 段麗, 鄭耀, 陳建軍, 黃爭舸 申請人:浙江大學