基于知识的CAE后处理流程化平台关键技术（一）

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计算机辅助工程(Computer aided engineering，CAE)技术是实现汽车产品创新设计的重要技术保障。随着CAE技术水平的提升和汽车厂商对CAE认知能力的提高，在汽车产品研发中越来越多的零部件设计采用CAE技术，以保证结果的正确性、合理性和可靠性。同时，激烈的市场竞争导致汽车新车型开发周期越来越短。这是一对关于CAE分析任务量增多和整体工作时间缩短的矛盾，其核心和根本解决方案是大力提高CAE分析效率。
从企业实际应用情况来看，通过软、硬件升级，CAE前处理和求解器的效率都可得到不同程度提升，然而常规的CAE结果后处理分析，过分依赖于工程师的实际工程经验，不能通过简单的商业购买活动实现效率大幅提高。后处理分析经验是个人和组织经过长期积累而拥有的知识，是关于“Know-how”的“隐性知识”，具有不易用语言表达、传播困难等特点。如果这些隐性知识随着工程师的流动和转岗而流失，继任者将缺乏技术传承，使得企业CAE分析水平在低水平徘徊，难以持续进步。因此，企业在关注研发流程、研发标准等显性知识的同时，还需要关注其他隐性知识的处理，即隐性知识显性化。
本文通过分类、整理、特征归纳和共性提取等技术手段，讨论了基于知识的CAE后处理流程化平台的开发及相关实现。该平台应用的成功之处在于：
①平台把后处理操作过程、考察内容和分析知识通过模板技术融入到CAE软件中，让其以模板的形式将重复性工作交由计算机按预定流程自动完成，从而实现多种分析方案的快速分析和比较，大幅度提升了整体工作效率；
②即使缺乏经验的CAE工程师也可通过平台的知识模板顺利完成相关内容的后处理分析，并制定出符合企业标准的分析结果；
③建立的基于知识的后处理模板搜集、管理平台，既保证了分析经验和分析标准的有效传承，又增强了企业基于知识的积累，为形成企业标准和积累仿真分析知识提供了可靠途径；
④更重要的意义在于该平台的建立将CAE后处理分析不再局限于富有分析经验的CAE人员，部分工作甚至可以直接移交给产品设计工程师，这对于产品性能的改善，将会起到巨大的促进工作。
1 设计背景及开发目标
CAE软件是为了更好地帮助CAE工程师分析问题、解决实际工程项目而出现的，其主体是有限元软件，如ABAQUS、LSDYNA等，图1所示为CAE分析的一般步骤。

图1 CAE分析的一般步骤

图1中“后处理”和“分析”分别表示“软件后处理操作”和“后处理结果分析”，二者统称为“后处理过程”。常规模式下，“后处理过程”大约会占用全部分析时间的40％～60％，而其中“软件后处理操作”部分会占用到“后处理过程”时间的60％～75％。如何提高软件后处理操作的效率对于提升CAE整体分析效率起着至关重要的作用。
整体考察研发流程中仿真要求和过程后，发现后处理过程在较长周期中进行了大量重复性工作。以行人保护头部碰撞分析为例，如图2所示：头部模型分别在不同碰撞测试点对发动机罩盖进行碰撞恻，假设某研发周期中该车型一共需要考察6种不同的发动机罩盖布局(即6种方案)，每种方案测试点平均为24个，则针对该车型行人保护头部碰撞仿真分析一共需要进行6×24=124次重复程度极高的后处理操作(如显示加速度曲线、能量曲线、计算头部伤害值，以及获取关键值到电子表格中进行方案对比分析等)，若缺少可自动化操作的后处理平台支持，必将浪费大量的人力和时间。若考虑到整体研发周期中的多轮分析以及车型更替、升级等问题，则这种重复性劳动将变得难以忍受。

图2 行人保护头部碰撞考察点示意图

由上述分析可见，为了提高效率，预搭建的后处理平台需要具有如下功能：
(1)相同分析内容、不同分析方案下云图、曲线等内容的批量化独立显示和快速对比显示；
(2)相同分析内容、不同方案下关键数据的自动收集，并快速输出到电子表格中进行结果对比；
(3)能够形成分析内容的后处理知识，为不同方案的处理带来统一标准。
作为一个后处理分析平台，将会面对各种不同的分析项目，其所采取的分析流程和考察内容也各不相同，因此，为实现后处理的统一式操作，必然还要求平台具有如下特点：
(1)操作过程与具体分析内容、分析结果无关；
(2)后处理模板可自由定制、修改，同时拥有良好的模板升级和管理能力。
上述功能和特点就是本文后处理流程化平台的开发目标，也是该平台系统的需求定义。