MSC.PCL語言在產品優化設計中的應用

上海日立電器有限公司技術開發中心 宋國航 童振華

(上海市浦東金橋出口加工區云橋路1051號 郵編：201206)

摘 要：

在產品開發和優化過程中，新產品的零件模型需要經常進行設計更改和修正，而且需要對每一次更改進行分析和性能預測，這是一個不斷更改和分析的過程。如果利用PCL語言，開發者通過編程創建客戶化界面窗口，實現模型的讀入、劃分網格、定義材料特性、施加載荷和實現分析等反復功能，就會大大方便工作，提高工作效率，事半功倍，具有很高的實用價值。

關鍵詞：優化 PCL語言 客戶化

一、引言

美國MSC公司的Patran軟件平臺是世界一流的計算機輔助分析前后處理器，其基于世界領先的CAE并行工程概念，具有快速幾何建模、通用有限元網格劃分和方便的邊界條件和材料特性定義的前處理功能，以及強大的有限元分析結果可視化后處理功能。而PCL（MSC.Patran Command Language）命令語言是集成于MSC.Patran中的一個高級化、模塊化結構的全功能計算機編程語言和用戶自定義工具，類似于C語言和FORTRAN語言，具有標準C語言的幾乎全部功能，可以編制具有MSC.Patran風格特色的Motif界面或生成專用應用程序，如提供了豐富的表格和菜單庫，供用戶集成自編開發的分析程序或特定的圖形界面于MSC.Patran軟件系統中。同時，PCL語言提供的表格生成功能使得用戶自編的PCL函數能夠通過按鈕等部件選項來執行。

我們公司是國內生產空調壓縮機的重要企業。在市場全球化的戰略發展下，公司將繼續從“規模、品種、技術、手段”四個方面領先的綜合優勢去積極構筑第二個戰略平臺，努力成為全球供應商。成為全球供應商就必然面臨全球化競爭的挑戰，必須具有參與全球化競爭的能力。因此，我們公司非常重視技術開發的投入，不斷開發和優化產品。在產品開發和優化過程中，新產品的零件模型需要經常進行設計更改和修正，而且需要對每一次更改進行分析和性能預測，這是一個不斷更改和分析的過程。如果利用PCL語言，開發者通過編程創建客戶化界面窗口，實現模型的讀入、劃分網格、定義材料特性、施加載荷和實現分析等反復功能，就會大大方便工作，提高工作效率，事半功倍，具有很高的實用價值。

二、應用過程

在MSC軟件Patran和Nastran的長期使用分析過程中，開發人員不斷總結經驗，尋找最佳工作方案，提高自己的工作效率和工作質量，以便有利于新產品的開發進度和質量。在新產品某型號壓縮機的開發過程中，需要對曲軸零件進行優化設計和比較分析。由于優化設計方案比較多，而且需要與其它相似零件進行分析比較，因此，工作比較繁復和緊張。所以，在此開發優化過程中，使用PCL語言，進行編制了客戶化界面和自定義功能，使得繁復的工作簡單化和統一化，大大方便了工作，也降低了設計周期。

在PCL應用過程中，首先根據設計方案建立產品的多種CAD仿真模型，并根據設計要求對某CAD模型進行CAE分析；然后，編制客戶化界面，界面上的按鈕等部件具有的自定義功能與CAE分析的步驟相關聯；最后，通過客戶化界面提供的功能，繼續對其它設計模型進行CAE分析，結合Patran的系統環境，完成對分析結果的研究及產品的性能預測。在客戶化界面上，根據CAE分析步驟，設計了相應的按鈕部件，其包含了相關的PCL命令和函數，點擊按鈕，就可執行PCL命令，完成所需功能。

應用流程框圖如下： 客戶化界面如下圖：

由于在新產品的優化設計中，需要有較多的優化設計方案，因此也有較多的產品CAD模型，所以需要對各種CAD模型進行CAE分析，并且進行結果分析和性能預測。

讀入CAD模型的Patran界面，如下圖：

應用PCL命令和函數來實現讀入CAD模型的過程，部件的功能程序如下：

function button3()

INTEGER uil_file_import_ps_tr_xmt_count(5)

INTEGER uil_file_import_ps_patran_count(4)

REAL uil_file_import_ps_tr_model_tol(2)

p3_ug_xmt_import( "D:\sgh-bb\cae-test\part1.x_t", "", "express.opt", TRUE, 0, @

uil_file_import_ps_tr_xmt_count, uil_file_import_ps_patran_count, @

uil_file_import_ps_tr_model_tol )

uil_toolbar.shaded_smooth( )

gu_fit_view( )

end function

定義材料特性的Patran界面如下，可用PCL函數material_create( )和elementprops_create( )實現

定義材料特性，如下圖： 有限元網格劃分及施加邊界約束和載荷，如下圖：

實現有限元網格劃分的部件的功能程序為

function button4()

ui_exec_function( "mesh_seed_display_mgr", "init" )

INTEGER fem_create_mesh_solid_num_nodes

INTEGER fem_create_mesh_solid_num_elems

STRING fem_create_mesh_s_nodes_created[VIRTUAL]

STRING fem_create_mesh_s_elems_created[VIRTUAL]

fem_create_mesh_sol_3( "TetHybrid", 16400, "Solid 1", 4, [3., 0.1, 0.60000002, @

0.], "Tet4", "#", "#", "Coord 0", "Coord 0", fem_create_mesh_solid_num_nodes, @

fem_create_mesh_solid_num_elems, fem_create_mesh_s_nodes_created, @

fem_create_mesh_s_elems_created )

ga_fit_view( )

end function

邊界約束和載荷可以用loadsbcs_create2( )函數來定義邊界約束、集中力或面壓力等。

在完成對產品模型的分析后，就可以應用Patran的后處理功能對分析結果進行研究和整理，對產品進行性能預測，得出產品的最佳設計方案，從而應用其方案完成產品的優化和設計要求。 后處理的結果顯示如右圖：

三、結論

在產品開發優化的過程中，總結自己的工程分析經驗，編制客戶化的功能表格，迅速執行操作命令，并且結合PATRAN的強大豐富的系統環境，相輔相成，使得工作更有意義，更富有成效。

PCL語言就是PATRAN的操作命令語句，在熟悉PATRAN的過程中，應用PCL語言的命令和庫函數等功能，會大大提高工作效率，也會提高對PATRAN等MSC軟件產品的熟悉和應用能力。應用PCL語言，不斷進行工程分析和經驗積累，實現經驗知識和軟件應用的整合，實現CAD/CAE的可持續發展。