分布式强耦合仿真

1、分布式强耦合仿真1.挑战 现代工业产品复杂，包含多个学科，各学科的专业性需要不同的团队、甚至不同的设计理念、工具。虚拟原型设计、虚拟实验的发展趋势需要各学科的模型能够构成一个整体的系统模型，主机厂需要将供应商提供的部件模型组装成系统模型来做选型设计或虚拟实验。但是各团队因为团队利益、工具不同等因素难以将专业模型组装成一个系统模型，所以需要强耦合仿真的解决方案。 2.解决方案 传统的联合仿真实现机制往往是通过建模仿真工具间提供的接口，将其中一个建模工具搭建的模型导入到另外一个工具中进行联合仿真。 这种实现方式限制较大，要求各专业间的建模工具都能提供相互间的集成接口，在产品研发涉及到多个专业时，往

2、往很难实现。并且如上图所示:Adams的模型在导入Simulink后，会调用Simulink的求解器进行计算，这会影响Adams模型的计算精度。 因此为了实现产品的功能样机的建设，目前较为主流的方式有以下几种：2.1.基于统一建模平台的功能样机建设 通过不断的开发和完善模型库，一些建模工具具备了多学科建模仿真的能力。基于此类工具，即可搭建不同学科的仿真模型进行仿真验证，并因为基于同一款工具，即不存在需要进行开发即可实现多学科的联合仿真。 Dymola软件是法国达索公司专业的多学科系统仿真工具，基于开源的Modelica语言，任何企业或个人都可以开发各自应用领域的Modelica模型，因此拥有由

3、Modelica协会成员如DLR（德国宇航局）、Modelon等成员公司开发并经过工业验证的众多不同行业的专业库，如电机、多体动力学、电气、热力学、液压、气动、热学和控制等专业元件库，为机械、电气、液压等多领域的应用提供了极大的便利性。 Dymola由Modelica基础库（包括机械、电气、控制、传热、流体等多个学科的专业元件库）、液压库、气动库、智能电机库、传动库、柔性体库以及Simulink接口、源代码生成模块、实时仿真接口、模型标定模块、模型管理模块、设计优化模块等功能组成。 各元件库可以单独使用，构建本学科的子系统模型；也可以基于各元件库，创建用于多学科仿真的系统元件库模型或系统仿真模

4、型。 利用各学科的模型库，也可以快速创建整个系统的多学科仿真模型。2.2.基于通用接口的多学科联合仿真 因为目前在各专业领域中，都有各自主流的仿真建模工具，如：液压专业的AMESim、动力学的ADAMS、控制领域的Simulink、空调环控领域的Dymola等，想要统一到同一个建模平台非常的困难。并且企业在以往的产品研发过程中会积累大量的模型，复用已有的模型，实现智力资产的复用是企业的强烈需求。 并且随着产品复杂度的提升和社会分工的细化，已经很少有企业能够独自完成一个产品的所有研发，往往是通过多个企业间的协同来实现产品的研发过程，如何促使各企业间进行模型的共享而又能保护各企业的知识产权，是产品

5、功能样机搭建过程中面临的关键问题。 为了实现全数字虚拟汽车的概念，欧洲由戴姆勒公司牵头组成了Modelisar协会，该协会提出了通过第三方的标准接口FMI，各仿真工具针对FMI的接口协议进行定制开发后，可导出通用的FMU模型，供联合仿真应用。 FMI标准包括基于C语言的标准函数接口和模型变量属性描述文件两个部分，建模工具根据FMI标准生成FMU（The Functional Mockup Unit）模型。FMU包含：内部包含FMI标准接口函数的模型文件，描述模型变量属性的模型描述文件（.xml）。 FMI的结构框架图如下所示： 通过FMI的接口，各供应商可以将各部件的功能模型提交给整车厂，整车

6、厂通过对FMU的模型进行联合仿真，即可验证产品的设计方案是否嫩满足当初所定义的需求。2.3.基于分布式强耦合仿真平台 基于FMI接口实现多学科联合仿真，要求各建模仿真工具都开发各自的FMI接口，并且所有模型集成在同一台机器上进行仿真运算，对机器的运算性能要求会非常高，因此采用一款分布式强耦合仿真平台，该平台既能与FMU的模型进行集成，也能自己开发针对各个仿真工具的应用接口，实现各工具的联合仿真是目前技术上最为可行的联合仿真方案。 TISC是一个用于控制不同仿真应用的联合仿真环境。它划分为两层：控制层和仿真层。仿真层可以耦合不同工具，并执行联合仿真计算。控制层控制联合仿真的过程，用于配置不同工具

7、和模型进行联合仿真计算。 基于TISC平台，可以方便的实现不同仿真工具间的联合仿真，各种不同的仿真工具只需要开发与TISC的集成接口即可，并且TISC目前已经支持的工具可以覆盖绝大部分的常用仿真工具，而目前尚未支持的工具，也可通过定制化开发实现与TISC的集成。 TISC平台也支持分布式的联合仿真，各个模型可以分别在不同的计算机中运行，只需要与TISC的服务器端进行数据交互即可实现联合仿真，可以有效地降低仿真对计算机硬件的要求，也可大大缩短联合仿真的时间周期. 基于TISC平台可以在不改变现有研发模式的前提下，只需对已有模型进行简单的输入输出接口定义，同时模型也可在各单位自己的仿真计算机上进行运行，只要保证网络互通即可实现联合仿真，这有效的解决了目前企业所面临的的难题。 3.总结 采用分布式强耦合仿真平台，进行多工具的联合仿真，具有如下优点： 以模块化的方式，实现客户端的集成，可以在原有模型的基础上，进行细微的修改，即可实现多工具的联合仿真，降低集成难度，充分利用现有的模型。 通过客户端-服务器的模式实现联合仿真，可在服务器端对整个联合仿真过程进行配置和监控，实现对整个联合仿真过程的控制。 采用这种机制，可实现局域网段内的分布式联合仿真，各仿真