多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)仿真工具研究

汪志華

摘要：研究了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)和多學(xué)科仿真數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜項(xiàng)目管理、任務(wù)管理、流程管理和數(shù)據(jù)管理，多學(xué)科仿真數(shù)據(jù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)管理、仿真流程管理和知識(shí)庫(kù)管理，確保多層次多專業(yè)協(xié)同仿真數(shù)據(jù)的一致性、完整性、及時(shí)性和可控性，探索了綜合集成協(xié)同設(shè)計(jì)仿真的方案，為設(shè)計(jì)仿真人員學(xué)習(xí)多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)仿真提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計(jì)；多學(xué)科仿真；設(shè)計(jì)仿真工具

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2018）13-60-2

Research on Multidisciplinary Collaborative Design Simulation Tools

WANG Zhihua（Information Science Academy of CETC， Beijing 100086， China）

0引言

20世紀(jì)90年代末，Balling和Sobieski設(shè)計(jì)了MDO模型[1]，掀起了MDO研究熱潮，并且理論研究不斷向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化。在理論研究方面，司徒渝研究了多學(xué)科設(shè)計(jì)建模等關(guān)鍵技術(shù)并設(shè)計(jì)了流程圖[2]，王平等在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用了多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)[3]，聶勇軍等利用多學(xué)科優(yōu)化理論建立機(jī)械、液壓及電控等多學(xué)科優(yōu)化模型[4]。多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)已取得重要突破，并在實(shí)踐中得到大量應(yīng)用，相應(yīng)的軟件支撐和工具已被人們開(kāi)發(fā)出來(lái)，在許多行業(yè)可以得到大量應(yīng)用。

1數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)是基于高效協(xié)同設(shè)計(jì)架構(gòu)，利用數(shù)字化技術(shù)將原來(lái)分散的多專業(yè)學(xué)科、多部門、多設(shè)計(jì)階段的研發(fā)過(guò)程整合為統(tǒng)一設(shè)計(jì)體系，為復(fù)雜產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)提供管控支撐平臺(tái)。數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)以“協(xié)同設(shè)計(jì)”為核心，綜合集成相關(guān)軟件工具、方法、規(guī)范、知識(shí)和數(shù)據(jù)等多方面內(nèi)容，為設(shè)計(jì)人員提供綜合集成設(shè)計(jì)工作環(huán)境，使設(shè)計(jì)人員能夠快速完成設(shè)計(jì)任務(wù)。平臺(tái)建立貫穿多個(gè)研發(fā)階段、多專業(yè)部門、多學(xué)科領(lǐng)域的協(xié)同設(shè)計(jì)研發(fā)流程，控制產(chǎn)品研發(fā)的業(yè)務(wù)過(guò)程、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)版本。同時(shí)，以各工具軟件為設(shè)計(jì)分析手段，以工程數(shù)據(jù)庫(kù)為設(shè)計(jì)支撐，以流程管理為過(guò)程控制機(jī)制，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多專業(yè)設(shè)計(jì)分析的協(xié)調(diào)，從而達(dá)到復(fù)雜產(chǎn)品的快速協(xié)同設(shè)計(jì)。

數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的主要功能有：①?gòu)?fù)雜項(xiàng)目管理：組織、管理、規(guī)劃和控制型號(hào)、產(chǎn)品性能、工作過(guò)程、時(shí)間進(jìn)度及資源分配等任務(wù)；②任務(wù)管理：提供規(guī)劃、管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能參數(shù)匹配關(guān)系、任務(wù)子流程，執(zhí)行設(shè)計(jì)過(guò)程，控制、檢查及審核版本數(shù)據(jù)；③設(shè)計(jì)流程管理：提供組織、定義、管理、控制設(shè)計(jì)工序任務(wù)先后順序、邏輯關(guān)系、啟動(dòng)激活條件、過(guò)程狀態(tài)及數(shù)據(jù)組織等手段；④設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理：統(tǒng)一存儲(chǔ)、組織、查找、訪問(wèn)各類設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的版本追溯和對(duì)比，并生成直觀的版本數(shù)據(jù)譜系圖，進(jìn)而形成設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)庫(kù)；⑤協(xié)同工程環(huán)境：提供統(tǒng)一的組織、處理、執(zhí)行、定義、管理設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目環(huán)境和產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)，涵蓋所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和信息；⑥設(shè)計(jì)系統(tǒng)管理，提供系統(tǒng)初始化、機(jī)構(gòu)人員角色設(shè)置、創(chuàng)建動(dòng)態(tài)門戶、日志管理、人員權(quán)限分配及密級(jí)等級(jí)設(shè)置等功能。

2多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺(tái)作為協(xié)同仿真的核心部分，以復(fù)雜組合項(xiàng)目的仿真數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為多層級(jí)、多專業(yè)、多學(xué)科協(xié)同仿真提供數(shù)據(jù)管理，可支撐仿真數(shù)據(jù)完整性、一致性和可控性驗(yàn)證，通過(guò)與協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)集成，能夠?qū)⒎抡娌僮魅谌氲皆O(shè)計(jì)行為中。多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺(tái)能夠在多層次多專業(yè)協(xié)同仿真時(shí)確保數(shù)據(jù)的一致性、完整性、及時(shí)性和可控性，對(duì)不同仿真手段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行類比分析，在精細(xì)化仿真模型方案迭代時(shí)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的一致性、完整性、及時(shí)性和可控性，能夠?qū)Ψ抡娌僮髦卸鄨?chǎng)耦合仿真技術(shù)的成熟度進(jìn)行管控。多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺(tái)主要由應(yīng)用層、基礎(chǔ)層和數(shù)據(jù)層3層架構(gòu)組成，如圖1所示。

應(yīng)用層向用戶展示各種可用功能，包括仿真數(shù)據(jù)管理、仿真流程管理及知識(shí)庫(kù)管理等功能模塊，可根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)整；基礎(chǔ)層為應(yīng)用層提供底層支撐，一般由內(nèi)容管理、注冊(cè)和執(zhí)行、權(quán)限控制等構(gòu)成；數(shù)據(jù)層是實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)管理的場(chǎng)所，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)象包括結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，下面主要對(duì)應(yīng)用層進(jìn)行描述。

（1）仿真數(shù)據(jù)管理對(duì)設(shè)計(jì)模型、網(wǎng)格模型、仿真模型、計(jì)算結(jié)果、文本數(shù)據(jù)、圖片、仿真報(bào)告、仿真任務(wù)數(shù)據(jù)、仿真需求及技術(shù)規(guī)格等數(shù)據(jù)按照不同類型進(jìn)行分類管理，提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、關(guān)鍵字檢索、數(shù)據(jù)對(duì)比、數(shù)據(jù)版本管理、角色管理及可視化顯示等數(shù)據(jù)維護(hù)功能。

（2）仿真流程管理包括分析任務(wù)同步、分析任務(wù)審核和分析任務(wù)查看等功能。①分析任務(wù)同步就是與協(xié)同設(shè)計(jì)創(chuàng)新平臺(tái)的仿真任務(wù)同步，接收仿真需求，生成仿真任務(wù)并按照規(guī)定流程步驟執(zhí)行，在處理仿真數(shù)據(jù)時(shí)可根據(jù)需要修改分析任務(wù)的狀態(tài)和各子步驟的狀態(tài)。②分析任務(wù)審核對(duì)仿真結(jié)果自動(dòng)生成仿真報(bào)告，提供審閱接口，將仿真報(bào)告與仿真關(guān)鍵結(jié)果值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，甚至可以同步到協(xié)同設(shè)計(jì)創(chuàng)新平臺(tái)，審閱通過(guò)后形成批準(zhǔn)文檔進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔。③分析任務(wù)查看可以查看所有任務(wù)的狀態(tài)總表，以掌握任務(wù)的執(zhí)行情況，查看方式包括樹(shù)狀圖等多種形式，仿真人員可以根據(jù)自己的喜好進(jìn)行選擇。

（3）知識(shí)庫(kù)管理包括知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)導(dǎo)航、知識(shí)數(shù)據(jù)操作和流程模板3部分。①知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)導(dǎo)航就是在平臺(tái)內(nèi)建立業(yè)務(wù)插件庫(kù)、報(bào)告庫(kù)、模型庫(kù)和技術(shù)規(guī)范庫(kù)等知識(shí)分類庫(kù)，以獨(dú)立的業(yè)務(wù)對(duì)象存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。②知識(shí)數(shù)據(jù)操作包括文檔和模型的發(fā)布、編輯、升級(jí)及刪除等功能，同時(shí)可以對(duì)文檔和模型的屬性進(jìn)行自定義，必要時(shí)還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提升，為不同用戶提供共享。③流程模板定義流程框架，可以擴(kuò)展通用仿真分析模板和專業(yè)仿真分析模板兩類，包括設(shè)計(jì)模型、仿真模型、仿真結(jié)果、仿真報(bào)告等的發(fā)布以及啟動(dòng)工具軟件等操作組合，可通過(guò)配置界面實(shí)現(xiàn)每個(gè)模板仿真步驟的執(zhí)行順序可調(diào)。

3綜合集成

多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)需要綜合集成，共同完成多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)和仿真，從而輔助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出滿足用戶需求的復(fù)雜產(chǎn)品。設(shè)計(jì)人員在數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)上以仿真任務(wù)工作包的方式發(fā)布仿真需求，并通過(guò)數(shù)據(jù)同步接口將仿真任務(wù)工作包發(fā)布到多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺(tái)內(nèi)，并由仿真平臺(tái)自動(dòng)創(chuàng)建仿真任務(wù)活動(dòng)。仿真報(bào)告和仿真關(guān)鍵結(jié)果等信息作為當(dāng)前仿真任務(wù)工作包的交付物發(fā)布到數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，以便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)目標(biāo)和仿真結(jié)果的對(duì)比。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)深入分析比較，在此歸納總結(jié)了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)和多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的主要功能和構(gòu)成，以及相互配合協(xié)同發(fā)揮設(shè)計(jì)仿真的作用，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員了解掌握多學(xué)科設(shè)計(jì)仿真工具提供較好的參考。

參考文獻(xiàn)

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