基于CAESAM框架的强度自动化分析平台设计数据格式研究

邹新煌　徐思文　宫兆鸿



基于CAESAM框架的强度自动化分析平台设计数据格式研究

邹新煌1徐思文1宫兆鸿2

1.上海飞机设计研究院；2.西门子工业软件（北京）有限公司

邹新煌（1983-）男，汉族，籍贯广东，2007年7月毕业于北京航空航天大学，同年进入上海飞机设计研究院，从事飞机机身结构强度设计工作至今，现任机身强度室副主任；徐思文（1987-）男，汉族，籍贯安徽，2015年7月毕业于北京航空航天大学，同年进入上海飞机设计研究院，从事飞机机身结构强度设计工作至今；宫兆洪（1983-）男，汉族，籍贯山东，现就职于西门子工业软件（北京）有限公司，主要从事CAESAM平台的开发工作。

行业曲线

CAESAM框架是广泛应用于空客和国内主要飞机研发单位的基础软件平台构架，其原有的设计数据存储文件是以结构化文档xml文件存储设计数据的CZM文件，存在可读性差、文件无法打开等问题。本文在基于CAESAM框架的强度自动化分析平台研发过程中，提出了以普通文本文件和excel文件存储设计数据的CMM文件方案，以替代原CZM文件方案，解决了CZM文件存在的问题，增强了设计数据的可读性，实现了对设计数据的便捷修改。

研究背景

强度自动化分析平台是上海飞机设计研究院与西门子工业软件（北京）有限公司合作开发的、基于CAESAM框架的软件平台，用于对民用飞机结构进行强度分析。CAESAM框架作为底层软件平台框架，广泛应用于国内外主要飞机设计单位，如空客、一飞院、650所等。该框架采用CZM文件进行设计数据存储，设计数据是指设计员在使用软件平台进行分析过程中建立的分析以及设置的各类参数，这些数据需要通过特定类型的数据格式文件存储于电脑硬盘中，供设计员进行拷贝、移动、编辑等。而作为CAESAM框架存储设计数据的CZM文件，其主体是结构化的xml文件，常出现在平台中无法打开的问题，使设计数据的存储存在安全隐患。

因此，本文对基于CAESAM框架的强度自动化分析平台设计数据格式展开研究，寻找一种新的设计数据存储文件代替CZM文件。

研究方案

问题分析

CZM文件以结构化文档xml文件存储设计数据，由于这种结构化文档的数据存储格式固定，对设计数据的格式要求非常高，格式稍有变化就可能导致文件在平台中无法打开，而这种xml文件由大量的代码构成，见图1，可读性差，设计员无法对其进行适应性更改使其可以在平台中正常打开，因此CZM文件的主要问题有两个：

1）其使用的xml文件，数据存储格式固定，对数据变化的适应性较差；

2）xml文件由大量代码构成，主要用来存储数据，不方便查询，可读性差。

这使设计数据的存储存在安全隐患，带来工作反复、降低工作效率的问题。例如，在强度自动化设计平台一期项目开发完成后的测试过程中，设计员需要对平台进行反复测试、修改、更新，由于常出现测试用的CZM文件无法打开的问题，使得更新后的平台需要重新设置参数进行测试，为测试带来大量的重复工作，导致原本计划三个月完成的测试工作持续了将近半年。

解决措施

针对CZM文件存在的问题，解决的方案有很多，任何扩展性强、数据查询方便的文件格式，都可以用于替代xml文件存储设计数据。但考虑到应用的普遍性和设计员的使用习惯，本文采用txt文本文件和excel表格文件这两种最常用的文件格式，开发出新的CMM文件来替代CZM文件。

CMM文件是可在强度自动化分析平台中保存或打开的一种压缩文件，它通过七个子文件存储设计员在强度分析过程中产生的各类设计数据。在开发CMM文件中，我们建立了一套Mapping File机制，即映射文件机制，主要功能是通过txt格式文件和excel文件记录设计员的输入、编辑等操作信息。映射文件包括如下五个：

MappingSE2FE.txt

记录有限元模型中FE单元与平台中结构元SE的映射关系，结构元SE即Structural Element，是CAESAM平台分析的基本单元，由导入平台的有限元模型FE单元转换而来；

MappingsSEA2SE.txt

记录结构元SE与结构元组合SEA的关系，结构元组合SEA即Structural ElementAssembly，是若干具有特定位置关系的SE组合。

Group.txt

记录组中所包含的SE、SEA以及分析等对象。

MappingEO.xls

记录SE单元的EO属性，EO是Engineering Object的缩写，即工程对象，是CAESAM用于接收用户输入参数的接口，SE单元的EO主要为结构元的通用属性，如板厚、材料、截面等，其主要作用在于存储有限元模型中的参数，作为首次导入平台后模型的初始值，平台通过此映射文件记录用户在SE单元的EO中编辑的参数。此外，EO属性中还记录了内力解数据库的信息，平台导入此信息后可自动连接到指定的数据库。

MappingAnalysis.xls

记录Analysis的EO属性，Analysis即分析方法模块，是强度自动化分析平台的核心内容，包含根据分析工作需要建立的定制化分析方法。分析方法模块中的EO属性为特定属性，因分析方法模块不同而不同，主要包含截面、材料、连接、边界、载荷等属性参数。平台通过此映射文件记录设计员在平台中建立的分析方法模块及在其EO中输入的参数。

CMM文件中除了以上五个映射文件外，还包含有限元模型文件.bdf文件和log.txt文件。模型文件记录了飞机结构有限元模型的单元和属性等信息，是强度分析平台的初始输入数据源；log.txt文件记录了设计员保存或更新CMM文件时的用户名、电脑IP、更新时间、平台版本等信息，方便设计员对CMM文件进行历史追溯。

图1　xml文件用文本文档打开时显示的内容

解决效果

在CMM文件完成开发后，强度自动化分析平台在近一年的使用过程中没有出现过CMM文件无法打开的问题，基本解决了原CZM文件存在的问题。同时，得益于文本文件和excel文件的易读性和易操作性，设计员常采用直接打开CMM文件中的excel文件进行参数批量编辑操作，快速完成参数修改后，再在平台中打开CMM文件、进行分析运算，这大大提高了修改灵活性和操作速度，提高了工作效率。

结语

本文通过对基于CAESAM框架的强度自动化分析平台原设计数据存储文件CZM文件可读性差和无法打开的问题进行深入研究，提出了一种适用于强度自动化分析平台保存设计数据的CMM文件方案，解决了CZM文件存在的问题，提高了对设计数据编辑的灵活性，并在上海飞机设计研究院的型号工作得到有效验证。此研究成果可推广至以CAESAM框架为基础开发的强度分析平台。

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.034