為適應汽車工業發展的數字化、智慧化、電氣化和網聯化的核心發展趨勢，採用B/S架構，結合Apache/Tomcat框架結構和MySQL資料庫系統，設計開發了整車進排氣系統模擬自動化分析平臺。該平臺可以透過網頁介面與伺服器進行資訊互動，實現虛擬模擬全過程的自動化，包括生成體網格、邊界條件設定、計算設定、後處理、資料儲存，以及分析報告的生成和對比。平臺全自動模擬和手動模擬的計算結果完全一致，且能節約55%的人力資源。
在汽車開發過程中，需要對進、排氣2個系統進行很多輪次的虛擬模擬，而虛擬模擬流程複雜且每步都需要進行人工操作，會耗費大量的人力資源。常規的人工處理虛擬模擬技術已經無法很好地滿足當前快速研發的需求和汽車工業的核心發展趨勢。國內航空、計算機和建築領域在近幾年出現了一些和自動化平臺相關的研究［1-5］。文獻［2］中初步實現了航空領域的CFD軟體的自動測試，文獻［5］在資訊科技領域對資料中心進行自動化部署。基於此，文章設計了整車進排氣系統虛擬模擬自動化分析平臺。該平臺符合汽車行業的發展趨勢，在保證產品開發質量的同時節約了開發過程中所耗費的大量人力資源，提高了開發效率。
1 平臺方案設計
1。1 平臺功能
文章設計的整車進排氣系統虛擬模擬自動化分析平臺（以下簡稱平臺）主要對汽車進排氣系統在開發過程中的虛擬模擬分析實現自動化，即輸入起始檔案之後自動生成分析報告並自動發郵件通知使用者，使用者可隨時隨地透過網頁瀏覽並下載分析報告。
該平臺中進氣系統主要分析速度和壓降2個方面；排氣系統主要分析速度、壓降和溫度3個方面。使用者在進行虛擬分析時，結合不同的情況會有不同的起始檔案需求。本平臺允許虛擬模擬分析的4種起始點分別為：面網格檔案（*。hmascii）、體網格檔案（*。msh）、CASE檔案（*。cas）和Cas/Dat（*。cas/*。dat）檔案，不同的輸入形式都可以獲得同樣的分析結果。
本平臺同時支援本地工作站計算和伺服器計算2種計算方式。它會將使用者所提交的虛擬模擬分析任務存入後臺資料庫，並對所有虛擬模擬分析任務進行統一管理，允許使用者隨時隨地透過網頁查詢資料、查閱報告，且對不同的專案資料進行對比，形成固定格式的對比報告。
1。2 平臺框架
本平臺基於網際網路技術搭建，平臺部署在Linux伺服器上，終端使用者可透過本地PC上的網路瀏覽器訪問平臺，進行虛擬模擬分析。本平臺的框架搭建分為專業模擬模組、基礎資源系統模組和框架基礎功能模組三部分，如圖1所示。
圖1 整車進排氣系統模擬平臺基本框架
專業模擬系統由各模擬計算模組構成，即整車進氣和排氣系統模擬模組，專業模擬模組都有專業的應用介面，引導使用者快速完成模擬計算過程；基礎資源系統主要是對各個專業模組進行後臺資料的維護和儲存，主要有車型平臺、模擬材料、計算工況等基礎庫；框架基礎功能模組包括系統管理、任務管理和個人工作臺三部分，該模組已經考慮了後續專業模擬模組的可能擴充套件方向，採用統一標準，柔性設計，具有較強的相容性。
1。3 執行流程
使用者透過Web網頁登陸進入平臺後，選擇所需要的系統及相應車型平臺引數並建立分析任務，選擇相應的計算起始點，之後上傳相應的輸入檔案，設定相應的邊界條件引數和計算引數，選擇計算方式，最後提交任務。如果選擇伺服器端計算方式，則直接進行後續計算、後處理及自動生成報告，並透過郵件通知使用者計算完成；如果選擇本地工作站計算方式，則下載相關檔案到使用者本地電腦自動執行run。bat檔案，後續直接自動進行計算和生成結果。計算完成後將結果資料透過網頁再上傳到伺服器，會自動生成分析報告。
整個平臺的執行流程，如圖2所示。
圖2 整車進排氣系統模擬平臺執行流程截圖
1。4 平臺部署環境
本平臺同時考慮了伺服器和客戶端2種計算情況。當用戶建立完專案後，可選擇在伺服器進行計算，或者下載到使用者的個人工作站進行計算。採用這種方式給予了使用者更多的選擇空間，同時也提高了個人工作站的資源利用效率。
伺服器端部署的環境為：Linux Redhat6。5作業系統；Tomcat/Apache Web伺服器；MySQL資料庫系統；HTML/JAVA/CSS/SHELL開發語言；LiberOffice軟體；Fluent18。0計算軟體。伺服器的硬體最低配置為：64 G記憶體，24個CPU核以及1 T的硬碟資源。
客戶端的作業系統可以為WIN7或者WIN10，瀏覽器建議為IE11。0或者Google，目前考慮的最佳解析度範圍為1 600×900～1 920×1 200，其相容了筆記本和工作站的解析度範圍。
2 資料庫設計
MySQL是一種開放原始碼的關聯資料庫管理系統，採用標準化語言訪問資料庫，具備體積小、速度快等特點。基於以上特點，本平臺採用MySQL作為後臺資料庫，對儲存使用者資訊、角色許可權、計算檔案和結果檔案等資訊進行統一管理，一共有57張資料表，如圖3所示。
圖3 MySQL資料庫表顯示介面
限於篇幅，文章列舉主要的資料庫表進行解釋。
1）使用者資訊表：主要包含使用者賬戶、真實姓名、密碼、電話、郵箱、所屬部門、許可權角色等資訊，其中郵箱資訊用於計算完成時透過郵箱通知使用者。
2）車型平臺資訊列表：車型平臺資訊主要包含平臺名稱、車型名稱、車型年份、發動機、變速箱、驅動形式、左右駕及專案節點共8個欄位資訊，其中平臺名稱和車型名稱之間是相關聯的。
3）任務資訊表：主要包含任務ID、名稱、所屬模組、狀態、使用者、開始時間、結束時間、結果檔案及log資訊等。其中任務狀態有已建立、已提交、計算中和已完成4種，計算過程的資訊可以點選log檔案進行檢視。
4）進排氣系統基礎邊界條件表：主要有進排氣系統的體網格和麵網格的邊界條件設定。其中體網格主要包含了體網格型別和材料；面網格包含了進口邊界條件、出口邊界條件及壁面邊界條件等設定。
5）許可權角色表：本平臺對每一個專業模組和基礎資料庫模組都進行了許可權管理。只有當用戶被賦予某個模組的管理員角色時，該使用者才有權進行該模組的後臺資料管理。
6）材料引數表：主要有固體材料引數表和流體材料引數表，分別記錄了在進排氣分析中所需要用到的所有材料的相關引數。
本平臺透過標準的SQL語言，可以對各個資料表執行查詢、新增、刪除的操作。
3 網頁介面設計
本平臺基於IE瀏覽器登入，使用者透過登入頁面輸入正確的使用者名稱、密碼和驗證碼後進入主介面。主介面的左側為導航欄，右側為導航欄相對應的頁面顯示區，如圖4所示。左側的導航欄主要有個人工作臺、模擬應用系統、模擬任務管理、模擬資源管理、系統管理共五部分。點選每個導航按鈕，可以進入各功能模組對應的主介面，每個部分的頁面見3。1～3。5節。
圖4 整車進排氣系統仿真個人工作臺頁面
3。1 個人工作臺
個人工作臺頁面，如圖4所示，主要由個人任務資訊、任務統計資訊和系統公告資訊三部分組成。
1）個人任務資訊：顯示當前登陸使用者提交且完成的最新的5條任務，點選檢視結果可以跳轉到分析任務的結果頁面。
2）任務統計資訊：顯示起始和終止時間段內各個分類的任務數量，選擇起止時間和分類種類後可檢視任務數量。分類種類主要有計算狀態（已建立、計算中、已終止和已完成）、計算方式（本地、伺服器和PBS）和計算模組（整車進氣系統和整車排氣系統）3種。
3）系統公告資訊：在當前使用者的角色許可權或者資料被更高級別的使用者修改後，相關的資訊會在該處顯示，提示使用者相關的更改資訊。
3。2 模擬應用系統
模擬應用系統頁面是各個專業分析模組的入口頁面，使用者根據被賦予的許可權可以進入到相應的模組中。
當用戶將滑鼠定位到各個專業模組時，每個模組下面的說明會自動彈出，讓使用者對該專業模組有直觀的瞭解。整車進排氣系統模擬應用系統頁面，如圖5所示。若使用者沒有該模組的許可權，點選該模組會提示沒有許可權進入。頁面過5 s後會自動返回之前的頁面。
圖5 整車進排氣系統模擬應用系統頁面
3。2。1 整車進氣系統
點選底盤進氣系統模組進入到該專業模擬模組，其完整的流程包括建立任務、體網格生成、邊界條件設定、計算求解設定、計算結果顯示5步。限於篇幅，文章只顯示計算結果顯示的頁面，如圖6所示。
圖6 整車進氣系統計算結果顯示頁面
3。2。2 整車排氣系統
點選底盤排氣系統模組進入到該專業模擬模組，其完整的流程包括建立任務、體網格生成、材料模型設定、邊界條件設定、計算求解設定、計算結果顯示6步。限於篇幅，文章只顯示計算結果顯示的頁面，如圖7所示。
圖7 整車排氣系統計算結果顯示頁面
3。3 模擬任務管理
模擬任務管理頁面對任務的處理有如下功能：複製、刪除、停止、恢復、上傳、重新整理、搜尋、分頁條和任務顯示，如圖8所示。
圖8 整車進排氣系統模擬任務管理頁面
複製：只複製任務資料，不復制計算結果，新複製的任務狀態為已建立；刪除：主要用於刪除不必要的任務，已提交和已建立狀態的任務不能刪除；停止：計算中的任務可以點選停止按鈕來停止任務；恢復：對已停止的任務點選恢復按鈕可使任務重新開始計算；上傳：當本地計算完成後，選擇該任務並點選上傳按鈕，可以將本地的計算結果上傳到伺服器中，用於後處理和報告生成；重新整理：更新所有的任務狀態；搜尋：在搜尋框輸入要搜尋的內容，點選搜尋對任務列表進行過濾，可以對任務ID、任務名稱、所屬模組、任務狀態、計算方式及建立人進行搜尋；分頁條：每頁顯示的條目有5，10，20，30，50 條，共 5 種選擇，且可以跳轉到任意頁面，點選相應的頁面資料也可以跳轉到對應的頁面。
3。4 模擬資源管理
模擬資源管理是針對各個專業模擬模組所需要的後臺資料進行管理。目前主要有車型平臺庫、模擬材料庫和基礎資料庫，如圖9所示。每個模擬資源庫都支援在頁面上進行資料的新增、刪除和更新操作。這樣便於管理員進行資料的管理和維護。
圖9 整車排氣系統模擬資源管理頁面
3。4。1 車型平臺庫
車型平臺資訊有平臺名稱、車型名稱、車型年份、發動機名稱、變速箱、驅動形式、左右駕、專案節點共8個欄位。
3。4。2 模擬材料庫
模擬材料庫是針對各個專業模擬模組所需要用到的材料進行管理。可以根據檔案匯入匯出進行材料庫的資訊更新。當前材料庫主要有流體材料和固體材料。流體材料引數主要有：材料編號、名稱、密度計算方法、密度、比熱容、導熱係數和粘性係數；固體材料引數主要有：材料編號、材料名稱、密度、比熱容和導熱係數。
3。4。3 基礎資料庫
基礎資料管理按照每個專業模擬模組所涉及到零件的邊界條件進行分類和管理，包括計算分析的體網格型別和麵網格的邊界條件型別和引數。
3。5 系統管理
系統管理是針對整個系統的使用者角色和使用者資訊進行管理。本平臺對於每個使用的系統都進行了許可權的設定，根據使用者使用許可權的不同進行角色區分；使用者管理是對於已建立的使用者資訊進行管理，主要管理的資訊為使用者賬戶、使用者密碼、確認密碼、真實姓名、電話號碼、電子郵箱、所屬部門、使用者角色資訊，並上傳使用者頭像。
4 平臺應用
4。1 平臺結果驗證
本平臺搭建完成之後，需要對計算出來的結果進行準確度校正，以保證平臺自動化分析的結果和人工手動分析出來的結果一致。為此，文章對比了進氣和排氣系統的分析結果，限於篇幅，僅列出少部分零件結果，如表1所示。
表1 整車排氣系統結果比較
在對比的分析工況中，平臺和人工計算的起始檔案（面網格）和計算輸入都是一致的。從表1可以看出，平臺分析得出的結果和人工手動分析的結果完全一致，說明本平臺的分析結果是可靠的。
4。2 平臺收益
整車進排氣CAE分析流程主要有幾何生成面網格、體網格生成、邊界條件設定、機器計算、後處理及報告生成6個過程，其中的計算過程由機器完成，其餘均需要手動介入，其各自的過程佔整個過程的時間比例，如圖10所示。本平臺已經完成了需人工介入的5個過程的自動化，使其可全部由計算機完成，自動化後，人工所佔的比例將由之前的80%降低至25%。
圖10 整車進排氣系統每步虛擬分析流程時間佔比
5 結論
本平臺實現了從面網格到報告的全自動生成，部署在B/S架構，方便軟體的安裝和使用者的使用，初步實現了虛擬模擬的移動辦公。平臺以使用者的使用需求出發，頁面設計和模擬模組劃分清晰，使用者操作簡單便利。平臺的計算結果與人工的結果完全一致，結果可靠，從而節約了人力資源，並便於資料統計和查詢。平臺建立了MySQL資料庫表、管理平臺，自動統計分析任務的相關資料，各模擬模組的分析資料互聯互通，實現了虛擬模擬技術經驗的傳遞並且為將來的大資料、智慧計算、多學科互聯最佳化的開發打下了基礎。
作者 | 李華（泛亞汽車技術中心有限公司），來源 | 汽車NVH之家
