總體設計模擬協同平台助力「智慧總體部」建設
本文選自《智慧企業之路》第二期，第84頁，「智慧企業建設實務」欄目
1.項目背景
大數據時代的到來，無時無刻不在衝擊著我們的生活，電子商務、社交網路、移動互聯等新生事物形成大量多樣化的數據，使得世界變得更關聯、更智能，大數據產業成為國內外廣泛關注的熱點。隨著雲計算、物聯網、大數據等技術的迅猛發展，「智慧化」已經成為繼「數字化」、「網路化」之後信息社會發展的新方向。智慧城市、智慧政府、智慧校園、智慧園區、智慧工廠等概念相繼提出。在軍工領域，從「數字軍工」走向「智慧軍工」也將成為國防科技工業發展的必然趨勢。作為航天科工某院總體部，「智慧總體部」的建設也勢在必行。
2.問題與挑戰
中國航天科工集團某院總體設計部是航天飛行器系統總體設計、總體協調和技術抓總的骨幹研製單位。近年來，隨著航天飛行器型號研製任務快速增長，傳統研製模式和手段已經無法滿足現有業務的需求，嚴重的影響了型號研製目標（周期、質量、成本等）的達成、技術創新以及市場競爭力的提升。
?「學科孤島」客觀存在
各個專業自主開發或採購了各種計算工具、模擬軟體，也形成了各個學科領域的研究方法和發展思路，但是學科間缺乏有效的溝通方式，形成了一個個「學科孤島」；
?「部門牆」問題凸顯
對於大型號研發項目的模擬任務，需要多個部門和多專業人員參與，存在頻繁的數據傳遞、解析、驗證與溝通工作，缺乏有效的手段對各個模擬環節、輸入輸出進行管理、監控和追溯；
?缺乏知識管理平台
積累了大量學科分析流程與經驗，但缺少有效的IT平台予以固化和重用；
?重複勞動影響創新
大量重複性的設計模擬工作分散了研究人員的精力，影響其在新技術創新領域的工作投入；
?數據無法有效共享
模擬分析數據存儲在個人計算機上，缺乏有效的分類、存儲和共享手段。
模擬數據對於研發單位就是企業的智慧財產，急需一個合適的模擬數據管理平台將這些數據運用起來，為「智慧總體部」建設發揮更大的作用。
3.項目推進過程
方案確定：一個讓模擬更「真」的方案
區別於傳統的PDM，模擬數據管理平台這樣跨學科協同平台的建設在行業中並沒有太多可以參考的案例。項目立項之後，團隊在客戶的配合下，展開各專業的調研，結合以往平台建設的經驗，經過反覆的論證討論，創新的提出基於3DEXPERIENCE軟體技術，結合智能研發理念，將型號研發流程與設計模擬任務、設計模擬數據管理與知識沉澱充分融合，支持型號總體方案快速論證和設計優化的應用平台建設方案。
該方案重點圍繞型號總體到結構分系統的設計打通，關注於型號研製生命周期階段和工程研製階段，以滿足型號結構設計和性能驗證為出發點，著重對該過程涉及的各專業進行專業之間協同流程、專業任務和交互介面的疏通。
期望通過平台的建設，結合總體部多年的型號研製現狀，以輸入為先，介面上下游雙方共同協商的原則，基於總體部對各專業之間的專業任務、專業之間協同流程和交互介面進行規範和統一，在平台中實現專業間介面模型和專業標準能力目錄。讓模擬更「真」，為模擬驅動設計的智慧研發模式打下基礎。
實施過程：關關難過關關過
通過前期的方案論證，確定了本次項目的實施內容與範圍，然而實施過程仍然遇到了很多意想不到的困難。所謂實踐是檢驗真理的唯一標準，作為一個創新開拓性的項目，方案主要確定了項目的大方向。
首先是技術上的困難，本次項目需要集成眾多模擬軟體，如結構模擬軟體ABAQUS、 ANSYS、Patran、Nastran，流體模擬軟體Gambit 、Fluent，建模軟體Proe，系統模擬Matlab等，此外，還需要集成高算作業系統，模擬軟體以及高算的集成均面臨眾多技術上的挑戰。
項目團隊結合自身的模擬工具使用經驗，保質保量的完成了不同版本的眾多分析工具的集成工作。對於高算集成更是面臨技術儲備零基礎的挑戰，通過組建專家團隊，結合高算供應商的支持，項目團隊嘗試了多種高算集成的方案，最後確定選取充分發揮SLM中station的技術特點。通過在高算節點不是station的形式，結合高算的集成命令，實現了模擬流程與高算系統的集成。
本項目甲方所在地為北京，然而項目團隊組成來自南京，上海，武漢等地，團隊成員雖然分布各地，但成員總是能克服地域、氣候等困難。實施團隊在實施過程中充分發揮了國睿信維「以奮鬥者為榮」的文化，結合公司的實施方法，高效協同，完成了項目設定的目標，攻克了各種技術難關。
2017年9月，在北京，中國航天科工集團某院總體設計部專家組對由國睿信維與達索系統共同承擔建設的型號總體設計模擬協同平台完成了驗收，並對系統建設成果給予了高度評價。
4.平台亮點
在歷時近6個月的實施過程中，聯合項目組收集並綜合國內外軍工領域的研發技術發展趨勢，認真分析業務現狀與痛點，注重將軟體功能的先進性與工程應用的實用性要求相結合，為總體部打造了如下平台關鍵能力：
▲圖1：平台四大關鍵能力
跨專業協同設計能力
?將總體、氣動、結構等專業協同設計流程以模板形式固化在3DEXPERIENCE平台中，支持基於不同項目條件對研發流程模板進行裁剪並自動生成研發任務計劃。
?兼顧流程的規範性與靈活性，支持對創新業務流程的手工搭建與執行，並可以在創新流程成熟後進一步固化為研發流程模板。
?支持任務流與數據流的統一，規範學科上下游間的數據傳遞條件。
?通過可視化的數據影響關係圖，及時反映學科上下游間數據更新狀況。
?基於固化的總體參數優化流程模板，自動執行計算分析，並能夠由計算結果自動生成幾何外形模型。
▲圖2：系統總體流程圖
專業內部的集成化設計-模擬-優化能力
?基於自動化性能分析流程、DOE 演算法、優化演算法等手段，支持多種氣動外形在工作載荷、環境計算性能分析實現氣動外形的優化並保證產品在不同工況下的可靠性。
?緊密集成近10種專業設計模擬工具，實現專業內部的快速設計、多方案快速探索及優化。
?對模擬結果進行嚮導式分析，並支持分析報告自動生成。
?將各個學科的模擬經驗和模擬流程模板固化為專業能力目錄，支持「貨架式」專業能力拚接並快速構建面向型號的多專業模擬技術流程。
?支持平台與LSF高算系統的緊密集成，支持模擬流作業的多作業並行提交，結果的自動反饋能力。
?符合軍工行業保密管理要求的三員管理及密級管控能力。
5.建設效益
?突破專業間的壁壘，實現了以研製任務為牽引、模型為載體、知識模板為驅動、自動化模擬計算為手段的跨專業高效協同，有效縮短「設計-模擬-優化」迭代周期。
?建立了統一的型號總體設計模擬數據源，支持持續的知識積累與沉澱。
?通過「貨架式」專業能力拚接實現知識自動化，提升型號設計質量，縮短型號研製周期。
?通過平台的建設，為「智慧總體部」的建設提供了智慧數據的保障，為後續工業大數據等信息化技術提供了可能。
該項目的成功上線，既滿足了該企業當前型號總體方案階段所需的方案快速響應、快速研發和方案優化需求，助力當下型號研製，也為企業推動創新，最終實現數字化轉型，建設「智慧總體部」打下了堅實的基礎。
▋責編：孫曉嵐
▋編輯：尚敏
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