总体设计仿真协同平台助力“智慧总体部”建设

发布日期：2018-06-19 浏览次数：2352

一、 项目背景

大数据时代的到来，无时无刻不在冲击着我们的生活，电子商务、社交网络、移动互联等新生事物形成大量多样化的数据，使得世界变得更关联、更智能，大数据产业成为国内外广泛关注的热点。随着云计算、物联网、大数据等技术的迅猛发展，“智慧化”已经成为继“数字化”、“网络化”之后信息社会发展的新方向。智慧城市、智慧*、智慧校园、智慧园区、智慧工厂等概念相继提出。在军工领域，从“数字军工”走向“智慧军工”也将成为国防科技工业发展的必然趋势。作为航天科工某院总体部，“智慧总体部”的建设也势在必行。

二、 问题与挑战

中国航天科工集团某院总体设计部是航天飞行器系统总体设计、总体协调和技术抓总的骨干研制单位。近年来，随着航天飞行器型号研制任务快速增长，传统研制模式和手段已经无法满足现有业务的需求，严重的影响了型号研制目标（周期、质量、成本等）的达成、技术创新以及市场竞争力的提升。

△ “学科孤岛”客观存在

各个专业自主开发或采购了各种计算工具、仿真软件，也形成了各个学科领域的研究方法和发展思路，但是学科间缺乏有效的沟通方式，形成了一个个“学科孤岛”；

△ “部门墙”问题凸显

对于大型号研发项目的仿真任务，需要多个部门和多专业人员参与，存在频繁的数据传递、解析、验证与沟通工作，缺乏有效的手段对各个仿真环节、输入输出进行管理、监控和追溯；

△ 缺乏知识管理平台

积累了大量学科分析流程与经验，但缺少有效的IT平台予以固化和重用；

△ 重复劳动影响创新

大量重复性的设计仿真工作分散了研究人员的精力，影响其在新技术创新领域的工作投入；

△ 数据无法有效共享

仿真分析数据存储在个人计算机上，缺乏有效的分类、存储和共享手段。

仿真数据对于研发单位就是企业的智慧财产，急需一个合适的仿真数据管理平台将这些数据运用起来，为“智慧总体部”建设发挥更大的作用。

三、 项目推进过程

3.1 方案确定：一个让仿真更“真”的方案

区别于传统的PDM，仿真数据管理平台这样跨学科协同平台的建设在行业中并没有太多可以参考的案例。项目立项之后，团队在客户的配合下，展开各专业的调研，结合以往平台建设的经验，经过反复的论证讨论，创新的提出基于3DEXPERIENCE软件技术，结合智能研发理念，将型号研发流程与设计仿真任务、设计仿真数据管理与知识沉淀充分融合，支持型号总体方案快速论证和设计优化的应用平台建设方案。

该方案重点围绕型号总体到结构分系统的设计打通，关注于型号研制生命周期阶段和工程研制阶段，以满足型号结构设计和性能验证为出发点，着重对该过程涉及的各专业进行专业之间协同流程、专业任务和交互接口的疏通。

期望通过平台的建设，结合总体部多年的型号研制现状，以输入为先，接口上下游双方共同协商的原则，基于总体部对各专业之间的专业任务、专业之间协同流程和交互接口进行规范和统一，在平台中实现专业间接口模型和专业标准能力目录。让仿真更“真”，为仿真驱动设计的智慧研发模式打下基础。

3.2 实施过程：关关难过关关过

通过前期的方案论证，确定了本次项目的实施内容与范围，然而实施过程仍然遇到了很多意想不到的困难。所谓实践是检验真理的唯一标准，作为一个创新开拓性的项目，方案主要确定了项目的大方向。

首先是技术上的困难，本次项目需要集成众多仿真软件，如结构仿真软件ABAQUS、 ANSYS、Patran、Nastran，流体仿真软件Gambit 、Fluent，建模软件Proe，系统仿真Matlab等，此外，还需要集成高算作业系统，仿真软件以及高算的集成均面临众多技术上的挑战。

项目团队结合自身的仿真工具使用经验，保质保量的完成了不同版本的众多分析工具的集成工作。对于高算集成更是面临技术储备零基础的挑战，通过组建专家团队，结合高算供应商的支持，项目团队尝试了多种高算集成的方案，最后确定选取充分发挥SLM中station的技术特点。通过在高算节点不是station的形式，结合高算的集成命令，实现了仿真流程与高算系统的集成。

本项目甲方所在地为北京，然而项目团队组成来自南京，上海，武汉等地，团队成员虽然分布各地，但成员总是能克服地域、气候等困难。实施团队在实施过程中充分发挥了国睿信维“以奋斗者为荣”的文化，结合公司的实施方法，高效协同，完成了项目设定的目标，攻克了各种技术难关。

2017年9月，在北京，中国航天科工集团某院总体设计部专家组对由国睿信维与达索系统共同承担建设的型号总体设计仿真协同平台完成了验收，并对系统建设成果给予了高度评价。

四、 平台亮点

在历时近6个月的实施过程中，联合项目组收集并综合国内外军工领域的研发技术发展趋势，认真分析业务现状与痛点，注重将软件功能的先进性与工程应用的实用性要求相结合，为总体部打造了如下平台关键能力：

图1：平台四大关键能力

跨专业协同设计能力

△ 将总体、气动、结构等专业协同设计流程以模板形式固化在3DEXPERIENCE平台中，支持基于不同项目条件对研发流程模板进行裁剪并自动生成研发任务计划。

△ 兼顾流程的规范性与灵活性，支持对创新业务流程的手工搭建与执行，并可以在创新流程成熟后进一步固化为研发流程模板。

△ 支持任务流与数据流的统一，规范学科上下游间的数据传递条件。

△ 通过可视化的数据影响关系图，及时反映学科上下游间数据更新状况。

△ 基于固化的总体参数优化流程模板，自动执行计算分析，并能够由计算结果自动生成几何外形模型。

图2：系统总体流程图

专业内部的集成化设计-仿真-优化能力

△ 基于自动化性能分析流程、DOE 算法、优化算法等手段，支持多种气动外形在工作载荷、环境计算性能分析实现气动外形的优化并保证产品在不同工况下的可靠性。

△ 紧密集成近10种专业设计仿真工具，实现专业内部的快速设计、多方案快速探索及优化。

△ 对仿真结果进行向导式分析，并支持分析报告自动生成。

△ 将各个学科的仿真经验和仿真流程模板固化为专业能力目录，支持“货架式”专业能力拼接并快速构建面向型号的多专业仿真技术流程。

△ 支持平台与LSF高算系统的紧密集成，支持仿真流作业的多作业并行提交，结果的自动反馈能力。

△ 符合军工行业保密管理要求的三员管理及密级管控能力。

五、 建设效益

△ 突破专业间的壁垒，实现了以研制任务为牵引、模型为载体、知识模板为驱动、自动化仿真计算为手段的跨专业高效协同，有效缩短“设计-仿真-优化”迭代周期。

△ 建立了统一的型号总体设计仿真数据源，支持持续的知识积累与沉淀。

△ 通过“货架式”专业能力拼接实现知识自动化，提升型号设计质量，缩短型号研制周期。

△ 通过平台的建设，为“智慧总体部”的建设提供了智慧数据的保障，为后续工业大数据等信息化技术提供了可能。

该项目的成功上线，既满足了该企业当前型号总体方案阶段所需的方案快速响应、快速研发和方案优化需求，助力当下型号研制，也为企业推动创新，最终实现数字化转型，建设“智慧总体部”打下了坚实的基础。