基于专家知识的仿真分析模板

摘 要从铁路货车协同仿真分析的需求出发，探讨了基于专家知识的仿真分析模板的建立，使仿真分析方法标准化、规范化，有效缩短分析流程所需的时间、减少错误、提高分析结果的可信度和参考价值，并减轻仿真工程师的工作量，也是在设计工程师中普及仿真分析工作的一个有益尝试。

【关键词】铁路货车 协同 仿真分析 模板

知识管理是企业管理的一项重要内容，企业的成功越来越依赖于其所拥有的知识。然而对于一个企业而言，拥有和积累知识只是企业成功的基础，如何将知识融入到企业业务中并有效支撑研发活动则至关重要。因此当企业发展到一定阶段，必须要对知识进行总结、归纳、管理，并将知识规范化和标准化，以便作为今后工作的指导和依据，实现知识地系统性传承，从而使企业获得持续地成功。

近年来随着国内经济的持续高速增长，制造业更是实现了跨越式发展，铁路车辆制造企业在各个方面都得到了长足的进步，企业内部积累了大量的设计经验、仿真经验、试验经验等。铁路货车协同仿真分析平台正是基于多年来的仿真知识和流程规范建立的，其中仿真分析规范体系更是对仿真分析知识进行总结与应用，基于知识开发的仿真分析模板则是在应用仿真知识的探索过程中所进行的创新。

1 仿真分析模板介绍

仿真分析模板是一套计算机程序，基于NX CAE产品开发。它将某类或者某个系列零部件的仿真分析流程以及相关规范和标准固化在程序中，用户只需要进行少量的必要输入，就可以完成标准化的仿真分析过程和多次迭代，得到具有可比性的仿真分析结果。程序参照标准数据对仿真分析结果进行评价，得到明确的分析结论。

2 需求的提出

多年来，在重载快捷铁路货车关键零部件的仿真分析上积累了大量的成熟经验，对分析过程中的模型简化、网格划分、边界条件定义以及结果评价等均形成了企业自身的规范标准，并且经过了反复的试验验证，被证明是符合实际情况的。所以企业希望将零部件的初算交由设计工程师完成，当设计工程师完成初步设计，运用仿真分析模板，自行进行仿真分析计算，以确定零部件是否符合设计要求，如果分析结果不符合设计标准，设计工程师需要对设计进行修改，这个过程不需要仿真分析工程师的参与。当设计通过了仿真分析模板计算，设计工程师才能够将设计通过仿真分析平台提交给仿真分析工程师进行专业验证。

3 仿真分析模板建立

将重载快捷铁路货车产品进行分类，筛选出关键的零部件，这些零部件的分析方法有相应标准指导，长期以来积累了大量的分析经验，并在此基础上通过总结以往的分析经验、参照试验数据、借鉴其它行业的相关标准，总结制定了仿真分析指导书。

仿真分析模板则是以仿真分析指导书为蓝本进行设计：

（1）将设计指导书中的分析流程进行划分，使模板的每一个步骤均执行了明确的任务和输入输出内容。

（2）归纳出仿真分析过程中可能会发生变化的参数与保持不变的参数。不会发生变化的参数，则不体现在界面上，由模板默认设置。只为不确定的参数设计界面，由用户指定，此外模板还需要维护参数之间的关联关系，模板需要根据用户输入进行一定的推断，如同一零件的1/2模型与整模型的分析方案是不同的，如果用户以1/2模型来进行分析，那么分析方案要自动作出调整，载荷等也需要进行相应处理。

（3）模板设计要简化操作步骤，重新构建简洁的UI界面，比如用户选择过了某个对象，下次再对该对象进行操作时，则不再需要用户选择；或者如果要多次操作一个对象，那么可以将其合并在一个步骤中完成。通过这种方式可以实现多轮迭代。

基于以上设计思路，开发的仿真分析模板的界面如图2所示。

4 仿真分析模板的特性

仿真分析模板主要提供给设计工程师使用，其结果可以供仿真分析工程师参考，主要是因为它提供了以下特性：

4.1 标准化流程

仿真分析模板的流程每一个步骤是自动进行的，其每一个步骤也都是进行CAE分析必不可少的环节。对于流程的某一个步骤，虽然模板可能默认进行了必要的设置，但是基本上该步骤所要完成的任务是十分明确的，使用者会对仿真分析流程有清晰的认识并印象深刻。标准化的设置杜绝了遗漏和减少了人为的失误，使分析结果具有可比性和较高的参考价值。

4.2 简化输入与配置

因为仿真分析模板处理的是某一类或者某一系列的问题，所以仿真分析模板可以有针对性地提供优化的操作方式，将原本复杂的操作简单化，可以有效地提高效率。仿真分析模板精简了输入选项，省略了不必要的设置选项，这可使其具有良好的人机界面，杜绝了遗漏设置，大大降低了人为失误的几率。将标准数据融入模板，用户将不用再去查询标准数据值，也不用投入过多精力去理解标准中的公式及计算过程。

4.3 释放资源压力

设计结果的初算由设计工程师自己完成，并可在初算过程中对结构进行优化。由于无需仿真工程师的参与，减轻了仿真分析工程师的压力，也避免在设计工程师与仿真工程师之间进行设计、分析、修改、再分析、再修改等可能低效的沟通和无奈的等待。一方面仿真工程师从重复劳动中解放出来专注于复杂仿真分析活动，另一方面设计工程师对不良设计有了更加深刻的认识，使其在以后的设计工作中自觉地加以改进和避免。

5 仿真分析模板的扩展与深化应用

铁路货车仿真分析的两个主要应用是转向架与车体，在建立转向架侧架与摇枕仿真分析模板的基础上，根据产品在方案设计阶段进行快速验证的需要，进一步开发了车体的仿真分析模板，使复杂的车体结构分析流程化、标准化、并有效地提高了车体分析的效率。该车体仿真分析模板包括铁标与AAR分析标准，具有1/4、1/2及整车的分析类型。

车体的结构分析评价包括强度、刚度、疲劳等方面，而对于车体的焊缝疲劳仿真结果评价一直是一个难题，一方面是采用的标准种类较多，另一方面是一个车体上有许多焊缝，每条焊缝具有不同的类型，不同类型焊缝的疲劳计算准则也不同，因此如何批量地解决焊缝的定义（焊缝区域、位置、长度、焊缝类型）、焊接疲劳标准（AAR、BSI和IIW标准）的选用及批量焊缝计算与结果观察，始终是车体疲劳分析的难题。车体焊缝疲劳评价模板的开发与应用很好地解决了这些问题。

6 结束语

仿真分析不仅要求具有高效易用且功能强大的软件，更要企业自已总结经验，将仿真与试验结合，归纳提炼大量仿真数据、试验数据及相关标准，建立企业的仿真分析规范，这是一个企业CAE能力形成的标志。仿真分析模板建立的依据就是仿真分析规范，仿真分析规范是核心，仿真分析模板相当于对仿真分析规范的程序化、软件化。

仿真分析模板是重载快捷铁路货车协同仿真分析平台中仿真规范体系建设的一个大胆创新，是在设计工程师中普及仿真分析的一个有益的尝试，通过这种方式，将企业积累的知识和流程实现标准化、工具化，帮助企业充分利用有限的资源在保证研发质量的前提下高效地开展研发工作。

参考文献

[1]范国海，徐振东，马东等.齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司CAE分析规范体系建设项目报告[R].2009.

[2]Monica Schnitger.数字仿真迎接产品研发的挑战.Daratech白皮书[R].2003.

作者单位

1.齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司 信息技术部 黑龙江省齐齐哈尔市 161002

2.齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司 大连研发中心 辽宁省大连市 116052