一种仿真分析方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种仿真分析方法及装置。

背景技术

仿真是指利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。模型可以是物理的和数学的，还可以是动态的和静态的。仿真广泛的应用于电气、机械、化工、水力、热力等领域。通过仿真分析可有效的了解产品的实际缺陷，将风险控制在生产制造前期的设计阶段。目前对于零件产品的仿真普遍都是以三维设计的理想尺寸为输入，得到的仿真结果是一个理想状态值。但是由于生产工艺的限制，实际产品往往无法达到理想尺寸。因此，基于目前的仿真结果无法准确的判断生产产品的实际性能。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种仿真分析方法及装置，能够更加准确的模拟实际生产的目标产品性能情况，为前期的优化调整提供的重要的参考基础。

第一方面，本申请通过一实施例提供如下技术方案：

一种仿真分析方法，包括：

获取目标产品的产品三维模型；根据预设的尺寸公差和所述产品三维模型，构建有限元仿真模型；根据所述有限元仿真模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果；根据所述多组仿真结果对所述产品三维模型进行修正，获得产品模型。

可选的，所述根据预设的尺寸公差和所述产品三维模型，构建有限元仿真模型，包括：

将所述尺寸公差和所述产品三维模型输入有限元分析软件，构建带有所述尺寸公差的所述有限元仿真模型。

可选的，所述根据所述有限元仿真模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果，包括：

对所述有限元仿真模型进行网格划分，并限制材料、边界条件和载荷，获得分析模型；根据所述分析模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果。

可选的，所述根据所述分析模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果，包括：

针对所述分析模型的每个部件，根据所述尺寸公差确定所述部件的每个特征的第一特征尺寸和第二特征尺寸；对所述部件的多个特征的第一特征尺寸或第二特征尺寸进行组合，获得所述分析模型的多个计算模型；根据所述分析模型的多个计算模型，获得所述多组仿真结果。

可选的，所述根据所述多组仿真结果对所述产品三维模型进行修正，获得产品模型，包括：

从所述多组仿真结果中，确定出公差上限和/或下限对应的目标仿真结果；判断所述目标仿真结果是否满足预设条件；若是，则确定所述产品三维模型符合设计要求；若否，则根据所述目标仿真结果，对所述产品三维模型进行修正；并根据修正后的所述产品三维模型和所述尺寸公差继续进行仿真模拟，迭代至所述产品三维模型符合设计要求。

可选的，所述对所述产品三维模型进行修正，包括：

调整所述产品三维模型中的单元长度和/或单元厚度。

第二方面，基于同一发明构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：

一种仿真分析装置，其特征在于，包括：

第一构建模块，用于获取目标产品的产品三维模型；第二构建模块，用于根据预设的尺寸公差和所述产品三维模型，构建有限元仿真模型；仿真模块，用于根据所述有限元仿真模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果；分析修正模块，用于根据所述多组仿真结果对所述产品三维模型进行修正，获得产品模型。

可选的，所述第二构建模块，具体用于：

将所述尺寸公差和所述产品三维模型输入有限元分析软件，构建带有所述尺寸公差的所述有限元仿真模型。

可选的，所述仿真模块，具体用于：

对所述有限元仿真模型进行网格划分，并限制材料、边界条件和载荷，获得分析模型；根据所述分析模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果。

第三方面，基于同一发明构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所述方法的步骤。

本法发明实施例中的一种仿真分析方法及装置，通过获取目标产品的产品三维模型，根据预设的尺寸公差和产品三维模型，构建有限元仿真模型；然后，根据有限元仿真模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果；这样可在尺寸公差的范围内确定多个仿真结果，使得仿真结果可更加准确的展现目标产品的实际生产情况；最后，根据多组仿真结果，对产品三维模型进行修正，就可得到更加准确的产品模型，基于该产品三维模型进行投产也能够得到符合设计性能的目标产品。因此，本发明实施例的仿真分析方法能够更加准确的模拟实际生产的目标产品性能情况，为前期的优化调整提供的重要的参考基础。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示出了本发明第一实施例提供的一种仿真分析方法的流程图；

图2示出了本发明第一实施例提供的一种仿真分析方法的循环迭代示意图；

图3示出了本发明第二实施例提供的一种仿真分析装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

第一实施例

请参见图1，图1示出了本发明第一实施例提供的一种仿真分析方法的流程图。所述仿真分析方法包括如下的步骤：

步骤S10：获取目标产品的产品三维模型。

在步骤S10中，目标产品是指需要进行仿真的产品，包括但不限于：生产制造过程中的使用的易疲劳件、损耗件，需要进行性能测试的产品，等等。目标产品的三维模型可根据产品的规格和要求进行设计制作，例如，通过Solid works、UG、PROE等商业软件构建产品三维模型并保存。也可通过对标准的产品进行三维扫描构建模型。

步骤S20：根据预设的尺寸公差和所述产品三维模型，构建有限元仿真模型。

在步骤S20中，可使用已有的有限元软件构建有限元仿真模型，例如可使用的有限元商业软件包括但不限于ANSYS、ADINA、ABAQUS以及MSC。进一步的，可在有限元软件上扩展连接三维模型软件的接口，当需要三维模型软件中完成产品三维模型构建之后可导出到有限元软件中。在现有的方案，进行有限元仿真的时候仅仅是针对标准的三维模型进行仿真模拟，这会导致得到的仿真结果只能针对标准的产品。但是在实际生产中往往很难得到标准产品，因此在本实施例中在有限元仿真模型的构建阶段加入尺寸公差，也即将预设的尺寸公差与产品三维模型输入到有限元软件中，构建带有尺寸公差的有限元仿真模型。预设的尺寸公差可根据产品生产或设计要求确定，例如，某个部件的标准尺寸为10cm，允许的生产误差为±0.1cm，那么预设的尺寸公差为0.2。

可以理解的是，在构建有限元模型的时候可在尺寸公差范围内可确定多个有限元计算模型，以代表实际生产过程中目标产品可能出现的尺寸情况，有限元计算模型的数量可根据实际的仿真模拟需求进行设定，每个有限元计算模型可对应输出一组仿真结果。由有限元模型确定多个有限元计算模型的时候，可为常用的商业软件完成。

步骤S30：根据所述有限元仿真模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果。

在步骤S30中，具体的，构建得到有限元仿真模型后，还需要对有限元仿真模型进行网格划分，并设置有限元仿真模型的材料、边界条件和载荷，获得分析模型。随后可基于该分析模型进行仿真模拟分析，得到多组仿真结果。由于该分析模型是带有尺寸公差的仿真模型，在进行仿真模拟的时候，可根据模拟的精度要求，在尺寸公差范围内进行多组仿真模拟，从而得到多组仿真结果。

仿真计算时，二次开发的仿真算法将识别到的由于公差形成的不同尺寸的不同部件、不同特征进行排列组合。例如，分别取一个特征的尺寸公差上限和公差下限就将形成两组计算模型，在同一部件中又有多个特征尺寸，将它们都取上公差下限再做排列组合就得到多组计算模型，同时计算，最终获得多组仿真结果。多组仿真结果中不仅可包含标准尺寸的产品三维模型对应的仿真结果，还可包含尺寸公差范围内的仿真结果，这样就可真实的反应实际生产过程中得到的非完全标准的产品的性能进行分析判断。

具体的，针对分析模型的每个部件，首先，可根据尺寸公差确定部件的每个特征的第一特征尺寸和第二特征尺寸。也即，每个特征的第一特征尺寸和第二特征尺寸均在该特征的尺寸公差范围内；此外，还可对该特征确定更多不同的特征尺寸。但在本实施例中，可基于该特征对应的尺寸公差的公差上限确定第一特征尺寸，基于该特征对应的尺寸公差的公差下限确定第二特征尺寸；使得第一尺寸和第二尺寸分别为两个最大偏差的尺寸，可保证仿真模拟结果可代表最大的尺寸公差情况，同时避免取较多的特征尺寸产生过大的计算量。

进一步的，对部件的多个特征的第一特征尺寸或第二特征尺寸进行组合，可获得分析模型的多个计算模型；例如，分析模型中的一个部件具有特征A和特征B，可将特征A的第一特征尺寸和特征B的第二特征尺寸进行组合，得到一计算模型；将特征A的第二特征尺寸和特征A的第一特征尺寸进行组合，得到另一计算模型；此外，还可增加一各个部件的特征均为标准尺寸的计算模型。最后，根据分析模型的多个计算模型进行仿真计算，就可获得多组仿真结果。

部件的特征包括但不限于部件长度、部件厚度、部件之间的结构角度、倒角等等。

需要说明的是，在本实施例中对有限元模型进行网格划分，设置材料、边界条件和载荷为本领域技术人员所熟知的，针对不同的目标产品网格划分的参数以及对应的材料、边界条件和载荷均存在不同，本领域技术人员可适应性的修改，本实施例中对该部分不再进行赘述。

还需要说明的是，在设置好有限元仿真模型的材料、边界条件和载荷等后，提交分析计算时，可能会出现错误；错误的类型包括但不限于，材料参数错误、网格类型错误、各部件间的接触错误等等；在计算时可对这些错误进行逐个排查和修改，也可根据软件所提示的错误类型进行对应修改，本实施例中不再赘述。

步骤S40：根据所述多组仿真结果对所述产品三维模型进行修正，获得产品模型。

为了保证根据设计的产品三维模型进行生产能够得到性能符合要求的目标产品。本实施在步骤S40中，需要先对多组仿真结果进行判断，基于判断结果对产品三维模型进行修正，具体判断过程如下：

步骤S41：从所述多组仿真结果中，确定出公差上限和/或下限对应的目标仿真结果。

步骤S42：判断所述目标仿真结果是否满足预设条件。

步骤S43：若是，则确定所述产品三维模型符合设计要求。

步骤S44：若否，则根据所述目标仿真结果，对所述产品三维模型进行修正；并根据修正后的所述产品三维模型和所述尺寸公差继续进行仿真模拟，迭代至所述产品三维模型符合设计要求。

在步骤S41中，判断仿真结果的准确性，可优选地的判断尺寸边界值对应的目标产品性能是否符合设计要求。本实施例中具有三种情况，第一种，由尺寸下限所决定的目标产品的性能是否合格，此时，可仅从多组仿真结果中确定出公差下限对应的目标仿真结果。第二种，由尺寸上限所决定的目标产品的性能是否合格，此时，可仅从多组仿真结果中确定出公差上限对应的目标仿真结果。第三种，由尺寸上限和下限共同所决定的目标产品的性能是否合格，此时，可仅从多组仿真结果中确定出公差上限和下限对应的两组目标仿真结果。

在步骤S42中，预设条件为目标产品设计要求的界限值。例如，产品断裂最小受力值、最小强度、硬度范围、承载最小电流、等等。判断的方式可如下：当预设条件为需要大于一预设的界限值时，判断方式可为目标仿真结果与预设的界限值的大小比较；当预设条件为需要落入预设的数值范围时，判断方式可为判断目标仿真结果是否位于该数值范围内。

在步骤S43中，当目标仿真结果满足预设条件时，说明产品三维模型在生产过程中考虑到存在的尺寸公差情况时也符合设计要求，此时可结束仿真。按照此时的产品三维模型的参数进行生产。

在步骤S44中，当目标仿真结果不满足预设条件时，说明产品三维模型在考虑尺寸公差情况时不能符合生产要求，需要对产品三维模型进行优化更改，然后再次进行步骤S10-S40的仿真模拟分析，并循环优化产品三维模型的设计参数，直到对产品三维模型调整后能够使得带有公差尺寸的有限元仿真模型在仿真模拟后得到的多组仿真结果均能够满足预设条件为止，以此时的产品三维模型作为用于参照进行生产目标产品的产品模型，如图2所示。

对产品三维模型调整时，首先，可获取产品三维模型中不符合设计要求的目标特征；若某一部件不符合预设条件，通过分析可针对性的调整该部件的特定的一些特征来使其满足预设条件，可将这些需要调整的特征确定为不符合设计要求的目标特征。针对每个目标特征，按照对应的预设调整步长调整所述目标特征的标准尺寸；例如，当目标产品的一部件为条形结构件时，目标特征为厚度时，预设条件为需要满足的最小强度时，目标仿真结果小于该最小强度，则说明产品三维模型存在强度缺陷，可进行厚度调整，可按照对应的厚度调整步长对该部件的厚度进行增大；又如，当目标产品的一部件为条形结构件时，预设条件为需要满足不超过最大的弹性模量时，目标仿真结果大于该最大的弹性模量，则说明产品三维模型存在弹性缺陷，可进行厚度调整，可按照对应的厚度调整步长对该部件的厚度进行减小。此外，当目标特征为倒角大小时，若倒角过小，可按照对应的倒角调整步长对倒角进行增大；等等。

需要说明的是，目标产品为多部件的产品时，步骤S40中的每组仿真结果包含有目标产品中的每个部件对应的仿真数据，对应的预设条件中也包含每个部件对应的子条件。在进行判断时，可分别判断每个部件对应的仿真数据是否满足该部件对应的子条件。得到判断结果后，分别针对不符合设计要求的部件进行特征调整。进一步的，调整过程可针对产品三维模型的每个部件设置对应的调整步长，在步骤S40中判断出不符合设计要求的部件进行自动迭代调整，直至得到符合要求的产品三维模型。通过上述步骤在尺寸公差范围内进行自动迭代调整，可实现对目标产品的各个部件进行仿真模拟，展现其生产后可能出现的实际性能，并且能够针对目标产品的不同部件进行针对性的优化，使得最终生产的产品符合设计要求。

最后，本领域技术人员可根据产品模型、仿真过程、仿真结果进行报告编写，用于指导生产。

综上所述，本法实施例中的一种仿真分析方法，通过获取目标产品的产品三维模型，根据预设的尺寸公差和产品三维模型，构建有限元仿真模型；然后，根据有限元仿真模型进行仿真模拟，获得多组仿真结果；这样可在尺寸公差的范围内确定多个仿真结果，使得仿真结果可更加准确的展现目标产品的实际生产情况；最后，根据多组仿真结果，对产品三维模型进行修正，就可得到更加准确的产品模型，基于该产品模型进行投产也能够得到符合设计性能的目标产品。可见本实施例的仿真分析方法能够更加准确的模拟实际生产的目标产品性能情况，为前期的优化调整提供的重要的参考基础。

第二实施例

请参阅图3，基于同一发明构思，本发明第二实施例提供了一种仿真分析装置300。所述仿真分析装置300，包括：

第一构建模块301，用于获取目标产品的产品三维模型；第二构建模块302，用于根据预设的尺寸公差和所述产品三维模型，构建有限元仿真模型；仿真模块303，用于根据所述有限元仿真模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果；分析修正模块304，用于根据所述多组仿真结果对所述产品三维模型进行修正，获得产品模型。

作为一种可选的实施方式，所述第二构建模块302，具体用于：

将所述尺寸公差和所述产品三维模型输入有限元分析软件，构建带有所述尺寸公差的所述有限元仿真模型。

作为一种可选的实施方式，所述仿真模块303，具体用于：

对所述有限元仿真模型进行网格划分，并对所述有限元仿真模型限制材料、边界条件和载荷，获得分析模型；根据所述分析模型在所述尺寸公差范围内进行仿真模拟，获得多组仿真结果。

作为一种可选的实施方式，所述仿真模块303，还具体用于：

针对所述分析模型的每个部件，根据所述尺寸公差确定所述部件的每个特征的第一特征尺寸和第二特征尺寸；对所述部件的多个特征的第一特征尺寸或第二特征尺寸进行组合，获得所述分析模型的多个计算模型；根据所述分析模型的多个计算模型，获得所述多组仿真结果。

作为一种可选的实施方式，所述分析修正模块304，具体用于：

从所述多组仿真结果中，确定出公差上限和/或下限对应的目标仿真结果；判断所述目标仿真结果是否满足预设条件；若是，则确定所述产品三维模型符合设计要求；若否，则根据所述目标仿真结果，对所述产品三维模型进行修正；并根据修正后的所述产品三维模型和所述尺寸公差继续进行仿真模拟，迭代至所述产品三维模型符合设计要求。

作为一种可选的实施方式，所述分析修正模块304，具体用于：

获取所述产品三维模型中不符合设计要求的目标特征；针对每个所述目标特征，按照对应的预设调整步长调整所述目标特征的标准尺寸。

需要说明的是，本发明实施例所提供的仿真分析装置300，其具体实现及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

第三实施例

基于同一发明构思，本发明第三实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所述方法的步骤。

需要说明的是，本发明实施例所提供的计算机可读存储介质中，其上存储的计算机程序被处理器执行时实现的每个步骤所产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处可参考前述方法实施例中相应内容。

本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。