仿真,企业协同的最后一战

引言企业协同概念一提出来，就像引发了世界大战一般，用协同技术消除企业信息孤岛的战役，在世界各地的不同领域以各种形式打响。协同技术的供应商和应用企业都在这些战役中受益。和任何一次世界大战一样，世界逐渐发展成两个阵营，一个是PLM，一个是ERP。但这次不同的是，这两个阵营不是相互对立，而是相辅相成。PLM支撑企业虚拟产品生命周期的管理，而ERP则支撑企业真实产品生命周期的管理。两者共同提升企业竞争力。也和任何一次世界大战一样，总有一些区域免受战乱之灾。但这次不同的是，他们豁免的不是灾祸，而是惠泽。这个领域就是仿真。仿真作为促进产品创新的关键技术，为企业创造巨大价值。但很多年来，企业在仿真方面的投资总是集中在单点技术的采购，这些技术只被少数专家用来对企业产品性能的进行分析。仿真领域很多年来一直被企业协同所忽视，它就像一个“黑洞”，没有与企业更广泛部门和流程联系起来，其他人员不能受益于此技术。仿真是属于PLM阵营的技术。PLM策略已经把企业虚拟产品相关的技术很好地协同，唯独留下了仿真。企业在进行企业协同的过程中发现了研发信息化技术的一大特征：CAD/CAM/CAPP/PDM技术在趋同，而CAE技术则在求异。企业可以通过选择同一种CAD/CAM/PDM系统而达到企业级协同。但对仿真来说，没有一种仿真系统可以包打天下，每种工具都有其无法替代的价值。这个领域的协同的确有点复杂，无论企业还是开发商，能绕着

走就先绕着走。但技术越是百花齐放，带来的异构问题越严重，协同必要性越高。因此，仿真这个“黑洞”，必须被瓦解!协同仿真，将是企业协同的最后一场战役，也是最重要的一场战役!协同仿真目标协同仿真的日标有三个：一是提高仿真工作效率，使仿真作用最大化，充分发挥工具、流程与数据的潜能，完成以前无法完成的任务;二是降低仿真工作难度，让尽量多的人可以驾驭仿真技术，让新手更早地进入高产能状态；三是将仿真引入到企业产品生命周期的整个阶段，让尽量多的人愿意且有可能介入到仿真流程，让更多的人从仿真成果中受益。经过对企业需求以及仿真技术现状分析，我们认为搭建仿真相关的企业级平台是达成以上日标的手段，这个平台应该包括以下六个方面的技术：仿真项日管理、仿真流程集成、仿真技术集成、多学科仿真、仿真数据管理、智力资产管理等等。:折柳.41W]■t.休牌力字:|:也:折柳.41W]■t.休牌力字:|:也in*.W就5桂电皿苗我rftIKvrH■7itft协同仿真目标协同仿真目标解析前文提出协同仿真的六大日标，本节对这六个日标给予解析。仿真项日管理长期以来，企业总是把仿真作为产品研发项日的一个节点来看待，连子项日都算不上。但现在，尤其研制复杂产品的企业已经认识到，把仿真作为项日来单独管理越来越必要。一架飞机的研发过程，需要3000多个活动来完成，而这些活动中，有一半以上是仿真类活动。这些活动的进展和衔接速度对型号研发速度的影响巨大。如果不用项日管理的思想来对仿真相关的人员、软硬件、数据以及流程进行统一管理，飞机这样复杂产品的研制速度难以保障。利用企业级协同仿真技术，项日一开始便规划研制对象的所有仿真活动及人员，以及他们之间的衔接关系，例如输入数据、输出数据、软硬件、任务执行人、起止时间等等，减少资源和人员的冲突，提高衔接效率，确保任务按时按质完成。项目甘特圈仿真流程集成仿真流程集成其实是仿真项日管理的技术化实施。当按照仿真项日管理的要求建立了工具、人员和数据之间的上下游关系之后，便自动形成了仿真流程。这个流程中的每个节点是仿真项日的一个任务，这个节点中设定了输入的信息和数据、输出的信息和数据，以及完成这个任务所使用工具和人员。多个任务节点构成一个大的节点或子流程。子流程构成主流程。在整个企业产品研发过程中，对于一个主流程，多个辅流程在同时执行。这个流程的设计是自上而下的方式进行。产品研发前期，企业集中制定仿真的主流程架构、辅流程架构以及各辅流程之间的数据传递关系。在研发过程中，各流程职责部门细化本部门负责的子流程。这里，除了设计副流程的架构，还要定义各节点中的微观信息，譬如节点的出入数据、执行人、工具、起止时间等。注意检查副流程与主流程的接口完整，以确保流程最终启动时，主流程和辅流程的协同及流畅执行。这个过程就是仿真流程集成。

仿真技术集成由于仿真技术的求异特性，企业中必须拥有多种仿真技术。仿真技术集成是针对企业的这种特点提供中间件技术，将各种仿真技术整合，不仅建立了各仿真技术之间的连接关系，而且形成一个统一的工作界面，所有仿真技术成为这个环境的后台技术。在此环境中，工作人员无需在各种程序界面之间频繁切换。这种集成不但将仿真技术之间进行集成，还应该包括必要的设计技术及数据的集成。设计技术集成包含这些集成技术：异构CAD零部件的“链接”和重新装配;仿真模型与设计模型的双向参数互动;装配关系自动探测等。分析技术集成包括这些集成技术：读写各种仿真软件的网格文件；快速解读异构CAE软件的复杂模型；异构CAE“死网格”参数化“再生”技术；异构CAE网格模型的重新装配；异构CAE软件间的多物理场耦合仿真等。PnxE&:疏KbiWnlcc■:MiMPnxE&:疏KbiWnlcc■:MiMr.Ufl-D仿真技术集成.WSYSNASTRANAOTODYNCFXFl岫FEKO多学科仿真对于大型复杂产品，采用多种学科的仿真工具对其进行模拟是很常见的。多学科仿真需要关注两个问题：一是多学科优化，二是多物理场耦合。产品优化是企业产品研发的终极日标。每种学科的优化都有各自的日标，但每个学科都达到最优是不现实的，需要在各种学科之间寻求平衡，使得产品在所有学科都达到较优，整体性能达到最优。这就是多学科优化。多物理场耦合是多学科仿真的高级形式。也即是说，多物理场耦合计算一定是多学科的，而多学科仿真则不一定是耦合的。对于各场之间不能解耦的强耦合问题，需要应用多场耦合技术来进行求解。典型的例子是飞机飞行，气流会对机身和机翼产生压力，这种压力会引起结构的变形，该变形反过来会影响气流的分布，这就是他们之间的耦合。辨柑E化飞机整机的多学科忧化流程辨柑E化飞机整机的多学科忧化流程I : 匚*& 二（―区[一石5S』—]仿真数据管理在没有有效的仿真数据管理（EDM）之前，仿真人员个人在管理这些数据，这种管理方式总是导致数据的孤岛、错版、遗忘甚至丢失。而仿真数据的特殊性要求采用特殊方式管理，这在企业的研发体系中

还是新课题。仿真数据比较复杂，常见的数据有：几何模型、网格模型、载荷工况、边界条件、脚本、计算结果、仿真报告等。仿真强烈的流程特征决定了仿真行为之间严密的逻辑关系，也决定了仿真数据之间的逻辑特征。因此，EDM与PDM的最大区别是：EDM侧重于对过程数据的管理，而PDM则侧重于对结果数据的管理。EDM采用BOE(BillOfEngineering)来记录这种过程与逻辑。为了保证大型仿真数据的操作效率，EDM采用FTP方式检入检出和存储数据。设计数据与仿真数据之间存在千丝万缕的联系，因此EDM无论多么完善，都需要和PDM建立紧密接口。只有这样，协同仿真平台和企业PLM策略才能形成统一整体。B三-E•T，=5fX许WB三-E•T，=5fX许W2亲™三„X-・uba・3・*33・£仿真数据管理智力资产管理仿真智力资产管理(SIAM:SimulationIntelligentAssetManagement)是协同仿真技术最关注的内容之一，该技术对分析专家的知识进行获取、保留和重新利用。仿真分析为企业带来的价值有目共睹，但对同一个问题，不同的使用者对问题的理解不同，模型化方案不同，导致的计算结果也不同。分析专家可以到得相当有指导价值的结果，但初学者却不能。究其原因，其实只有一条，那就是，分析专家的智力资产没有得到保存和重新利用，所有的人员都必须从头开始积累经验，形成很大浪费。特别是随着专家的退休、离职和突然亡故，这些知识便消失殆尽。智力资产库的建立，就是将分析专家将经验整理出来，形成分析规范，要求所有的分析人员遵照执行，使得仿真工作统一在分析专家的级别上。仿真相关的智力资产有许多种：仿真数据库，每个产品的仿真数据对将来产品的开发有巨大指导意义。当仿真数据积累量足够多，可形成规律性的结论。仿真流程库，不同企业或行业，采用的仿真技术及仿真流程可能是千差万别的。但对于具体企业和行业，需要仿真的产品及其仿真类型是有限的，特别是对于同一体系的产品，即使产品的拓扑形状不同，但他们的仿真流程通常是相同的。因此，针对同一企业和行业进行仿真流程库的建立是非常有意义的。设计规范库，作为工程设计的标准，设计规范是人们长期工程经验的总结，是一项珍贵的智力资产。将规范中的工程材料、型钢、特种板、工程载荷、校核规范等数据入库，在仿真工程中直接调用，而无需翻阅手册。仿真结果和校核规范的对比可以直接获知设计的有效性。虚拟样机库。现代产品的设计绝大多数是变形设计，一个新产品中90%以上的零部件是在原有产品基础上进行参数修改而成的。对于这些零部件，可以建立它们的仿真模型，模型包括几何模型、网格剖分、载荷施加、分析设置及结果察看等设置，形成虚拟样机部件库。当需要进行分析的时候，只需修改尺寸参数，就可以直接投入求解。如果需要进行整机仿真，则可以快速组装形成虚拟整机。这在概念设计阶段的快速选型非常有用，虽然没有详细设计模型，但我们仍旧可以快速把握未来产品的性能。机车转向架仿真流程库企业级特征协同仿真技术把仿真扩到的整个企业。首先，传统的仿真技术只在整个生命周期的仿真校验阶段采用。采用协同仿真技术，对专家智力资产的重新利用，大大降低仿真应用的技术门槛，仿真技术很容易地扩展到产品研发的整个阶段，从概念设计、详细设计、仿真校验和工艺规划，都可以采用仿真技术。甚至产品研发的上下游部门也可因此而受益，譬如测试部门、市场营销部门和售后服务部门。一个极端的例子是，采购人员可能使用这些结果来确认采购决定，销售人员可能使用这一技术向客户展示产品的未来性能和使用感受，即使是客户更改需求，在该系统中也可以立即更改产品展示，促进对客户需求的快速反应。这种特性还导致了另一个令人兴奋的结果：通过把企业中更多的人加入到仿真技术的使用队伍，仿真技术从“推动”变成“拉动”。过去，仿真人员在企业中的价值很难被人们广泛理解。现在就不同了，仿真不仅在产品研发流程，甚至整个产品生命周期中都发挥作用。五协同仿真平台所谓协同仿真平台，是根据现代企业研发活动的特点，整合所有研发工具，形成一个基于网络的、分布式的企业级协同环境。该平台将前文所述的六大功能融会贯通，并充分利用企业分布式硬件资源和网格计算资源，支持企业的研发活动。协同仿真平台不应只面对一个部门或工作组，而应该是企业级（间）的平台，可实现联盟式跨域协同，可进行企业级、企业间乃至全球化通信、协作及合作开发。采用J2EE作为开发标准是理想选择，该技术可保证平台的企业级（间）特征。同时数据库技术也应该考虑采用国际先进技术，确保平台保持长的时间不落后。作为企业研发系统所有人员的工作平台，该平台应该考虑全方位安全体系，如身份认证和数字签名、文件及关键数据的加密存储及传输技术等，保证数据在企业级（间）访问和共享的安全性。日前企业级仿真平台有很多，都在一定程度上满足企业的研发需求，对于这些平台，有一个坏消息和一个好消息。坏消息是，没有一家成熟平台可以满足企业所有的需求。好消息是，每一种需求都有合适的平台和工具与之对应。基于此现状，安世亚太联合世界上几家提供协同仿真技术的公司，共同研发出了企业级协同仿真平台——PERA。PERA平台是可以满足企业完整需求的协同仿真平台，图中反映了这个平台的架构。更多的信息，请参考功公司的网站（/r/）或其提供的相关资料，此处不再赘述。六.既难又简的实施协同仿真平台和其他企业协同平台一样，是需要实施的系统。实施人员根据企业的研发流程及仿真需求进行实施定制，形成适合企业的工作平台。但协同仿真平台的实施难度相对于其他平台（如ERP、

PLM等）来说，既高又低。难度高，表现在该平台需要实施队伍不仅具有过硬的IT知识，还需要熟悉各种研发工具，特别是仿真工具，同时能理解并帮助用户梳理他们的研发流程；难度低，表现在该平台实