０ 引言
通常，有限元分析软件在后处理上只是将计算结果以图形或表格的方式显示在屏幕上，并没有对计算结果进行系统的整理和提炼。在基于有限元计算结果的反复设计过程中，设计人员往往通过计算结果图或表来了解设计上的缺陷和不恰当，并没有更易接受的语言文字来指名缺陷或不恰当及其产生的原因。当在进行复杂项目的设计时，设计和分析往往是分开进行的，设计人员在理解有限元计算结果图或表时有可能产生误解和偏差，这将导致设计的修改朝错误的方向进行。同时，在发展基于有限元分析的设计自动化系统中，有限元的计算结果更要参与基于知识的推理过程，将计算结果提炼出来作为一种知识源参与到设计优化过程中去。因此，有必要研究如何整理和提炼有限元分析结果使之转化为直接可供推理和阅读的知识和文字。
当前，有限元系统软件（如MARC、NASTRAN、ANSYS、MOLDFLOW等）发展到今天这个程度，并没有在后处理上实现对分析结果的整理和提炼，这主要涉及到以下几个方面的难点：（１）面向的具体应用太多。每一个具体的应用就需要一个具体的解释和处理，这是一般有限元系统软件所不能胜任的，可行的方法是根据具体的行业和应用进行有针对性的二次开发。（２）系统集成尚未发展到全相关状态，即全相关集成。所谓全相关集成就是指大系统下的各个子功能模块在功能上和数据管理上达到紧密的结合。现有系统软件的非全相关集成阻碍了有限元分析结果的反馈路径，使得“分析→设计”产生脱节现象。（３）智能技术的发展和应用。要想达到系统的全相关集成，必须具备智能技术的支持。智能技术在集成中不但起到控制各个模块协调运行的作用，而且在判断问题上起到决策的作用，更在具体的问题上起到辅助解答的作用。但在目前的情况下，“设计—分析”系统集成软件对智能技术的支持还十分不足，导致现实中两环节严重分离的现象。
本文是在特征造型与有限元分析系统集成这个研究课题下展开对有限元结果知识化的研究，并主要结合塑性成形这个复杂领域进行介绍。
１ 实现的思路及方法
在有限元计算结果的知识化过程中，需要进行下面几个方面的工作：
（１）首先明确分析类型。
分析类型从整体上可以分为线性和非线性两大类。其次又可以继续细分为结构分析（包括振动分析、稳定分析等）、电磁分析、流体分析、热传导分析等。由于面向的应用和分析目的不同，导致了分析类型不同。分析类型不同，则对计算结果整理和提炼的处理方式就不同。对于一般的线弹性分析而言，关键的知识就是单元的状态及位置。知道了单元的状态和位置，就可以评价设计的合理性。如在梁结构的分析中，如果从有限元分析结果知道了梁结构在某些单元发生失效，则知识的表达就可以是：梁结构在某个位置发生失效。对于非线性分析，特别是塑性成形工程中的大变形分析，仅知道最终分析的单元状态和位置是不够的，还必须记录分析的经历过程，从而在失效发生时找到失效的来源及演变历史。所以，不同的分析类型应该采用不同的整理和提炼方式，从而在知识的表达和处理上也就不一样。分析类型包括了分析对象、分析目的及分析方法，它说明分析的环境和将达到的结果，从而为后面的有限元结果知识化表示打下基础。在系统软件的研究开发中，指定分析类型的界面,通过图形界面可以很直观地指定分析类型，数据的处理和存储隐藏在图形界面的后面自动进行。
（２）遍历所有的有限元单元，了解每个单元的状态，对整体的计算结果进行整理。
一般而言，最关心的是设计关键区域中单元的状态，检查单元是否处于失效状态。如果在遍历有限单元的基础上发现存在失效的单元，则可以将检查的结果整理为：在分析对象某处发生失效。失效的形式因应用的不同而不同。在塑性成形领域，失效可以是破裂、起皱、变薄、尺寸偏差、形状不良等。在基于特征的技术上，由于使用了面向对象的技术，对单元遍历分析的结果就转化到对特征的评价上。例如，在特征犃上有相邻３０个有限单元的应变值超过了允许的极限应变值，则特征犃上的该３０个有限单元发生了失效，在知识的表达上就归于特征A的失效，即“特征A发生失效”。为了减轻遍历所有单元的工作量，可以采用“关键区域扫描法”，即只对关键区域或特征上的单元进行扫描，分析关键区域或特征上单元的状态。如何确定关键区域或特征，一个方法是在分析前由设计人员或分析人员指定，另一个方法是智能化技术或某些合理的计算判断进行确定。在本系统中优先使用第一种方法。
在应用程序界面中，提供两种单元状态扫描方式：（a）全面扫描；（b）关键区域扫描。在“关键区域扫描”中，又分为两种方式：a）人工指定关键区域；b）自动确定关键区域。
（３）了解失效或缺陷发展的历史，认清失效产生的原因。
在许多非线形有限元分析中，当失效或缺陷发生时，常常要追溯失效或缺陷产生的历史，特别是失效或缺陷刚产生时分析对象各个部分的状态，以查出失效或缺陷产生的原因，并进行有针对性地修改设计。在非线性变形分析中，欲了解分析对象变形的历史，就要遍历变形分析的每一加载步长的计算结果，即分析计算的中间结果。通过整理和分析中间计算结果，就可以了解失效产生的历史和原因。在这一步的处理中，使用基于特征或关键区域的处理方式，即在第二步单元状态扫描的基础上，由于已经知道失效或缺陷发生的区域，所以在追溯这种或这些失效或缺陷发生的根源和演变历史时，就只关心这些特征或区域的变化过程，而不用去关心那些状态正常的特征或区域。由此，根据有限元中的“物质点状态跟踪法”或“变形网格法”，提出基于特征或关键区域的“特征体状态跟踪法”。在“特征体状态跟踪法”中，跟踪“有问题”的特征体的变化历史，从而达到对特征体状态变化的了解。
但在某些分析中，由于特征之间是相互关联的，某个特征的状态变化涉及到别的特征的影响，所以有时单独分析某一个特征的状态是不会对该特征的变化历史有深入的了解。因此，在这种分析中，采用“以关键特征为中心的状态图扫描法”，关键特征是分析的特征，或失效发生的特征。首先扫描关键特征的状态，然后对相邻特征的状态进行扫描。在塑性成形工程中，材料的变化是严重非线性，即几何非线性、材料非线性和接触非线性，其失效主要表现为破裂和起皱。对于这两种失效形式，更关心它们在刚发生时材料的状态。在此时，系统应该能说明这种状态下材料的流动趋势及材料各部分的状态。
（４）有限元计算结果的知识形式化表示。
知识的形式化表示是有限元分析结果向知识表达转化的关键一步......
