一种高集成的仿真工具模块化封装方法

技术领域

本发明涉及工程仿真分析领域，具体涉及一种高集成的仿真工具模块化封装方法。

背景技术

工程仿真多学科优化分析时，涉及的仿真学科、仿真软件、硬件类型越来越多。仿真工程师使用的仿真工具可能不统一，且使用不同的仿真工具时有不同的操作步骤和流程，且完成单一的性能仿真分析工作也需要调用多个仿真工具配合完成。用户在进行多学科优化分析时，由于使用的仿真工具不统一，需要对调用的仿真工具进行单独的学习，并且需要通过单独编写脚本来实现调用，且脚本地可复用性差。这就造成了仿真工程师开展工作的难度和复杂性，甚至会导致多学科仿真优化无法联合进行。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种高集成的仿真工具模块化封装方法，本发明对CAE仿真分析中涉及的仿真软件和硬件资源进行高级抽象封装，支持对底层软硬件资源的灵活调用，本发明为仿真工程师屏蔽了底层软件和硬件差异化细节，降低了性能仿真分析工作的复杂度，有利于仿真工作中的快速启动或仿真流程中的快速集成。

技术方案：本发明的一种高集成的仿真工具模块化封装方法，包括以下步骤：

步骤S01、确定待封装的仿真工具，待封装的仿真工具包括仿真工具信息、控制参数信息和输入输出信息，然后将仿真工具信息、相关库文件、用户脚本进行标准化封装，生成标准化的描述文件和package文件包，接着对仿真工具、控制参数和输入输出进行高级抽象和标准化封装，形成包括模块定义、工具定义、输入数据、输出数据、运行参数、控制参数以及界面参数在内的高集成性的标准模块；

步骤S02、利用标准的仿真分析xml文件模板，生成描述文件；所述描述文件包括仿真工具、控制参数以及输入输出；

步骤S03、将仿真工具相关库文件和用户脚本添加到指定文件夹；

步骤S04、响应用户操作指令，对描述文件和仿真工具文件夹进行打包得到封装模块，封装后的package文件包括：module.xml文件、libraries文件夹、scripts文件夹和resource文件夹；所述module.xml文件即描述文件，所述libraries文件夹包括仿真工具相关的软件或绑定硬件信息的库文件，所述scripts文件夹包括用户模块事务处理的脚本文件，所述resource文件夹是指打包成仿真工具package用到的资源文件。

进一步地，所述仿真工具信息包括模块定义和工具定义；模块定义是指封装有仿真工具的模块化信息，包括名称、显示、调用方式，当外部调用时通过模块定义进行匹配；工具定义是指封装好的仿真工具的相关信息，包括工具名称、工具类型、工具路径，模块启动或外部调用启动进程时使用；其中封装好的仿真工具包括模块内封装的仿真软件或硬件资源，例如有限元前后处理软件、求解器以及高性能计算HPC硬件资源等。有限元前后处理软件是指对仿真模型或结果进行处理的CAE软件，求解器是指对包含有限元计算方法的对仿真模型进行矩阵求解的计算软件，高性能计算HPC硬件资源是指仿真计算过程中要使用的计算集群信息，CPU个数或者内存大小。

进一步地，所述控制参数信息包括运行参数、控制参数和界面参数；所述运行参数是仿真工具运行时需要添加的参数或脚本(参数和脚本可以根据封装的仿真工具不同而作区分，也可提取到界面上由用户进行设置)；所述控制参数为封装模块状态控制参数，包括状态控制参数和数据控制参数，通过控制参数来控制封装模块的运行状态和数据流的输入输出；所述界面参数是封装好的仿真模块提供给用户的界面展示，用户通过在界面上对封装好的模块进行参数的修改设置所需界面，将封装的模块定义、工具定义、输入数据、输出数据、运行参数、控制参数都提取到用户界面上生成对应的控件，然后再进行集成或调用。

进一步地，所述状态控制参数是指启动仿真工具后直接结束，还是进行进程阻塞，等待信号再作输出；所述数据控制参数控制封装模块的数据流的输入输出和上传下载。

进一步地，所述输入输出信息包括输入数据和输出数据，所述输入数据是封装模块的输入模型数据，可以是单个仿真模型文件，也可以是单个主文件和多个include文件，根据封装不同仿真工具涉及的输入数据类型不同，输入数据分为基于Nastran的nas/bdf/dat文件、基于Abaqus的inp/dat文件以及基于Dyna的k/key/dyn文件等；所述输出数据是封装模块的输出结果数据，可以是处理后的计算模型，计算后的仿真结果，后处理提取的数值、图表、动画，自动化生成的报告，作为输出流，输入给下一个封装模块或者共给外部程序调用。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)、本发明通过对CAE仿真分析中涉及的仿真工具进行封装，自动化的生成package文件包，实现对仿真工具底层软硬件资源的灵活调用；封装好的描述文件包可以直接导入工程仿真多学科优化软件，使得多学科仿真模块能实现联合形成整体流程。

(2)、本发明针对不同的仿真工具(包括仿真软件和硬件资源)，通过该高集成的仿真工具模块化封装方法，对CAE仿真分析中涉及的仿真软件和硬件资源进行高级抽象封装，将仿真工具的使用和调用方法一致化，支持对底层软硬件资源的灵活调用。

(3)、本发明为仿真工程师屏蔽了底层软件和硬件差异化细节。从而，降低了性能仿真分析工作的复杂度，有利于仿真工作中的快速启动或仿真流程中的快速集成。

(4)、用户通过界面参数，将封装的模块定义、工具定义、输入数据、输出数据、运行参数、控制参数都提取到用户界面上生成对应的控件，从而使得用户使用或集成仿真工具时更加直观、高效和合理，并且用户可以通过配置设置自己需要的用户界面，更好的满足了仿真工具使用的简便程度和个性化需求。

附图说明

图1为本发明的整体封装流程图；

图2为本发明一实施例中的模块示意图；

图3为本发明一实施例中描述文件格式示意图；

图4为本发明一实施例中封装文件结构图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示，本实施例的高集成的仿真工具模块化封装方法，包括以下步骤：

步骤S01、确定待封装的仿真工具，待封装的仿真工具包括仿真工具信息、控制参数信息和输入输出信息，然后将仿真工具信息、相关库文件、用户脚本进行标准化封装，生成标准化的描述文件和package文件包，接着对仿真工具、控制参数和输入输出进行高级抽象和标准化封装，形成高集成性的标准模块；其中，如图2所示，本实施例的仿真工具信息包含模块定义1和工具定义2；控制参数信息包含运行参数7、控制参数8和界面参数9；输入输出信息包含输入数据3和输出数据5，上述输入数据是指封装模块的输入模型数据4。

步骤S02、利用标准的仿真分析xml文件模板，生成描述文件；所述描述文件包括仿真工具、控制参数以及输入输出；

如图3所示，本实施例描述文件module.xml文件至少包含仿真工具、控制参数、输入输出等内容。生成描述文件的过程包括：

通过字段Module定义模块定义信息、模块的名称与模块的仿真类型；在字段Tool中说明了仿真工具的信息、路径等。

通过字段Parameter和Control中分别定义模块的运行参数和控制参数。运行参数7中根据不同的仿真软件存在不同的参数选择，例如-i表示模型文件的输入，-b表示仿真工具后台启动，-script表示仿真工具对脚本的调用；控制参数8中包括状态控制参数和数据控制参数，状态控制参数Signal控制启动仿真工具后直接结束还是进行进程阻塞，Signal＝0时，进程直接结束，Signal＝1时进程阻塞等待信号再作输出；数据控制参数控制封装模块的数据流的输入和输出，Upload控制数据的上传，Download控制数据的下载。

通过字段GUI定义模块的界面参数，用户可以将封装的模块定义、工具定义、运行参数、控制参数都提取到用户界面上生成对应的控件，对控件类型进行了详细的定义和描述，用户可以将封装的参数提取至界面生成控件，控件可以分为多种类型，例如0-Label,1-Input Line,2-Button,3Combox,4-SpinBox,5-CheckBox,6-RadioBox,7-TreeView,8-ListView,9-ProcessBar,10-GroupBox等，用户可以根据需求进行个性化的配置和提取。另外，为输入输出信息，即输入数据、输出数据，在界面上预留了用户接口。

步骤S03、将仿真工具相关库文件(包括与仿真软件或绑定硬件信息的库文件)和用户脚本添加到指定文件夹。

步骤S04、响应用户操作指令，对描述文件和仿真工具文件夹进行打包得到封装模块。如图4所示，本实施例封装后的package文件包括：module.xml文件、libraries文件夹、scripts文件夹和resource文件夹；所述module.xml文件即描述文件，所述libraries文件夹包括仿真工具相关的软件或绑定硬件信息的库文件，所述scripts文件夹包括用户模块事务处理的脚本文件，所述resource文件夹是指打包成仿真工具package用到的资源文件。

package中必须包括描述文件和libraries文件，同时用户还可以将其它信息文件一块打包至package中。如果用户的操作指令未选中其它待打包文件，响应操作指令对描述文件和库文件进行打包以得到封装模块package。

通过上述实施例可以看出，通过本发明的高集成的仿真工具模块化封装方法，只需要确定待封装的仿真工具，针对性能仿真分析工作的需求，将仿真工具信息、相关的库文件、用户脚本进行标准化封装生成标准化的描述文件，对涉及的仿真工具、控制参数、输入输出等进行高级抽象，自动化的生成package文件包。也就是说，仿真工程师只需关注封装好的描述文件包，无需关注到代码级别，极大地降低了性能仿真分析工作的复杂度，减少了开发和学习成本。封装好的package文件包可以直接导入工程仿真多学科优化软件，使得多学科仿真模块能实现联合形成整体流程；将多种仿真软件和硬件资源的差异化接口封装为统一的抽象接口，使用户在学习调用和使用的方式上保持一致性，对外只存在通过界面参数生成的操作控件。

另外，将输入数据在封装模块中交由仿真工具直接处理，根据运行参数和控制参数对启动的进程进行控制，最终输出数据到外部或者给另外一个模块调用，实现了数据面向用户且整个过程与底层软硬件资源无关的逻辑，使得用户操作更简洁，安全性更好，学习和使用效率显著提高。