基于语义的仿真文件跨平台访问方法

作者:武园浩;田凌 刊名:计算机集成制造系统 上传者:邓宇杰

【摘要】针对目前仿真数据管理技术缺少文件语义访问接口支持的问题,提出基于语义的仿真文件跨平台访问方法,并开发了一个面向刻蚀机研发中仿真数据管理的语义文件系统。在工程需求分析的基础上,为实现仿真项目语义的结构化表达,开发了面向产品仿真领域的本体库。给出了基于语义的仿真项目访问形式化模型,并设计了基础的语义倒排索引结构及计算加速方法。介绍了所开发的原型系统,该系统能够屏蔽仿真文件的具体物理位置,使工程师实现基于语义而非物理位置的仿真文件访问、查询和共享。

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0引言现代产品的研发大量使用了结构、流体、多体动力学等不同领域的仿真分析工具,如ANSYS、虚拟样机分析软件(AutomaticDynamicAnalysisMe-chanicalSystems,ADAMS)等,用于在样机生产之前分析并评估所设计的产品或零部件在实际工况下的物理行为。随着产品复杂度的提高,该类仿真工作在产品研发周期中占有越来越大的比例,在产品设计验证、设计优化、减少物理实验、提高设计成功率等很多方面发挥了巨大的作用[1]。然而,随着仿真的深入和广泛开展,企业中产生的仿真数据和文件也在急剧增长,并由此造成仿真文件查找困难、重复劳动多、仿真知识无法积累和重用等问题。因此,仿真数据和文件的高效访问、共享和查询是复杂产品研发中一项重要的工程需求。针对产品研发中的仿真数据管理问题,很多学者都进行了大量研究,并取得了一定研究成果。比较有代表性的如Joshi等[2]从产品仿真活动的过程出发,建立了仿真数据管理的基础对象模型,并给出了该模型与TeamCenter和SmarTeam中内置对象的映射,从而使用产品数据管理(ProductDataManagement,PDM)系统完成仿真数据的管理;文献[3]设计了一个基于学科、版本等多维度的仿真文件管理模型;文献[4]提出一个基于仿真流程节点的仿真数据管理方法。工业界的仿真数据管理系统可以分为两类:1PDM服务商提供的仿真数据管理系统,如Teamcenter的TC4Sim模块,采用类似于Joshi建立的基础对象模型[2],以仿真过程为主线建立仿真项目内部文件与数据的对象结构,并侧重维护仿真项目与产品结构中零部件节点的关系;2仿真软件服务商提供的仿真数据管理系统,由于缺少直接的产品结构数据上下文,该类系统和方法侧重于以直接使用统一的共享文件库的形式管理文件,并提供基于文件库的访问管理、权限配置等功能,如安世亚太(Ansys)公司的工程知识管理(Engineer-ingKnowledgeManagement,EKM)平台。然而,无论学术界的研究还是工业应用的仿真数据系统,对于仿真文件的管理大都建立在普遍使用的层次化文件系统基础上,即通过分类结构目录管理海量的仿真文件。如在EKM平台的共享文件库中,仿真工程师可能将一个针对刻蚀机抽气实验的仿真文件集合放在如下位置:“Repository2013pumping300seriesconfinementring23Ar”。该目录层次体现了该仿真任务本身的特征,如时间、约束环数据、气体成分等。但是层次化文件系统要求工程师必须知道准确的文件路径才能正确访问到目标文件,与之矛盾的是,由于企业内部缺少仿真领域的分类标准与规范,工程师在制定存储路径时,目录的名称、顺序和粒度存在很大的主观性和随意性,这就给工程师在后续查找仿真文件以及工程师之间共享仿真文件造成了困难。而对于没有实施诸如EKM的仿真数据管理系统的研发企业,更常见的是仿真工程师使用Windows或Linux等操作系统所采用的层次化文件系统,并按照自己的分类目录管理仿真文件,文件的查找和共享更加困难。基于语义的文件管理系统能够使用户通过文件的内容特征等信息(即文件语义),来查找并访问到目标文件,也被称为语义文件系统[5]。基于语义的文件访问更符合人类的认知习惯,在语义文件系统中,人们不再需要记住文件的确切位置,而是通过其内容或特征等信息访问到目标文件。特别地,在本文研究中,仿真语义指描述某仿真文件或项目相关属性、内容和特征的信息,如该仿真文件或项目的创建时间、仿真对象和仿真领域等。仿真工程师通过给出待查找文件具有的

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