基于HyperView的仿真分析报告模板定义工具的研究与开发

 

车宇¹，米小珍²

 

1．大连交通大学 机械工程学院 辽宁 大连 116028

2．大连交通大学 交通运输工程学院 辽宁 大连 116028

 

摘要：针对铁路行业中高速列车制造企业在开发新车型的仿真分析时，在后处理生成仿真分析报告过程时分析师大量的时间和精力都花费在重复的操作上，导致设计分析效率低下进而影响开发进度。为解决上述问题，本文以CRH3 250A车体为研究对象，利用Tcl/Tk语言对Altair公司的有限元后处理软件HyperView进行二次开发，通过深入研究静强度仿真分析过程，提炼与定制静强度仿真分析流程模板，强化对初学者的引导，减少人为失误；通过典型操作的工具化和报告模板的定制化，减少分析过程的重复操作，继承领域专家的经验与知识，提高信息的共享与重用，提高设计方案分析和评审的质量与效率，真正达到车体结构的快速设计分析目标、缩短开发周期。

关键词： Tcl/Tk HyperView  二次开发仿真分析流程模板  报告模板的定制

 

1 引言

 

    动车制造产业在经济发展中扮演着重要地位，产品在更新换代设计开发过程中很大程度上依赖于有限元分析技术，从而对有限元分析软件的功能需求也相应增多，这就要求有限元分析过程中避免重复性的劳动并且缩短开发周期。解决这些问题的关键点就是开发出一套简单、实用的仿真分析工具集。

    目前，许多比较流行的有限元分析软件在使用过程中往往不能满足用户的特定需要，为了规范分析师的操作，方便用户的使用，同时继承前辈丰富的分析经验和友好的人机交互界面。由此可见，基于HyperView的仿真分析报告模板定义工具的开发，对专业化、系列化动车组产品的设计开发有着非常重要的现实意义。

    综合以上实际问题，采用和TCL/TK和VBS作为开发工具，对仿真分析后处理模块HyperView进行仿真分析报告模板的开发，将工程师的 CAE 知识和丰富的分析经验进行固化，制定出规范化的报告模板。建立流程树来规范分析师的操作，分析师只需要按照流程规范，手动调整显示云图、标记需要提取的信息、调整好模型摆放位置等，点选流程树对应界面上的按钮即可自动截屏、插图、快速的生成规范化的报告。

 

2 流程化需求与工具开发目标

 

2.1 流程化需求

 

    对于仿真分析工程师来说仿真分析过程比较繁琐，而且有很大的弹性，往往是根据个人的习惯和经验来进行操作，经验丰富的工程师与没有经验的工程师处理问题的方法不同，会导致分析结果有很大的差异。由于没有一个固化的流程来引导仿真分析人员完成整个分析过程，使得分析师不仅需要做大量的重复性工作，而且容易出现不必要的人为失误，将时间浪费在反复修改模型上，影响分析工作的效率和置信度。

    因此，需要一个规范的仿真分析流程，将工程师的专业知识和经验转化成企业CAE流程并进行固化，实现分析流程的标准化和部分操作自动化，有效地规范企业分析流程、引导初学者加快熟悉工作的进度，减少人为失误，保证分析质量、减少分析师的重复劳动。

 

2.2 开发目标

 

    本项目以250A车体为研究对象，利用Tcl/Tk和VBS语言对有限元后处理软件HyperView进行二次开发，将工程师的 CAE 知识和丰富的分析经验进行固化，制定出规范化的报告模板。建立流程树来规范分析师的操作，分析师只需要按照流程规范，手动调整显示云图、标记需要提取的信息、调整好模型摆放位置等，点选流程树对应界面上的按钮即可自动截屏、插图、快速的生成规范化的报告。

 

3 后处理阶段报告模板开发的关键技术

 

    仿真分析报告模板定义工具的开发利于多种开发工具和开发语言。开发工具主要包括Process Manager和Process Studio；开发语言主要包括Tcl/Tk 语言、VBS 语言以及 HyperView 所自带的功能函数等。

 

3.1 Process Studio 概述

 

    Process Studio与 Process Manager、The Framework 一起构成 Process Manager。Process Studio 是一个流程编辑工具。在此工具中，利用控件（Controls）可以编写流程模板文件（流程模板文件的扩展名是.pmt）。流程模板文件其实是由不同的页（HWPM Page）构成，页的构建在 Process Studio 里很快捷，通过拖放不同的控件（HWPM Controls）并把它们组织在一起就可以完成页的构建。这些页加之其上布置的各种控件，便构成了流程与用户交互的界面。

 

3.2 HyperView内置命令

 

    HyperView的是面向对象的开发风格。其基本格式为：Obj Command Args

    其中Obj代表要获得的对象，Command代表执行命令，Args代表对获取对象命名。

    HyperView 为用户提供面向对象的开发风格。它的开发过程是严格按照树形结构图来开发的，该树形结构的任何一个分支都对应于一个对象类型。要修改特定的对象首先就要获得该对象的Obj，然后通过Command命令对该对象进行相应的操作，实现想要的功能效果。例如，为当前页面添加4个窗口可以通过下面命令来实现。

    hwi OpenStack;

    hwi GetSessionHandle s1;

    s1 GetProjectHandle p1;

    p1 GetPageHandle page1 [p1GetActivePage];

    page1 SetLayout 4;

    hwi ReleaseAllHandles;

 

3.3 Tcl/Tk 程序设计技术

 

    Tcl（Tool Command Language）是一种脚本语言，和人们常用的Java和C++语言相似，它的不同之处在于它可以很容易把它的解释器加入到其应用程序里。Tcl主要由脚本语言和解释器两大部分组成，其解释器能够方便的嵌入到程序里。Tk为Tcl的图形用户界面提供有效的工具包，其主要的作用是用它来定义Tcl命令，用户通过工具包创建用户的界面。

    对于软件开发人员来讲Tcl和Tk具有很大的优点，开发人员用Tcl脚本编写的应用程序比在C/C++或Java上开发具有更高的层次，他隐藏了许多程序员必须关注的细节。通过用Tcl/Tk编写应用程序减少了大量的代码数量和开发时间。同时Tcl和Tk具有跨平台的语言，例如一个在Linux平台上开发出的应用程序，它可以不用修改在Windows上运行。它的另一个优点是具有开源的代码，方便开发人员编写应用程序。Tk 是 Tcl 最有用的扩展，其所有的功能都可以通过 Tcl 获得，这给了 Tk 很大的弹性，动态可控性，并使得它比其他工具包功能更强大。利用 Tk 创建 CAE 流程自动化系统与用户交互的 GUI界面。

 

3.4 VBS语言

 

    VBScript是Microsoft Visual Basic Script Edition的简写，而VBS是VBScript的进一步简写，他是程序开发语言 Visual Basic 家族的最新成员，是由微软公司出品、语法基于Basic的脚本语言的一套可视化编程工具，用户可直接发送.vbs的源程序来编译执行。

 

4 报告模板定义工具的应用实例

 

    以CRH3 250A车体为研究对象，对该车体进行静强度分析，分析该车车体静强度是否满足EN12663-1：2010《铁路应用——铁路车辆车体的结构要求》的要求，按照一个规范的仿真分析流程将工程师的专业知识和经验转化成企业CAE流程并进行固化，自动生成报告模板。

 

4.1 流程的设定

 

    为了与系统开发环境一致，本文采用Tcl/Tk语言和VBS语言开发出分析报告自动生成程序，利用Process Studio建立流程树来规范操作，用Tcl/Tk语言来创建GUI界面和控制HyperView里内部操作，利用VBS技术将分析数据、图片等信息插入到事先定制好的报告模板中去。具体实现步骤如下：

1. 自动添加相应的页面来摆放每个工况.rst格式的结果文件。
2. 选择需要的模型计算结果文件自动导入到每个页面的窗口上。
3. 分析师手动获取相应的云图等信息，标记好极值点、点选按钮自动批量截屏。
4. 自动生成报告。

    至此，整个报告生成过程已经完成，其流程如图1所示：

http://s6/bmiddle/002m4bgBgy6G5V4mQLz05&690

图1 分析报告生成过程

 

4.2 创建流程树及相应GUI界面

 

    利用 Process Studio 创建静强度分析后处理自动生成报告流程树，Tree 的每个节点都有相应页面与之对应，如增加页面节点addpage 与之相对应的用户交互界面如图2 所示。

http://s13/mw690/002m4bgBgy6G5V5iRZi8c&690

图2 流程树和节点对应的交互界面

 

4.3 系统运行

 

    该系统主要分4个功能节点，分别为添加页面、导入模型、截屏和生成报告。

    在添加页面（addpage）节点，输入对应的界面添加工况的个数，点选Apply按钮生成页面和窗口来摆放每个工况的模型。如图3所示：

http://s9/mw690/002m4bgBgy6G5V69QAod8&690

图3 添加页面（addpage）

 

    在导入模型（LoadModel）节点，用户在对应的界面添加需要导入的.rst结果文件，点选Apply按钮生成页面和窗口来摆放每个工况的模型。操作如图4所示：

http://s6/mw690/002m4bgBgy6G5V7bweF45&690

图4 载入模型（LoadModel）

 

    在截屏（ScreenShotPage）节点，在模型显示窗口上分析师手动获取相应云图、标记相关信息、调整摆放位置；点选apply按钮截屏。 操作如图5所示：

http://s16/mw690/002m4bgBgy6G5V82Cqr8f&690  

图5 截屏（ScreenShotPage）

 

    在生成报告（GenerateReport）节点，在对应的界面输入添加工况的个数，后台程序会自动选择需要调用的模板；最后点选apply按钮生成分析报告。如图6所示：

 

http://s7/small/002m4bgBgy6G5V8RSvA76&690

图6 生成分析报告（GenerateReport）

 

4.4 报告模板工具节省时间的测试

   

    在后处理生成报告阶段，我们以CRH3-250A车体为对象，计算17种不同的工况，每个工况对应1个页面，每个页面有分4个窗口来存放结果文件，我们请10个中等熟练程度的分析师在以下两种情况下进行测试。

    方案一、利用原始方法不借助开发的工具集对车体进行静强度分析并计算出生成分析报告所用的时间。

    方案二、利用二次开发出的工具对车体进行静强度分析并计算生成分析报告所用的时间。对比结果如下表1所示：

表1 借助报告模板工具前后时间的对比

    通过以上对照可以看出，使用报告模板工具，大大减少了仿真分析人员生成分析报告的时间。

 

5 结论与展望

 

    目前铁路行业高速列车生产制造企业在车体开发的CAE后处理操作过程中存在大量的的重复性操作，这种情况既浪费了工程师的宝贵时间又影响的项目开发进度，导致企业的设计研发效率降低。因此，为解决以上问题，本文将工程师的专业知识和经验转化成企业CAE流程并进行固化，在HyperView中以Tcl/Tk、Process Manager、VBS等为技术手段，实现了后处理模块HyperView的仿真分析报告模板定义工具的开发，通过大量的实际仿真分析后处理测试，证明该报告模板工具不但可以为后处理分析生成报告节省了大量的时间，而且通过标准的模板定制使设计分析更加规范化、合理化，有效的提高制造企业的设计分析能力。

 

6 参考文献

 

[1] 郑国君，门永新，胡 平等．基于知识的 CAE 后处理流程化平台关键技术[J]．机械工程学报,2011,47(17):112-118.

[2] 曹文钢，范 超．基于 HyperWorks 的 CAE 流程自动化系统设计开发[J]．工程图学报，2011，1(17)：16-21．

[3] 于开平，周传平，等.HyperMesh 从入门到精通 [M].北京：科学出版社，2005.

[4] (美)John K.Ousterhout Ken Jones著，张元章译．Tcl/Tk入门经典[M].北京：清华大学出版社,2010．

[5] 张胜兰，郑冬黎，郝琪等．基于HyperWorks的结构优化设计技术[M]．北京：机械工业出版社，2008．于开平，周传平，等.HyperMesh 从入门到精通 [M].北京：科学出版社，2005.

 

Research and development for template define tools of simulation analysis report based on HyperView

 

Che Yu   Mi Xiaozhen

 

Abstract：There exists a good deal of tedious and repeated work during post processing generation simulation analysis report aiming at simulation analysis of Development of new models in High-speed train manufacture enterprises. Which makes analysts take lots of time and effort on the repeated operation resulting in inefficiency of design analysis that affects the development progress still further. To overcome such drawbacks, CRH3 250A car body is taken as research object in this article, TCL/TK language is used to conduct secondary development for finite element post processing software HyperView. Static strength simulation analysis Workflow model is refined and made by thorough study on simulation analysis process of static strength, which guides beginners well and reduces human error; analytical process repetitive operation is reduced, by tooling etc of typical operation and customization of report template, Experience and Knowledge of domain experts is inherited, the information’s sharing and reusing is improved, design proposal analysis and equality and efficiency of review is raised, really achieving the goal of designing and analyzing car body structure rapidly and shortening the developing cycle.

Keywords：Tcl /Tk; Secondary development; Simulation analysis workflow model; Customization of report template