汪志華

摘要：研究了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺和多學(xué)科仿真數(shù)據(jù)管理平臺，數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺實現(xiàn)復(fù)雜項目管理、任務(wù)管理、流程管理和數(shù)據(jù)管理，多學(xué)科仿真數(shù)據(jù)管理平臺實現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)管理、仿真流程管理和知識庫管理，確保多層次多專業(yè)協(xié)同仿真數(shù)據(jù)的一致性、完整性、及時性和可控性，探索了綜合集成協(xié)同設(shè)計仿真的方案，為設(shè)計仿真人員學(xué)習(xí)多學(xué)科協(xié)同設(shè)計仿真提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計；多學(xué)科仿真；設(shè)計仿真工具

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2018）13-60-2

Research on Multidisciplinary Collaborative Design Simulation Tools

WANG Zhihua（Information Science Academy of CETC， Beijing 100086， China）

0引言

20世紀(jì)90年代末，Balling和Sobieski設(shè)計了MDO模型[1]，掀起了MDO研究熱潮，并且理論研究不斷向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化。在理論研究方面，司徒渝研究了多學(xué)科設(shè)計建模等關(guān)鍵技術(shù)并設(shè)計了流程圖[2]，王平等在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用了多學(xué)科協(xié)同設(shè)計[3]，聶勇軍等利用多學(xué)科優(yōu)化理論建立機(jī)械、液壓及電控等多學(xué)科優(yōu)化模型[4]。多學(xué)科協(xié)同設(shè)計技術(shù)已取得重要突破，并在實踐中得到大量應(yīng)用，相應(yīng)的軟件支撐和工具已被人們開發(fā)出來，在許多行業(yè)可以得到大量應(yīng)用。

1數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺

數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺是基于高效協(xié)同設(shè)計架構(gòu)，利用數(shù)字化技術(shù)將原來分散的多專業(yè)學(xué)科、多部門、多設(shè)計階段的研發(fā)過程整合為統(tǒng)一設(shè)計體系，為復(fù)雜產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計提供管控支撐平臺。數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺以“協(xié)同設(shè)計”為核心，綜合集成相關(guān)軟件工具、方法、規(guī)范、知識和數(shù)據(jù)等多方面內(nèi)容，為設(shè)計人員提供綜合集成設(shè)計工作環(huán)境，使設(shè)計人員能夠快速完成設(shè)計任務(wù)。平臺建立貫穿多個研發(fā)階段、多專業(yè)部門、多學(xué)科領(lǐng)域的協(xié)同設(shè)計研發(fā)流程，控制產(chǎn)品研發(fā)的業(yè)務(wù)過程、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和設(shè)計數(shù)據(jù)版本。同時，以各工具軟件為設(shè)計分析手段，以工程數(shù)據(jù)庫為設(shè)計支撐，以流程管理為過程控制機(jī)制，平臺實現(xiàn)多專業(yè)設(shè)計分析的協(xié)調(diào)，從而達(dá)到復(fù)雜產(chǎn)品的快速協(xié)同設(shè)計。

數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺的主要功能有：①復(fù)雜項目管理：組織、管理、規(guī)劃和控制型號、產(chǎn)品性能、工作過程、時間進(jìn)度及資源分配等任務(wù)；②任務(wù)管理：提供規(guī)劃、管理產(chǎn)品設(shè)計性能參數(shù)匹配關(guān)系、任務(wù)子流程，執(zhí)行設(shè)計過程，控制、檢查及審核版本數(shù)據(jù)；③設(shè)計流程管理：提供組織、定義、管理、控制設(shè)計工序任務(wù)先后順序、邏輯關(guān)系、啟動激活條件、過程狀態(tài)及數(shù)據(jù)組織等手段；④設(shè)計數(shù)據(jù)管理：統(tǒng)一存儲、組織、查找、訪問各類設(shè)計數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)的版本追溯和對比，并生成直觀的版本數(shù)據(jù)譜系圖，進(jìn)而形成設(shè)計過程知識庫；⑤協(xié)同工程環(huán)境：提供統(tǒng)一的組織、處理、執(zhí)行、定義、管理設(shè)計工程項目環(huán)境和產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)，涵蓋所有設(shè)計數(shù)據(jù)和信息；⑥設(shè)計系統(tǒng)管理，提供系統(tǒng)初始化、機(jī)構(gòu)人員角色設(shè)置、創(chuàng)建動態(tài)門戶、日志管理、人員權(quán)限分配及密級等級設(shè)置等功能。

2多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺

多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺作為協(xié)同仿真的核心部分，以復(fù)雜組合項目的仿真數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為多層級、多專業(yè)、多學(xué)科協(xié)同仿真提供數(shù)據(jù)管理，可支撐仿真數(shù)據(jù)完整性、一致性和可控性驗證，通過與協(xié)同創(chuàng)新平臺集成，能夠?qū)⒎抡娌僮魅谌氲皆O(shè)計行為中。多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺能夠在多層次多專業(yè)協(xié)同仿真時確保數(shù)據(jù)的一致性、完整性、及時性和可控性，對不同仿真手段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行類比分析，在精細(xì)化仿真模型方案迭代時驗證數(shù)據(jù)的一致性、完整性、及時性和可控性，能夠?qū)Ψ抡娌僮髦卸鄨鲴詈戏抡婕夹g(shù)的成熟度進(jìn)行管控。多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺主要由應(yīng)用層、基礎(chǔ)層和數(shù)據(jù)層3層架構(gòu)組成，如圖1所示。

應(yīng)用層向用戶展示各種可用功能，包括仿真數(shù)據(jù)管理、仿真流程管理及知識庫管理等功能模塊，可根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)整；基礎(chǔ)層為應(yīng)用層提供底層支撐，一般由內(nèi)容管理、注冊和執(zhí)行、權(quán)限控制等構(gòu)成；數(shù)據(jù)層是實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)管理的場所，存儲的數(shù)據(jù)對象包括結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，下面主要對應(yīng)用層進(jìn)行描述。

（1）仿真數(shù)據(jù)管理對設(shè)計模型、網(wǎng)格模型、仿真模型、計算結(jié)果、文本數(shù)據(jù)、圖片、仿真報告、仿真任務(wù)數(shù)據(jù)、仿真需求及技術(shù)規(guī)格等數(shù)據(jù)按照不同類型進(jìn)行分類管理，提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、關(guān)鍵字檢索、數(shù)據(jù)對比、數(shù)據(jù)版本管理、角色管理及可視化顯示等數(shù)據(jù)維護(hù)功能。

（2）仿真流程管理包括分析任務(wù)同步、分析任務(wù)審核和分析任務(wù)查看等功能。①分析任務(wù)同步就是與協(xié)同設(shè)計創(chuàng)新平臺的仿真任務(wù)同步，接收仿真需求，生成仿真任務(wù)并按照規(guī)定流程步驟執(zhí)行，在處理仿真數(shù)據(jù)時可根據(jù)需要修改分析任務(wù)的狀態(tài)和各子步驟的狀態(tài)。②分析任務(wù)審核對仿真結(jié)果自動生成仿真報告，提供審閱接口，將仿真報告與仿真關(guān)鍵結(jié)果值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，甚至可以同步到協(xié)同設(shè)計創(chuàng)新平臺，審閱通過后形成批準(zhǔn)文檔進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔。③分析任務(wù)查看可以查看所有任務(wù)的狀態(tài)總表，以掌握任務(wù)的執(zhí)行情況，查看方式包括樹狀圖等多種形式，仿真人員可以根據(jù)自己的喜好進(jìn)行選擇。

（3）知識庫管理包括知識庫數(shù)據(jù)導(dǎo)航、知識數(shù)據(jù)操作和流程模板3部分。①知識庫數(shù)據(jù)導(dǎo)航就是在平臺內(nèi)建立業(yè)務(wù)插件庫、報告庫、模型庫和技術(shù)規(guī)范庫等知識分類庫，以獨立的業(yè)務(wù)對象存儲在數(shù)據(jù)庫中。②知識數(shù)據(jù)操作包括文檔和模型的發(fā)布、編輯、升級及刪除等功能，同時可以對文檔和模型的屬性進(jìn)行自定義，必要時還可對數(shù)據(jù)進(jìn)行提升，為不同用戶提供共享。③流程模板定義流程框架，可以擴(kuò)展通用仿真分析模板和專業(yè)仿真分析模板兩類，包括設(shè)計模型、仿真模型、仿真結(jié)果、仿真報告等的發(fā)布以及啟動工具軟件等操作組合，可通過配置界面實現(xiàn)每個模板仿真步驟的執(zhí)行順序可調(diào)。

3綜合集成

多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺和數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺需要綜合集成，共同完成多學(xué)科協(xié)同設(shè)計和仿真，從而輔助設(shè)計人員設(shè)計出滿足用戶需求的復(fù)雜產(chǎn)品。設(shè)計人員在數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺上以仿真任務(wù)工作包的方式發(fā)布仿真需求，并通過數(shù)據(jù)同步接口將仿真任務(wù)工作包發(fā)布到多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺內(nèi)，并由仿真平臺自動創(chuàng)建仿真任務(wù)活動。仿真報告和仿真關(guān)鍵結(jié)果等信息作為當(dāng)前仿真任務(wù)工作包的交付物發(fā)布到數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺，以便設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計目標(biāo)和仿真結(jié)果的對比。

4結(jié)束語

通過深入分析比較，在此歸納總結(jié)了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺和多學(xué)科協(xié)同仿真數(shù)據(jù)管理平臺的主要功能和構(gòu)成，以及相互配合協(xié)同發(fā)揮設(shè)計仿真的作用，能夠為設(shè)計人員了解掌握多學(xué)科設(shè)計仿真工具提供較好的參考。

參考文獻(xiàn)

[1] Tappeta R V，Renaud J E.Multi-objective Collaborative Optimization[J].Journal of Mechanical Design，1997，119（3）： 403-411.

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[3]王平，鄭松林，吳光強(qiáng).基于協(xié)同優(yōu)化和多目標(biāo)遺傳算法的車身結(jié)構(gòu)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計[J].機(jī)械工程學(xué)報，2011，47（2）：102-108.

[4]聶勇軍，魏世民.多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計技術(shù)及其創(chuàng)新[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011，24（1）：4-8.