1、背景

 目前CAE技术已经成为汽车研发的关键工具，CAE分析可加速优化设计、驱动问题的快速整改，从而实现研发成本的降低和研发周期的缩短。

 每个整车车型的研发过程中，大约需要4-5轮CAE分析，每轮分析所包含的分析项通常在400项以上。国内整车企业的CAE团队一般只有几十人的规模，要同时承担多个车型的开发，工作任务相当繁重。而且大多数分析项需要进行繁琐的操作和复杂的参数设置，易发生人为错误，也不利于企业分析经验的传承。

 开发CAE自动化工具后，用户只需输入简单指令，计算机便能够按照规范要求自动完成各种复杂操作，自动设置根据经验提炼出的各项参数。从而将繁琐的人工操作转化为自动实现。

 2、总体思路

 （1）技术方案选择

 整车企业的CAE分析项中，80%以上是有限元结构分析，涉及强度疲劳、NVH、碰撞安全等领域，而有限元科技代理的Hypermesh是汽车行业最常用的有限元前处理软件。汽车结构有限元分析一般都是在HyperMesh中完成网格划分、模型连接、边界条件设置、分析参数设置等各项工作，然后导出输入文件并提交求解。工程师做结构分析，绝大多数工时都是消耗在Hypermesh操作上。

 HyperMesh也提供了用户子程序的接口，利用TCL脚本语言，可进行二次开发，实现功能扩展。

 因此，我们技术方案选定为基于TCL语言在HyperMesh平台上二次开发。利用TCL语言组合各种HyperMesh命令，形成TCL程序脚本。在HyperMesh环境中调用该脚本，就能按照指定次序自动执行多步命令，从而将CAE工程师的各种操作转化为计算机自动操作，实现CAE流程自动化，达到提升效率和规范操作的目的。

 （2）开发理念

 CAE自动化工具的开发理念是追求简洁高效和实用，最大限度地提升工作效率和质量。不追求所有环节的自动化，而是针对重复性劳动最多和最易发生人为错误的工作环节进行开发。自动化工具应尽量减少用户的操作步骤，尽量将参数设置固化，尽量避免使用复杂的用户界面。自动化工具还应具备一定的容错能力，允许用户进行必要的人工干预。

 （3）技术路线

 首先要选择多个已完成或在研的项目，统计各工作项所耗的工时和出错率，依此来确定自动化工具的开发重点。

 对于目标工作项，需要解读相关技术规范和总结多个项目的经验，确定正确的操作步骤和有良好通用性的参数设置，然后确定每步操作和设置所执行的HyperMesh命令。

 用TCL语言编写程序，按需求调用各种HyperMesh命令，建立初步的程序脚本。必要时利用TCL扩展的TK工具箱建立图形对话框，嵌入到程序脚本，实现与用户的交互。

 初步开发完成后，应由多名工程师将初步开发的工具程序试用于实际项目，对其易用性、效率和准确度进行对比评估。根据评估结果进一步优化程序功能、用户界面、操作步骤和参数设置。

 （4）用户界面

 自动化工具的界面应尽量简洁。如图1所示，可以在Hypermesh用户页面下建立多个宏按钮，每个按钮对应一个TCL脚本。点击该按钮即开始执行程序脚本。

图1CAE自动化工具界面

 3、建模自动化工具

 每轮整车有限元建模大约需要工时1400个，而且有限元结构分析中的人为错误至少有60%来源于建模阶段，所以建模流程自动化应该作为我们的工作重点。当然，建模自动化工具的开发难度也远大于分析自动化工具。

 （1）功能模块规划

 建模自动化工具的关键在于四个功能模块：自动划分网格、自动读取BOM表中的材料及厚度、自动为组件赋属性、自动生成焊点连接。开发出这四个功能模块后，用户只需进行简单的操作，计算机便可自动完成繁琐重复的建模工作。

 对于一个完整的整车建模过程，包括接收数据（CATIA数据及BOM表）、数据导入Hypermesh软件、模型检查、网格划分、属性赋值、模型组装、建立焊点等几个部分。利用建模自动化工具的基本工作流程如下图2所示，只有开始的接受数据、导入Hypermesh和检查几何模型需要人工操作，其他环节都可以自动实现。每轮整车建模所需工时可由1400个小时以上缩减至400个小时，建模出错率将减少80%以上。

图2自动化建模基本过程

 （2）自动划分网格

 网格划分自动化工具基本要求：在弹出的组件面板中选定需要划分网格的组件，即能按照预设的网格尺寸和质量要求，完成网格划分和网格质量优化工作；程序所有操作均应在HyperMesh主界面下完成；网格划分完成后，模型应保持原有的装配层级关系。

 网格自动化工具调用Hypermesh自带的Batchmesher模块，同时应允许用户自由设定网格尺寸。

 （3）自动读取BOM表中的材料及厚度

 自动读BOM表工具基本要求：在弹出的组件面板中指定多个组件，然后根据提示用户指定相关BOM表文件(Excel格式)，程序即自动读取BOM表中的材料牌号和料厚数据，并将材料牌号和料厚信息在组件命名中体现。

 例如A201车型的件号为5401286的钣金件，Hypermesh中相应的组件初始命名为N5401286，程序根据组件命名，在BOM中查找该钣金件的材料牌号和料厚，将这个组件改名为N5401286_A201_00150_01_DC01。其中00150指的是料厚1.5mm，DC01为材料牌号，这两个数据是从BOM中读取的。

 对于有些整车企业，准确的料厚不是由BOM提供，而是在几何数据中体现。此时就需要设法调用Hypermesh中的相关指令，根据钣金件几何数据自动测定料厚，识别出的料厚同样应在组件命名中体现。

 （4）自动为组件赋属性

 自动赋属性工具基本要求：在弹出的组件面板中选择多个组件，即可自动为组件创建同名属性，并根据组件名称中的材料牌号和料厚信息，自动完成组件属性的材料和厚度设置。

 例如组件N5401286_A201_00150_01_DC01，程序为其自动生成一个名称同为N5401286_A201_00150_01_DC01属性，并识别出料厚为1.5mm，材料为DC01，搜索HyperMesh模型中名为DC01的材料（如果没有则新建一种材料），最后自动将材料卡片编号和料厚信息写入属性中。

 自动赋属性工具应能适用于Nastran、Abaqus和LsDyna等多种常用求解器。

 （5）自动生成焊点

 整车网格划分工作通常是分配多名工程师，分别完成网格划分后再汇总到一起，原始的装配关系很可能就不存在了。所以首先应该开发一个工具模块，能够根据Catia几何模型的装配关系重新调整HyperMesh模型的装配关系，确保装配关系正确。

 Catia焊点几何一般都在Part命名中体现焊点层数和所连接的部件。焊点自动生成工具应提示用户选择存放Catia焊点几何的组件，计算机即提取每个焊点的层数和连接关系信息，然后生成焊点Connector。

 4、分析自动化工具

 （1）优先开发的分析项

 我们应该优先选择实施频繁或者操作复杂的常规分析项进行开发，如表1。

表1建议重点开发的分析项

 选定开发目标后，应在充分调研CAE工程师实际需求的基础上，确定程序的功能、运行流程和操作界面，并且在实施项目工作中反复调试优化。

 一般说来，开发完成后，相应分析项的操作时间可减少90%以上。

 （2）分析自动化工具示例

 如白车身安装点刚度分析，每次分析我们要操作六十多个安装点。如图3所示，每个安装点都要逐个建立局部坐标系，施加法向力，建立载荷集、载荷步，设置结果输出选项。耗时较长，易出错。采用自动化工具后，用户只需鼠标选中所有安装点，即可自动按规范要求完成上述操作，从而使操作效率有几十倍的提升。

图3白车身安装点刚度分析操作步骤

 再如白车身料厚灵敏度分析。白车身一共有数百个钣金件，需要对每个钣金件分别建立设计变量并完成各种设置。灵敏度分析完成后，需要逐个查看零件号，人工对比哪个零件灵敏度高。所以通常只能选择几十个钣金件进行分析，并不能准确找到白车身灵敏度较高零件。采用自动化工具，只需要鼠标圈选白车身所有钣金件，就可以一次对几百个钣金件进行灵敏度分析，工具程序还能自动对分析结果进行可视化后处理，如图4所示，让用户能够直观查看灵敏度高区域。从而使工程师操作时间由30小时减少到1小时左右。

图4灵敏度分析结果可视化处理

 （3）几点建议

 自动化工具的目标用户应是有一定经验的CAE专业人员。开发时不应该追求CAE工作的傻瓜化，而是着眼于提升专业人员的工作效率和质量。分析结果的评价和优化方案的提出仍然依赖于工程师的理论和经验。

 TCL程序应简洁高效。尽量选择宏按钮方式，减少复杂用户界面；应当充分组合利用hypermesh内置的各种命令，TCL程序本身不应做复杂的运算；不追求完全自动化，而是实现人工操作与计算机自动化的流畅结合。

 二次开发能力应在团队所有成员中推广。团队中少数成员承担关键工具程序的开发工作；其他成员应能够根据需要修改已发布工具程序或做简单的开发。

 5、应用前景

 CAE自动化工具不仅提高了工作效率，还确保按照规范要求执行操作，因此可减少人为错误发生的机率，提升分析结果的准确性。

 常规的CAE建模和分析工作实现自动化，可推动CAE工程师的工作重点向非常规和创造性的工作转移。

 企业在CAE分析操作技巧和参数设置方面通常都有多年的经验积累，这些经验可封装到自动化工具中，从而实现经验的固化和传承。CAE工程师只要按照规定的步骤进行简单操作就能进行实际项目工作，所以初级工程师也能完成高难度的分析项。

 基于Hypermesh开发的自动化工具程序易于安装，只需把程序文本拷贝到指定目录下。其操作方式也易掌握，大部分情况下，用户只需进行数次鼠标点击，工具程序即能自动完成各种操作。因此我们开发的自动化工具不仅适用于CAE专业工程师，未来也可在考虑其它专业（例如车身设计、底盘设计）适当推广。

如有CAE业务的需要请联系电话：13723451508，咨询QQ：215370757

本文出自深圳有限元科技有限公司cae软件专业网站：http://www.feaworks.org 转载请注明