智慧院所建设的核心落地技术

1、智慧院所建设的核心落地技术系统驱动的产品研发中国制造2025与德国工业4.0的共同要求众包设计系统驱动产品开发全寿期 大数据分析云增材制造智能自动化高级机器人持续优化的智能技术将改变一切Page 2改变产品研发模式改变产品制造模式智慧院所关键要素智能产品研发为重要组成部分智能产品与生产模型及平 台：产品与生产知识的自组织、 自行动. 统一、多学科、可 视化、网络化、开放。智能规划与概念设计整合专家知识与客户智慧形成好的主意与概念 智能产品开发 自动优化与验证跨学科的产 品性能满足设计目标智能生产开发抽取产品的生产智能信息， 规划与开发智能的生产系统智能生产数字化工厂监控与适应生产，以实现效率、

2、利用率和质量 的最大化智能支持智能产品提升实时丰富的服 务知识，为客户提供最大化 产品生命周期价值智能规划 与概念设计智能 生产智能支持智能 产品 开发规划研发制造支持智能 生产 开发智能产品 与生产模 型及平台Page 3系统驱动为智能产品研发的落地技术 后期系统综合问题频出，几乎是3年的超期 设计改动导致开发预算增加50亿美元由于两个软件模块之 间的通信错误造成 指导和状态信息完全 丧失Ariane 5火箭升空不到40秒失去控制爆炸由于不同部件的两套不同 需求导致火星探测器进入 火星60英里的轨道时被烧毁Page 4数据建模核心要素需求流程验证知识多系统产品全生命周期系统驱动的产品开发Sy

3、stem Driven Product Development (SDPD)SDPD = 西门子实施MBSE的落地方案MBSE = 基于模型的系统工程SDPD =应用建模与仿真技术来支持系统需求、 设计、分析、验证与确认为跨领域协同的产品开发、制造和使用提供支持，来 预测/验证横跨全系统性能（包括机械、电 气、软件和控制等）的产品和流程需求设计工艺试验维护系统驱动的产品研发SDPDPage 5系统驱动的产品研发演变过程过去30年从未停止几何CAD MockupCAE & 试验需求管理产品工程图纸需求工程性能工程基于文档纯物理试验+性能属性全系统（机电软）Mock-up性能数字化双胞胎+ 预测性

4、工程分析基于PLM的闭环管理Page 6系统需求方案设计详细设计子系统集成系统确认系统验证设计缺陷被引入70%10%20%设计缺陷被发现30%50%修正缺陷的成本2.5x110 x40 x16xSource: NAFEMS 2015 Christian Bnac ; Head of Modeling and Simulation Deployment, Airbus系统驱动的产品研发重要意义重要性和收益：显著降低产品开发周期优化并提高机电产品性能提高产品质量和可靠性改进的方向Page 7系统驱动的产品开发：基于PLM的闭环设计需求、功能、逻辑架构模型 元件仿真 架构仿 真 I/Orealize

5、specify可重用模型库模型确定，跟踪和配置实现，执行，验证和校核ICEE-motorrshaft_1Batteryelect_1_2rshaft_1GearboxChassisrshaft_1elect_1_1rshaft_1rshaft_1多领域仿真架构仿真配置经配置的多领域仿真仿真和验证specifyPage 8behavior系统驱动的产品开发从需求至测试报告的可追溯性产品需求验证规划测试要求和过程测试条目和试验台建设验证策略数字- 试 验试验配置验证执行虚拟测试数据物理测试数据追溯至需求下个项目的重用验证报告Page 9系统驱动的产品研发组成RFLPTeamcenter系统工程管理

6、平台System V&VKnowledgeCapitalization系统工程多领域 管理流程（横向、宽度）需求管理项目管理技术状态管理。系统工程多技术 工具流程（纵向、深度）建模工具仿真工具验证工具。Simcenter预测性工程分析Page 10系统驱动的产品研发:需求管理产品系统子系统零件需要、要求、指标、参数的工程化描述Page 11系统驱动的产品研发:功能分析与逻辑架构SEArchitecturesSEWorkbenchA/C SE Architectures操作视图功能视图多领域视图逻辑视图拓扑视图物理视图.以及它们之间的关系Page 12系统驱动的产品研发:物理实现Product

7、Lifecycle ManagementRequirementsFunctionalLogicalPhysicalArchitectureMappingDeploy simulationAnalysis requestSimcenterAmesim1D /CAEModel ManagementTeamcenterSimcenter System Synthesis TeamcenterAircraft 指标安全分析 / FMECA可靠性物理性能机械结构控制&软件制造重量.Aircraft Design 方法和工具管理异构多样工具管理模型和数据可追溯性增加模型和数据的一致 性Page 13系统驱

8、动的产品研发-复杂系统研发现状场所分离，跨部门无法协同结构、电子、软件分 头设计，早期没有闭 环异构模型无法连接无法做整机级虚拟仿 真数据、仿真结果无法 追踪模型管理与重用描述框架图3D 结构与机构仿真CFD 仿真1D 机电系统仿真用户使用数据仿真数据测试数据测试历史数据控制开发Page 14系统驱动的产品研发目标描述框架图测试数据仿真数据用户使用数据1D 机电系统仿真历史数据控制策略3D 结构与机构仿真CFD 仿真物理测试性能数字双胞胎1D3D测试控制高精度性能数字双 胞胎，实现预测工 程分析基于数字双胞胎进 行整机级性能预测 与设计优化多领域、多目标模 型函盖整个研发流 程模型间数据双向传

9、递V&V确认验证Page 15系统驱动的产品开发Simcenter用于预测性工程分析 性能数字双胞胎 系统的系统Page 16Simcenter 1D Amesim概念设计阶段Simcenter AmesimSimcenter System Synthesis机械库 电气库 液压库 热管理库40+元器件库Page 17Simcenter 3D & NX Nastran详细设计阶段结构噪声 & 振动声学 热场 流体复合材料多体转子动力学 疲劳优化1D 3DCo-SimulationTEST-CAECorrelationMulti-Physics线性有限元非线性有限元边界元多体动力学疲劳热CFDP

10、age 18STAR-CCM+Simcenter STAR-CCM+ 详细设计阶段流体力学 固体力学 流固耦合 传热颗粒流体 反应流体 多相流 电化学 电磁学 声学流变学Page 19Simcenter Test.Lab & SCADAS物理试验结构模态 结构力学 声学旋转动力学环境测试GVT振动控制模拟信号MicrophonesStress , strainDisplacementForce, Torque, Load, pressureTacho, TTL,Temperature, CurrentTEST-CAECorrelation数字信号GPSVideoEthercatIRIGMode

11、l-Based System TestingPage 20Simcenter HEEDS 设计探索与优化HEEDS设计探索Page 21系统驱动的产品开发- 全机多属性平衡设计Mechanical SystemsFlightControlsFuel SystemComplexity & Integration Mandates “Model Based” Product DevelopmentEnv. Control SystemEffectiveAvailableScheduleCostReliableEngineElectrical SystemStructureHydraulic Sys

12、temMulti-attribute Balancing Customer Satisfaction Program SuccessConceptDetailedDevelopmentVerificationPage 22系统驱动的产品开发案例：虚拟集成飞机(VIA&VIB)全系统集成实现热、能量和性能分析NX Thermal保障研发时不同架构设计论证保障各工况、整机的功率分配及优化保障整机各子系统及其部件的设计、选型和优化 保障全机热集成耦合设计论证保障全机多属性平衡设计论证 保障虚拟标定和故障分析Page 23保障虚拟标定和故障分析CTRL飞控系统虚拟集成飞机(VIA)全机架构优化系统需求

13、捕获与确认系统验证虚拟铁鸟 (VIB)加速测试虚拟/ 物理验证“铁鸟台”半物理模型HYDR液压系统AIR空气系统ECS环控系统FUEL燃油系统ELEC电气系统MECH起落架高升力装置ENGINE发动机系统虚拟全机模型System RequirementsSystem ValidationMILSILHILDetailed DesignArchitecture & TechnologiesSystems Integration CheckDesign Approval虚拟测试验证及其标定工作：Page 24控制器各个阶段控制策略的验证不同复杂度模型满足不同研发阶段需 求，进行方案及其选型设计优化

14、论证保障虚拟标定和故障分析故障分析工作：故障模式的统计及设定故障原因查找分析（需要经验或专家库支持）Page 25飞机燃油系统完整的、连续的飞行剖面任意的、连续飞行姿态变化航空燃油系统供输油系统航空燃油系统供输油分配控制系 统增压和惰化系统燃油热管理系统燃油测量和重心调节系统燃油系统数字化双胞胎建模Page 26系统驱动的产品开发-船舶子系统及设计目标多属性分析热管理/ 隐身性能热特性尺寸/ 分配系统优化船载环境空气质量水分配系统温度管理机动性 / 自动驾驶性能航行潜航能源能源管理动力装置传动系统子系统设计目标Page 27系统驱动的产品开发案例：VIS&VIF“系统的系统”带来新的挑战VIS

15、 Virtual Integrated Ship 虚拟集成舰船舰船系统（子系统）集成模型，由系统部件模型组成实现系统的集成交联分析和检查 从“概念设计”一直到“售后服务”都可以发挥作用VIF Virtual Iron Fish 虚拟铁鱼用于“验证和测试”阶段的VIS模型VIS模型在实时仿真上的应用用于测试台架准备的VIS或者部分VIS模型单独用于HIL的VIS部分Feasibility可行性Definition定义InService维护Concept概念Development开发Virtual Integrated Ship (VIS)Virtual Iron Fish (VIF)Page 2

16、8Mission profile / Env. Conditions (air and sea), Fluid props Sub buoyancy (Archimede) / Control Strategy (State Chart)潜艇整机虚拟集成案例系统上，根据国际标准企业标准或者对等的方法来进行子 系统的划分结构上， 根据用于安装设备或者运送乘客的舱室来划分组织上， 需要考虑到各专业科室的专业分工建模上，需要考虑数字仿真的因素Main Ballast Tank Arrangement in Sub compartments3D pre-post- processing viwerAi

17、r and Water System layout for blowing / venting /flooding operationsPage 29智能系统嵌入式软件开发系统需求算法技术 参数确定基于模型的算法测 试(MIL)集成测试驾驶模拟器中的测 试车辆集成测试测试用例MILSILHILC-代码软件架构系统需求专业部门的模型系统工程师项目经理软件架构工程师测试工程师Page 30自动代码生成软件工程师、算法工程师训练模拟器：1D&3D实时仿真技术实时仿真Page 31面向下一代智能产品研发的西门子全面解决方案最全面的多领域协同和集成的解决方案Gateway 设计软件开发 系统工程云服务IoT V2X硬件 & 电子ALM控制开发代码开发软件质量管理.测试用例生成 自动化测试 仿真工厂MiL SiL HiLVehiL - DiL大数据分析 智能产品行为