基于Hype rm esh的客車側(cè)翻分析自動化流程開發(fā)

丁　濤，胡銘旭，朱鏡齊

（比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東深圳518118）

基于Hype rm esh的客車側(cè)翻分析自動化流程開發(fā)

丁濤，胡銘旭，朱鏡齊

（比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東深圳518118）

客車側(cè)翻仿真分析模數(shù)較大，CAE建模較為復(fù)雜耗時。本文基于Hypermesh前處理軟件利用TCL/ TK語言進行二次開發(fā)，編寫客車側(cè)翻分析的自動化流程程序；利用此程序可以快速建模，提高效率，極大地加快了仿真分析的進度。

客車側(cè)翻；CAE分析；二次開發(fā)；自動化流程；Hypermesh

客車設(shè)計開發(fā)中，側(cè)翻分析是對客車的上部結(jié)構(gòu)強度進行校核［1］。運用CAE對整個客車骨架的強度進行校核，可以節(jié)省開發(fā)周期和研發(fā)成本［2］。然而對于整個客車來說，其擁有巨量的數(shù)模數(shù)據(jù)，在利用CAE軟件進行分析時，整車模型的前處理工作量巨大，嚴重降低了工程師的工作效率，不利于研發(fā)進度的提升。做CAE分析時，Hypermesh前處理軟件功能雖然強大，但做客車側(cè)翻仿真分析時，仍然顯得效率低下?；贖ypermesh，利用TCL/TK語言對其進行二次開發(fā)，編制客車側(cè)翻仿真分析的流程化程序，不僅提高了工作效率，而且利于客車側(cè)翻仿真分析的標準化。

1　自動化流程開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

1.1命令流的獲取

在運行Hypermesh前處理工具時，用戶進行的每一步操作都會記錄在名叫command的文件之中。Hypermesh為用戶提供豐富的功能函數(shù)，主要有兩種：其一是“*”命令函數(shù)，如*shrink（2）；其二是“hm”命令函數(shù)，它們是TCL/TK commands，如hm_entitylistentityTypelist-Type［3］。用戶可在進行完某步驟操作時，前往command文件查找對應(yīng)的命令流，其中的命令函數(shù)可以與Hypermesh中的數(shù)據(jù)庫進行通訊。Hypermesh支持的二次開發(fā)語言為TCL/TK，用戶可以將命令利用TCL/TK語言整合起來獲得簡單程序，以實現(xiàn)自動化運行。

1.2交互界面的創(chuàng)建

TCL（Tool Command Language）是一種工具命令的腳本語言，能夠非常方便地向應(yīng)用程序添加其解釋器。TK是TCL的圖形界面工具包，用于定義TCL命令、創(chuàng)建和操縱用戶界面部件［4］。

在二次開發(fā)程序中，通常需要定制較為方便的參數(shù)輸入界面。利用TK創(chuàng)建交互界面非常方便，其具有可編輯性強的特點，較為合理的人機交互界面使得程序的可操作性大大增強。同時，在Hyperworks軟件里面，也內(nèi)置了GUI［5］命令函數(shù)，如：：hwt：：createWindow win_name？options？。使用此類命令可創(chuàng)建窗口［6］，快捷地實現(xiàn)人機交互界面的創(chuàng)建。

1.3 CAE流程的創(chuàng)建

Hyperworks軟件提供了可供流程開發(fā)的工具：Process Studio［7］，二次開發(fā)人員可在此平臺上開發(fā)CAE流程自動化程序。一般來說，針對某個特定的CAE分析方案，要想將其開發(fā)成CAE流程自動化程序，首先必須結(jié)合自己想要實現(xiàn)的方式分析其可行性，再將此CAE分析方案分為若干個步驟，那么這個流程就由這若干個步驟組成。針對每個步驟，設(shè)置相應(yīng)的任務(wù)，對各任務(wù)編寫相應(yīng)的交互界面和小程序逐步實現(xiàn)自動化。最后，在Process Studio工具中將各個步驟的自動化程序組合開發(fā)，形成整體CAE流程自動化程序。初步完成的流程自動化程序需要在Process Manager里面運行調(diào)試，反復(fù)驗證直到滿足預(yù)期目標為止。圖1是整個CAE流程自動化程序的開發(fā)流程圖。

2　客車側(cè)翻分析自動化流程開發(fā)

2.1流程創(chuàng)建工具

流程化的CAE仿真程序使得CAE仿真分析時能流程化地處理問題，不僅使得整個分析過程有章可循，而且能夠讓分析變得更加規(guī)范統(tǒng)一，避免了因為不同分析者的分析結(jié)果產(chǎn)生巨大差異。編寫的流程樹Process Tree［8］文件，加載后在Hypermesh的標簽區(qū)會顯示完整的步驟流程，可視化程度高。

流程樹編輯工具ProcessStudio簡單易學、應(yīng)用方便，其包括了編輯所用的應(yīng)用功能區(qū)、交互界面編輯區(qū)、應(yīng)用功能屬性編輯區(qū)等。二次開發(fā)人員可根據(jù)自己的意愿靈活編輯流程。在流程樹方面，Process Studio提供了Folder與Task兩種基本的流程樹組成元素，其可以編輯成的流程樹結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2客車側(cè)翻分析流程架構(gòu)

客車側(cè)翻分析與一般的CAE分析一樣，包括三個部分：前處理、求解、后處理。對于較為復(fù)雜的CAE分析，前處理通常在專業(yè)的前處理軟件中進行，然后導(dǎo)入求解器求解，最后在后處理軟件中處理計算結(jié)果。這樣不但質(zhì)量較高，而且效率明顯提升?？蛙噦?cè)翻仿真分析由于數(shù)模量巨大，處理起來相對復(fù)雜，通常將其前處理工作放在專業(yè)前處理軟件中進行較為合適［9］。本客車側(cè)翻仿真分析流程是針對前處理而言，基于Hypermesh前處理軟件進行開發(fā)。

客車側(cè)翻仿真分析的前處理包括幾何導(dǎo)入Hypermesh、幾何清理、網(wǎng)格劃分、連接模擬、材料屬性賦予、整車配重、接觸設(shè)置、邊界條件載荷加載等。為了讓整個流程樹能夠簡潔明了，將整個流程拆分成若干個步驟。流程樹設(shè)置了三個Folder，分別是Folder of Pre、Folder of Cons&Loads、Folder of Solve；每個Folder里面設(shè)置了若干個Task。整個客車側(cè)翻仿真前處理流程樹的架構(gòu)如圖3所示。

2.3程序交互界面

客車側(cè)翻分析流程樹程序加載后在Hypermesh標簽區(qū)的界面如圖4所示。

從標簽區(qū)界面的流程樹可以看到，在每個Folder里面有若干Task，在Task前面有個小方框“□”。當用戶完成了對應(yīng)的任務(wù)之后，小方框前面會顯示“√”；若創(chuàng)建失敗，則會顯示“×”。當上一任務(wù)完成之后，點擊主菜單欄交互界面的Next按鈕，則會跳轉(zhuǎn)到下一任務(wù)；若需要進入上一任務(wù)，可點擊Pre按鈕。用戶若想直接進入其中某一任務(wù)，也可在標簽區(qū)界面直接點擊相應(yīng)Task任務(wù)進入。

流程樹程序的每個Task里面設(shè)置了若干個自動化功能，大部分的功能都實現(xiàn)了一鍵自動創(chuàng)建完成，極大地提高了程序處理的自動化程度，提高了效率。為了讓使用者能夠更加熟悉交互界面，開發(fā)的程序交互界面接近原Hypermesh主菜單區(qū)界面風格。用戶根據(jù)需要點擊交互界面上面的功能按鈕，程序便會自動運行，完成創(chuàng)建。整個模型材料屬性的交互界面僅設(shè)置兩個功能按鈕，用戶只需一鍵點擊按鈕automat&prop即可快速自動創(chuàng)建整個模型的材料屬性。

在流程樹的某些任務(wù)里面設(shè)置的功能是半自動化實現(xiàn)的，如整車配重的功能按鈕。此功能是通過拋撒質(zhì)量點的方式完成整車配重與整車質(zhì)心調(diào)整。當用戶點擊按鈕automass按鈕，首先會跳出單元選取界面；當選取完單元區(qū)域，點擊proceed按鈕，會跳轉(zhuǎn)到提示輸入需要拋撒的總質(zhì)量的交互界面，輸入后點擊proceed按鈕，跳轉(zhuǎn)到輸入相應(yīng)存放質(zhì)量點的component名稱的交互界面，至此，完成了一個配重任務(wù)。

2.4自動化流程與常規(guī)方法效率對比

客車整車側(cè)翻仿真分析較為復(fù)雜，又因整車數(shù)模量大，整個模型的創(chuàng)建非常耗時。從事CAE仿真分析建模熟練的老員工較新員工效率更高，因此，研究的樣本選擇擁有3年以上建模經(jīng)驗的老員工6名，參與整車側(cè)翻仿真分析建模的時間統(tǒng)計，包括使用自動化流程的建模與常規(guī)方法建模。經(jīng)過驗證，使用自動化流程建模的效率較常規(guī)方法建模的效率提高明顯，而且分析的結(jié)果一致性高。針對兩種方法的耗時統(tǒng)計如表1所示。

從表1可以看到，使用自動化流程建模所耗時較常規(guī)方法建模時間明顯減少，使用流程自動化方法期間減少了62.23%～73.38%，效率提高了很多，降低了客車側(cè)翻仿真分析的勞動強度，提高了項目效率。

3　結(jié)束語

流程化的客車側(cè)翻仿真程序不僅流程樹簡潔、任務(wù)順序安排得當、可視化程度高，而且也有利于新員工對仿真過程的熟悉理解。其較為接近原Hypermesh界面風格的交互界面設(shè)置，讓工程師更容易上手。使用自動化流程進行客車側(cè)翻仿真分析，可以明顯提升建模速度，節(jié)省了大量時間，加快了項目進度。流程自動化程序?qū)⒅貜?fù)低效的前處理任務(wù)進行自動化創(chuàng)建，有效地降低了工程師的勞動量，同時也有利于分析的標準化與統(tǒng)一。

表1　自動化流程與常規(guī)方法耗時對比

［1］全國汽車標準化技術(shù)委員會.客車上部結(jié)構(gòu)強度要求及試驗方法：GB 17578-2013［S］.北京：中國標準出版社，2013.

［2］鄭國君，門永新，胡平，等.基于知識的CAE后處理流程化平臺關(guān)鍵技術(shù)［J］.機械工程學報，2011（17）：112-118.

［3］曹文鋼，范超.基于HyperWorks的CAE流程自動化系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)［J］.工程圖學學報，2011（1）：16-21.

［4］Brent，B.Welch.Tcl/Tk組合教程［M］.2版.王道義，喬陶鵬，等，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2001.

［5］蘇占龍，王霄，劉會霞，等.汽車覆蓋件CAE抗凹分析流程自動化系統(tǒng)研究［J］.機電工程，2015（2）：196-200.

［6］張鵬，王麗娟.基于UIDL和Tcl/Tk的ANSYS圖形用戶界面二次開發(fā)［J］.蘭州交通大學學報，2013（3）：82-85.

［7］米小珍，李惠萍，王楓.仿真分析中材料定義與重用工具的設(shè)計與開發(fā)［J］.機械設(shè)計與制造，2012（12）：106-108.

［8］孫靜，黃雪飛，李惠萍，等.基于HyperWorks的流程自動化系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用［J］.鐵路計算機應(yīng)用，2012（12）：30-33.

［9］陸天宇，孔嘯.基于TCL語言的CAE流程自動化系統(tǒng)設(shè)計［J］.制造業(yè)自動化，2012（1）：3-6.

修改稿日期：2016-01-25

Development of Automation Process on Coach Rollover Analysis Based on Hypermesh

Ding Tao，Hu Mingxu，Zhu Jingqi
（BYD Automobile IndustryCo.，Ltd，Shenzhen518118，China）

The model data of coach rollover simulation analysis are greater，the CAE model creating is complex and time-consuming.The authors use TCL/TK language to do secondary development and to program the automatic process on the coach rollover analysis based on the pre-treatment software Hypermesh.Using this program can quickly create model，improve the efficiency and highly promote the schedule of CAE analysis.

coach rollover；CAE analysis；secondary development；automation process；Hypermesh

U461.91

B

1006-3331（2016）03-0010-03

丁濤（1986-），男，碩士；結(jié)構(gòu)分析工程師；主要從事新能源客車結(jié)構(gòu)分析工作。