現(xiàn)代航空工程智能虛擬試驗(yàn)技術(shù)研究

支超有

(航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710089)

以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代高新技術(shù)的飛速發(fā)展及其在航空試驗(yàn)與測(cè)試領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，正帶動(dòng)著航空試驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)向分布式、綜合化、通用化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化和智能化的方向發(fā)展。在這個(gè)過(guò)程中，以仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬試驗(yàn)已經(jīng)融入到裝備設(shè)計(jì)、研制、開(kāi)發(fā)、集成等各個(gè)階段，并成為與實(shí)物試驗(yàn)并重的一種新的航空產(chǎn)品研制試驗(yàn)途徑，虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)也成為航空產(chǎn)品研制過(guò)程中的核心技術(shù)之一，并深入滲透到航空裝備研發(fā)整個(gè)流程中，貫穿從概念提出與方案設(shè)計(jì)、子系統(tǒng)和部件設(shè)計(jì)，直到系統(tǒng)集成與驗(yàn)證和產(chǎn)品認(rèn)證等各個(gè)階段，并具有覆蓋裝備全生命周期、適用范圍廣的特點(diǎn)。

虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證是一種基于數(shù)字樣機(jī)模型的復(fù)雜產(chǎn)品關(guān)鍵系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生、獲取和分析的系統(tǒng)工程過(guò)程，它以建模仿真、信息集成與管理技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)和知識(shí)工程方法為基礎(chǔ)，在一個(gè)由性能模型、耦合環(huán)境、流程引擎和可視化交互機(jī)制構(gòu)成的數(shù)字化試驗(yàn)平臺(tái)中模擬真實(shí)產(chǎn)品的物理試驗(yàn)過(guò)程。虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)表明，虛擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)和支撐框架是引領(lǐng)虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)快速有效發(fā)展的核心。

基于云計(jì)算技術(shù)的智能虛擬試驗(yàn)構(gòu)架了一種網(wǎng)絡(luò)化的、智能化的試驗(yàn)服務(wù)新模式，該模式和相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用將有利于航空裝備向“產(chǎn)品+服務(wù)”方式轉(zhuǎn)變。智能虛擬試驗(yàn)將各類試驗(yàn)資源虛擬化后封裝成服務(wù)云池，通過(guò)統(tǒng)一、集中高效的管理和經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源的快速部署和虛擬化協(xié)同試驗(yàn)環(huán)境的智能、靈活構(gòu)建，進(jìn)而支持多用戶實(shí)時(shí)按需獲取試驗(yàn)服務(wù)。筆者結(jié)合云計(jì)算，以及云計(jì)算虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)化等新興技術(shù)，在總結(jié)虛擬試驗(yàn)技術(shù)在航空工程典型應(yīng)用和技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了以柔性敏捷化、開(kāi)放服務(wù)化、并行協(xié)同化、集成虛擬化、知識(shí)智能化為技術(shù)特點(diǎn)的智能虛擬試驗(yàn)概念，研究了基于層次模型的智能虛擬試驗(yàn)組成體系，詳細(xì)說(shuō)明了智能虛擬試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

1 虛擬試驗(yàn)現(xiàn)狀

虛擬試驗(yàn)以仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ)，具有“多學(xué)科、跨專業(yè)”和“多層次、跨平臺(tái)”的特點(diǎn)，虛擬試驗(yàn)以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)的定義為核心，以對(duì)所定義的功能數(shù)據(jù)和性能數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證、確認(rèn)為目的，在實(shí)現(xiàn)中以試驗(yàn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以模型設(shè)計(jì)與仿真、可視化和知識(shí)工具為手段，完成對(duì)設(shè)計(jì)定義數(shù)據(jù)和性能數(shù)據(jù)的驗(yàn)證、確認(rèn)。圖1為虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。

目前，在航空領(lǐng)域應(yīng)用虛擬試驗(yàn)技術(shù)的典型項(xiàng)目有NASA(美國(guó)航空航天局)的智能虛擬飛行控制項(xiàng)目、歐洲空中客車公司的A380項(xiàng)目，以及LMS公司的機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真平臺(tái)LMS Imagine.Lab。

NASA(美國(guó)航空航天局)在其智能飛行控制中提出“在先進(jìn)的計(jì)算系統(tǒng)和用戶環(huán)境、革命性的軟件技術(shù)和開(kāi)拓性應(yīng)用方面進(jìn)行前沿研究，以實(shí)現(xiàn)NASA在航空航天技術(shù)方面的任務(wù)”的總目標(biāo)。指出智能飛行控制面臨的挑戰(zhàn)是：開(kāi)發(fā)一種飛行控制方法，在空中運(yùn)輸工具的硬件和操作環(huán)境下，可以有效地處理常規(guī)的和意料之外的變化；其技術(shù)目標(biāo)是：建立一種飛行控制概念，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)識(shí)別飛機(jī)的穩(wěn)定性和控制衍生技術(shù)，使飛機(jī)在更為廣泛的飛行條件下實(shí)現(xiàn)最佳性能；開(kāi)發(fā)一種學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在飛行中無(wú)法正常響應(yīng)時(shí)，提升飛機(jī)的穩(wěn)定性和控制衍生技術(shù)。

總之，智能飛行控制項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和飛行演示了一種飛行控制技術(shù)，可以有效地識(shí)別飛機(jī)的穩(wěn)定性和控制特性，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并利用這些信息優(yōu)化飛機(jī)性能。其主要關(guān)注焦點(diǎn)是增強(qiáng)飛機(jī)的安全性、并降低成本。

圖2為NASA智能虛擬飛行控制試驗(yàn)組成原理圖。

圖1 虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)組成

圖2 NASA智能虛擬飛行控制試驗(yàn)組成原理

歐洲空中客車公司在A380飛機(jī)研制中，為加快研制進(jìn)度，縮短研制周期，建立了大量數(shù)學(xué)模型，并開(kāi)展以模型為基礎(chǔ)的仿真和虛擬試驗(yàn)。為此，空客建立數(shù)學(xué)建模及仿真標(biāo)準(zhǔn)——AP2633，并以該標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，用于所有驗(yàn)證、確認(rèn)和培訓(xùn)模擬器的仿真模型(實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí))，支持仿真模型開(kāi)發(fā)的需求和指南，以及用于模型集成和模型的交換等應(yīng)用和環(huán)境中。

AP2633標(biāo)準(zhǔn)包括：過(guò)程、文檔，以及封裝(接口和控制)、模型的可移植性等在內(nèi)的軟件；AP2633仿真標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始于1999/2000年，由空客前合作伙伴為滿足系統(tǒng)仿真模型交換而建立，其標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程確定了開(kāi)發(fā)(包括操作使用)和仿真模型交換(Doc和接口)的規(guī)范化過(guò)程，采用通用和強(qiáng)制性的測(cè)試用例(驗(yàn)證和確認(rèn))，建立了適用飛機(jī)模塊化的仿真體系結(jié)構(gòu)。

AP2633仿真模型與環(huán)境的接口變量可以分為三類：

① 控制環(huán)境與模型之間接口的——以仿真變量形式的模式控制流；

② 用于仿真模型的功能運(yùn)行所需要的——飛機(jī)功能變量數(shù)據(jù)流；

③ 用于定義模型設(shè)置(或概要文件)軟件變量的——模型概要文件變量。

AP2633標(biāo)準(zhǔn)定義細(xì)化了模型開(kāi)發(fā)，包括兩個(gè)主要步驟：模型驗(yàn)證(軟件規(guī)格)和模型確認(rèn)(系統(tǒng)需求&模型需求)；同時(shí)開(kāi)發(fā)中包括兩個(gè)主要文件：開(kāi)發(fā)人員的模型驗(yàn)證計(jì)劃(Model Verification Plan，MVP)和各平臺(tái)的集成&確認(rèn)報(bào)告(Integration&Validation Report，IVR)。

圖3為空中客車A380項(xiàng)目中仿真體系及工作流程示意圖。

圖3 A380仿真體系及工作流程

LMS公司機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真平臺(tái)LMS Imagine.Lab的最新開(kāi)發(fā)使LMS?解決方案更適合基于模型的系統(tǒng)工程。面向機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真，使得 LMS Imagine.Lab平臺(tái)提供了從功能需求直到物理建模和仿真的開(kāi)放式開(kāi)發(fā)流程。該平臺(tái)包含三個(gè)模塊：LMS Imagine.LabAMESim?軟件、LMSImagine.Lab?Sysdm軟件和LMSImagine.Lab?System Synthesis軟件。

LMS Imagine.Lab AMESim是多領(lǐng)域、多級(jí)復(fù)雜度的機(jī)電一體化系統(tǒng)建模、仿真和分析的軟件環(huán)境，通過(guò)對(duì)不同庫(kù)中預(yù)定義且已經(jīng)驗(yàn)證的元件的簡(jiǎn)單裝配，創(chuàng)建多領(lǐng)域仿真模型，無(wú)需耗時(shí)的編程；通過(guò)調(diào)整各元件來(lái)分析對(duì)比眾多設(shè)計(jì)方案，從而綜合平衡產(chǎn)品性能；在開(kāi)發(fā)早期，可切實(shí)開(kāi)展系統(tǒng)仿真。

LMS Imagine.Lab Sysdm可對(duì)從機(jī)械到控制工程的機(jī)電一體化系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理，共享和運(yùn)用知識(shí)，提高效率，存儲(chǔ)和組織機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)。

LMS Imagine.Lab System Synthesis支持配置管理、系統(tǒng)集成和架構(gòu)驗(yàn)證的軟件工具，可合成復(fù)雜的系統(tǒng)配置，并依據(jù)性能需求創(chuàng)建產(chǎn)品架構(gòu)。

圖4為L(zhǎng)MS Imagine.Lab虛擬試驗(yàn)應(yīng)用原理圖。

2 智能虛擬試驗(yàn)技術(shù)特點(diǎn)

基于“產(chǎn)品+服務(wù)”方式的智能虛擬試驗(yàn)具有柔性敏捷化、開(kāi)放服務(wù)化、并行協(xié)同化、集成虛擬化、知識(shí)智能化的技術(shù)特點(diǎn)，開(kāi)展相關(guān)研究與實(shí)踐，將有利于加速航空工程試驗(yàn)水平的提高，進(jìn)而推進(jìn)航空裝備的發(fā)展。

(1)柔性敏捷化。大大縮短了智能虛擬環(huán)境下裝備的研發(fā)周期，能夠快速部署和智能構(gòu)建規(guī)模龐大的智能虛擬試驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境和智能虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)。同時(shí)支持多學(xué)科、多模態(tài)、多層次和多體的模型組件及其設(shè)計(jì)過(guò)程，具有圖形化交互環(huán)境，能進(jìn)行可視化建模和分析，允許各學(xué)科、各部門和設(shè)計(jì)研制、生產(chǎn)單位交換設(shè)計(jì)形成模型組件，實(shí)時(shí)地參與設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。

(2)開(kāi)放服務(wù)化?；谠朴?jì)算按需租用服務(wù)模式和服務(wù)為核心的原則，以降本增效化解風(fēng)險(xiǎn)為前提，分布在裝備各研制單位共享智能虛擬試驗(yàn)資源，智能獲取智能虛擬試驗(yàn)服務(wù)用以支持裝備研制全生命周期各階段驗(yàn)證活動(dòng)的需求將大大增加。智能虛擬試驗(yàn)的分布式虛擬試驗(yàn)環(huán)境具有良好的開(kāi)放性，能提供功能豐富完整的工具集，支持航空裝備全生命周期的設(shè)計(jì)和性能評(píng)估，以及功能系統(tǒng)與全機(jī)的功能與性能驗(yàn)證。

(3)并行協(xié)同化。隨著智能虛擬試驗(yàn)環(huán)境中被驗(yàn)證系統(tǒng)(如復(fù)雜產(chǎn)品、子系統(tǒng)、分系統(tǒng)等)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，以及工程管理技術(shù)、多學(xué)科虛擬協(xié)同仿真技術(shù)、前期概念規(guī)劃和后期性能評(píng)估技術(shù)、設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)、虛擬環(huán)境技術(shù)、模型的校驗(yàn)、驗(yàn)證和確認(rèn)技術(shù)的不斷融合，需要多用戶不斷獲取穩(wěn)定的虛擬試驗(yàn)服務(wù)來(lái)協(xié)同虛擬試驗(yàn)任務(wù)。

圖4 LMS Imagine.Lab虛擬試驗(yàn)應(yīng)用原理圖

(4)集成虛擬化。數(shù)量龐大的試驗(yàn)用戶要求同時(shí)在線使用智能虛擬試驗(yàn)服務(wù)，智能虛擬試驗(yàn)支撐平臺(tái)/系統(tǒng)必須有效支持對(duì)分散和集中的各類智能虛擬試驗(yàn)資源進(jìn)行全方位的優(yōu)化管理、共享和服務(wù)，以達(dá)到降低能耗，進(jìn)一步提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)共享資源增效。同時(shí)需要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)智能虛擬試驗(yàn)資源的虛擬化封裝和抽象，加強(qiáng)對(duì)共享資源的統(tǒng)一管理和控制，屏蔽各類智能虛擬試驗(yàn)資源的地域分散、形態(tài)不同等異構(gòu)性。智能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)采用組件模塊化框架結(jié)構(gòu)，模型組件大多數(shù)由市場(chǎng)上COTS產(chǎn)品組成，具有易于擴(kuò)展和良好的可重用性；模型組件及試驗(yàn)環(huán)境具有通用性、可擴(kuò)展性和可重用性，能夠完成多種不同類型裝備、以及組成裝備系統(tǒng)的虛擬試驗(yàn)。

(5)知識(shí)智能化。智能虛擬試驗(yàn)中的應(yīng)用復(fù)雜度日益增加，智能虛擬試驗(yàn)支撐平臺(tái)/系統(tǒng)能夠智能地獲取用戶的需求和組織虛擬試驗(yàn)服務(wù)變得越來(lái)越迫切，促使用戶可以專注于解決試驗(yàn)任務(wù)空間的問(wèn)題。提供功能完備的模型組件的維護(hù)功能，允許增加經(jīng)過(guò)校核與驗(yàn)證后的模型，更新和升級(jí)原有的模型組件，提供標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)的界面接口，在不影響系統(tǒng)性能情況下允許真實(shí)部件或子系統(tǒng)與模型組件的替換。進(jìn)行航空裝備的可制造性、可維護(hù)性、可適用性、可測(cè)試性、安全性和保障性評(píng)估。

3 智能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

智能虛擬試驗(yàn)不但支持航空裝備協(xié)同研制開(kāi)發(fā)過(guò)程的部件、子系統(tǒng)驗(yàn)證，而且支持子系統(tǒng)、分系統(tǒng)的綜合驗(yàn)證和系統(tǒng)集成驗(yàn)證，還支持航空裝備全周期整機(jī)試驗(yàn)。為了更好地說(shuō)明智能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，采用分層的體系結(jié)構(gòu)，從底向上，依次為：智能虛擬試驗(yàn)物理對(duì)象、智能虛擬試驗(yàn)資源層、智能虛擬試驗(yàn)核心服務(wù)層、智能虛擬試驗(yàn)界面層、智能虛擬試驗(yàn)應(yīng)用層，其中對(duì)智能虛擬試驗(yàn)核心服務(wù)層和智能虛擬試驗(yàn)界面層進(jìn)一步具體化，從邏輯視圖上細(xì)化提出智能虛擬試驗(yàn)核心服務(wù)。智能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖5所示。

下面對(duì)智能虛擬試驗(yàn)物理對(duì)象、智能虛擬試驗(yàn)資源層、智能虛擬試驗(yàn)核心服務(wù)層、智能虛擬試驗(yàn)界面層、智能虛擬試驗(yàn)應(yīng)用層進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

3.1 智能虛擬試驗(yàn)物理對(duì)象層

智能虛擬試驗(yàn)物理對(duì)象是需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證的對(duì)象，以飛機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的功能劃分，主要包括飛行控制系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)、機(jī)電管理系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、液壓能源系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、起落架控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等。進(jìn)一步細(xì)分，飛機(jī)的各功能系統(tǒng)又可以進(jìn)一步細(xì)分為分系統(tǒng)，如對(duì)于現(xiàn)代大型飛機(jī)，飛機(jī)的飛行控制系統(tǒng)又可以進(jìn)一步細(xì)分為駕駛艙操縱裝置分系統(tǒng)、電傳飛行控制分系統(tǒng)、自動(dòng)飛行控制分系統(tǒng)、高升力控制分系統(tǒng)、機(jī)械操縱控制分系統(tǒng)等。各分系統(tǒng)還可以進(jìn)一步細(xì)分為子系統(tǒng)或部件，如電傳飛行控制分系統(tǒng)進(jìn)一步細(xì)分為控制―顯示子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)、伺服作動(dòng)子系統(tǒng)、傳感器子系統(tǒng)、BIT和余度管理子系統(tǒng)等。

圖5 智能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

所以，智能虛擬試驗(yàn)物理對(duì)象涵蓋了待試驗(yàn)驗(yàn)證的功能系統(tǒng)、分系統(tǒng)，以及子系統(tǒng)或部件等。

3.2 智能虛擬試驗(yàn)資源層

智能虛擬試驗(yàn)資源層包括：試驗(yàn)資源池，資源感知與接入→信息互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)→資源虛擬化封裝，以及模型資源、計(jì)算資源、數(shù)據(jù)資源、軟件資源、知識(shí)資源、試驗(yàn)工具及License。

智能虛擬試驗(yàn)資源層主要存儲(chǔ)虛擬化/服務(wù)化的虛擬試驗(yàn)資源，含有語(yǔ)義本體庫(kù)、服務(wù)資源庫(kù)、虛擬資源庫(kù)等。語(yǔ)義本體庫(kù)主要存儲(chǔ)概念定義、專業(yè)領(lǐng)域的分類和概念關(guān)系信息，服務(wù)資源庫(kù)主要存儲(chǔ)靜態(tài)服務(wù)資源以及動(dòng)態(tài)服務(wù)資源的目錄信息，虛擬資源庫(kù)擁有經(jīng)過(guò)虛擬化封裝的各類虛擬試驗(yàn)資源。

3.3 智能虛擬試驗(yàn)核心服務(wù)層

智能虛擬試驗(yàn)核心服務(wù)層可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源組織與管理、試驗(yàn)環(huán)境控制、部件和系統(tǒng)建模與驗(yàn)證、規(guī)范化描述解析、虛擬化/服務(wù)化封裝、試驗(yàn)資源引擎、試驗(yàn)任務(wù)調(diào)度、三維遠(yuǎn)程可視化、試驗(yàn)安全體系、成員/組件生成等功能。

智能虛擬試驗(yàn)資源組織服務(wù)用于組織智能虛擬試驗(yàn)資源，構(gòu)建智能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)。智能虛擬試驗(yàn)資源具有虛擬化、服務(wù)化、物理資源等不同的形態(tài)，還存在可用和待部署的顯著區(qū)別，該服務(wù)用于組織屬性異構(gòu)的虛擬試驗(yàn)資源；智能虛擬試驗(yàn)任務(wù)管理服務(wù)提供對(duì)試驗(yàn)任務(wù)的創(chuàng)建、查看和管理，響應(yīng)智能虛擬試驗(yàn)任務(wù)發(fā)起者并智能化地定制虛擬試驗(yàn)的工作流程，按照流程信息鏈自動(dòng)調(diào)度各服務(wù)工作節(jié)點(diǎn)的文檔、模型、數(shù)據(jù)等仿真資源至用戶工作節(jié)點(diǎn)，智能化協(xié)調(diào)地域分布的試驗(yàn)人員共同完成虛擬試驗(yàn)任務(wù)。

智能虛擬試驗(yàn)資源管理服務(wù)包括試驗(yàn)資源智能管理、監(jiān)控、容錯(cuò)遷移、任務(wù)調(diào)度等服務(wù)。其中，智能虛擬試驗(yàn)資源管理服務(wù)包括虛擬試驗(yàn)資源的智能搜索/匹配、瀏覽/查看、上傳/下載、更改/刪除、注冊(cè)、發(fā)布等；智能虛擬試驗(yàn)資源監(jiān)控服務(wù)實(shí)時(shí)智能化采集試驗(yàn)資源和試驗(yàn)任務(wù)的狀態(tài)；試驗(yàn)資源容錯(cuò)遷移服務(wù)支持資源在非運(yùn)行狀態(tài)下的智能化容錯(cuò)恢復(fù)；試驗(yàn)任務(wù)調(diào)度服務(wù)根據(jù)物理計(jì)算節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控信息智能化進(jìn)行任務(wù)的靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)調(diào)整。

智能虛擬試驗(yàn)環(huán)境控制服務(wù)根據(jù)需要，智能構(gòu)建虛擬試驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境、控制和存儲(chǔ)虛擬試驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境的狀態(tài)，以便在虛擬試驗(yàn)任務(wù)完成后撤消虛擬運(yùn)行環(huán)境的服務(wù)。

部件和系統(tǒng)建模與驗(yàn)證服務(wù)可以為用戶提供系統(tǒng)頂層建模服務(wù)和專業(yè)領(lǐng)域部件、子系統(tǒng)、分系統(tǒng)和系統(tǒng)建模服務(wù)。將多學(xué)科耦合的復(fù)雜系統(tǒng)劃分為分系統(tǒng)、子系統(tǒng)及元件，建立由元素模型、成員模型及模型之間交互信息模型組成的頂層系統(tǒng)模型，利用各專業(yè)領(lǐng)域的商用軟件建立應(yīng)用領(lǐng)域元件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)模型。成員/組件自動(dòng)生成服務(wù)完成對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域元件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)模型的個(gè)性化定制，在元件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上按照業(yè)務(wù)邏輯集成為實(shí)體模型，生成可執(zhí)行或可被試驗(yàn)引擎調(diào)用的組件模型。

智能虛擬試驗(yàn)規(guī)范化描述解析服務(wù)從配置文件中自動(dòng)解析并獲取智能虛擬試驗(yàn)任務(wù)中各個(gè)成員模型運(yùn)行環(huán)境的語(yǔ)義描述信息，為虛擬試驗(yàn)資源的組織服務(wù)提供所需資源的屬性及配置信息。語(yǔ)義本體服務(wù)包括定義虛擬試驗(yàn)領(lǐng)域的概念、建立概念分類與關(guān)系等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)面向語(yǔ)義的資源檢索和不同領(lǐng)域之間仿真數(shù)據(jù)、模型與知識(shí)的交換、共享和復(fù)用。

遠(yuǎn)程虛擬桌面服務(wù)能夠遠(yuǎn)程聯(lián)接動(dòng)態(tài)構(gòu)建的虛擬機(jī)，進(jìn)而獲取運(yùn)行智能虛擬試驗(yàn)任務(wù)的虛擬機(jī)桌面環(huán)境?；谠摲?wù)，用戶在瀏覽器中能夠遠(yuǎn)程訪問(wèn)智能虛擬環(huán)境，進(jìn)而開(kāi)展智能虛擬試驗(yàn)任務(wù)，并通過(guò)三維模型遠(yuǎn)程可視化服務(wù)支持用戶通過(guò)瀏覽器來(lái)遠(yuǎn)程查看智能虛擬試驗(yàn)動(dòng)態(tài)過(guò)程。

虛擬化/服務(wù)化封裝服務(wù)包含創(chuàng)建、注冊(cè)、發(fā)布虛擬化/服務(wù)化智能虛擬試驗(yàn)資源。對(duì)實(shí)驗(yàn)用戶而言，智能虛擬試驗(yàn)資源通常為虛擬機(jī)鏡像，它是可共享、可重用的智能虛擬試驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境載體，能夠?qū)⒊Ｓ玫奶摂M試驗(yàn)軟件資源和系統(tǒng)支撐環(huán)境進(jìn)行組合封裝，進(jìn)而制作智能虛擬機(jī)模板。智能服務(wù)化虛擬試驗(yàn)資源指符合瀏覽器服務(wù)規(guī)范的各種試驗(yàn)服務(wù)，可以是模型服務(wù)、設(shè)備服務(wù)等形式。

智能虛擬試驗(yàn)引擎服務(wù)支持對(duì)虛擬試驗(yàn)組件模型、服務(wù)化試驗(yàn)資源進(jìn)行有效的重新構(gòu)架，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜虛擬試驗(yàn)任務(wù)的要求，提高智能虛擬試驗(yàn)組件模型或服務(wù)化虛擬試驗(yàn)資源的共享與重用。

3.4 智能虛擬試驗(yàn)用戶界面層

智能虛擬試驗(yàn)用戶界面層實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)樣機(jī)生成與管理、多學(xué)科綜合與虛擬協(xié)同試驗(yàn)、智能試驗(yàn)交互控制與可視化、試驗(yàn)結(jié)果發(fā)布查詢與評(píng)估、大數(shù)據(jù)管理與挖掘利用等功能。

智能虛擬試驗(yàn)用戶界面層采取瀏覽器形式的智能虛擬試驗(yàn)方式，為各種智能虛擬試驗(yàn)提供服務(wù)，由用戶人機(jī)界面提交智能虛擬試驗(yàn)任務(wù)并獲取智能虛擬試驗(yàn)結(jié)果，以及提供可視化的運(yùn)行界面，以便直觀進(jìn)行試驗(yàn)初始參數(shù)、狀態(tài)的設(shè)置，或者是運(yùn)行過(guò)程參數(shù)和狀態(tài)的設(shè)置。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)布查詢與評(píng)估服務(wù)通過(guò)智能虛擬試驗(yàn)?zāi)軌蛳到y(tǒng)地采集到運(yùn)行周期過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，方便用戶通過(guò)瀏覽器全面了解所采集的有效數(shù)據(jù)，監(jiān)示智能虛擬試驗(yàn)過(guò)程參數(shù)和狀態(tài)，以及按照特定方法評(píng)估虛擬試驗(yàn)結(jié)果，甚至開(kāi)展人在回路的智能虛擬試驗(yàn)。

3.5 智能虛擬試驗(yàn)應(yīng)用層

智能虛擬試驗(yàn)應(yīng)用層面向航空裝備全周期整機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證、功能系統(tǒng)集成試驗(yàn)驗(yàn)證、分系統(tǒng)和子系統(tǒng)綜合試驗(yàn)驗(yàn)證、供應(yīng)商子系統(tǒng)和部件試驗(yàn)驗(yàn)證、協(xié)同開(kāi)發(fā)過(guò)程試驗(yàn)驗(yàn)證等各類試驗(yàn)驗(yàn)證，覆蓋了裝備全周期的驗(yàn)證試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在總結(jié)NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)的智能虛擬飛行控制項(xiàng)目、歐洲空中客車公司的A380項(xiàng)目和LMS公司的機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真平臺(tái)LMS Imagine.Lab等目前在航空工程方面應(yīng)用虛擬試驗(yàn)技術(shù)的典型項(xiàng)目現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究虛擬試驗(yàn)相關(guān)特點(diǎn)，借鑒云計(jì)算等新興技術(shù)，分析了智能虛擬試驗(yàn)在柔性敏捷化、開(kāi)放服務(wù)化、并行協(xié)同化、集成虛擬化、知識(shí)智能化方面的技術(shù)特點(diǎn)，提出了智能虛擬試驗(yàn)體系框架，從邏輯功能視圖角度給出了智能虛擬試驗(yàn)的層次結(jié)構(gòu)，描述進(jìn)行智能虛擬試驗(yàn)活動(dòng)所需的核心服務(wù)，詳細(xì)說(shuō)明了智能虛擬試驗(yàn)物理對(duì)象層、智能虛擬試驗(yàn)資源層、智能虛擬試驗(yàn)核心服務(wù)層、智能虛擬試驗(yàn)界面層、智能虛擬試驗(yàn)應(yīng)用層功能實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵技術(shù)。

智能虛擬試驗(yàn)具有成本低、周期短、效率高、范圍廣、應(yīng)用面寬、復(fù)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，已貫穿到航空裝備設(shè)計(jì)研制集成生產(chǎn)的各個(gè)階段，具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)促進(jìn)航空裝備研制水平的提升必將起到重要作用。