王小軍

（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

0 引 言

中國(guó)航天事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展機(jī)制、發(fā)展模式隨著航天重大工程的持續(xù)推進(jìn)不斷豐富健全完善。錢學(xué)森[1]的中國(guó)航天系統(tǒng)工程思想融合了控制論、系統(tǒng)論和方法論，并隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步提出了大成智慧工程的思想：“首先，將計(jì)算機(jī)信息技術(shù)作為核心，與人的思想相結(jié)合，對(duì)事情做出正確且科學(xué)精準(zhǔn)的判斷；其次，根據(jù)所得經(jīng)驗(yàn)開展系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)形成進(jìn)一步的判斷，總結(jié)其經(jīng)驗(yàn)規(guī)律；最后，在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，通過激發(fā)大家思想、集智慧之大成，從整體上找出解決問題根本的辦法。”這種思想從理論高度指明了數(shù)字信息技術(shù)與系統(tǒng)工程相結(jié)合的根本方向。

當(dāng)前世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命深入發(fā)展，世界各國(guó)競(jìng)相利用數(shù)字化技術(shù)推進(jìn)裝備建設(shè)轉(zhuǎn)型，提升系統(tǒng)工程能力，加速搶占數(shù)字變革的主動(dòng)權(quán)。美國(guó)發(fā)布“數(shù)字工程”、“數(shù)字化百系列”計(jì)劃，聚焦構(gòu)造裝備開放式架構(gòu)和敏捷開發(fā)模式，通過高精度模型在數(shù)字空間進(jìn)行簇式大規(guī)模迭代，大幅度壓縮研制周期，進(jìn)一步鞏固其裝備研制能力體系優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)很早就認(rèn)識(shí)到數(shù)字工程是未來復(fù)雜系統(tǒng)研制模式升級(jí)換代的重要方向。近年來，圍繞數(shù)字樣機(jī)工程的協(xié)同設(shè)計(jì)、樣機(jī)構(gòu)建、技術(shù)管理等方面開展了大量的實(shí)踐工作[2]，同時(shí)結(jié)合基于模型的系統(tǒng)工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE），在基于模型的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證開展了深入研究，也為后續(xù)推廣應(yīng)用打下了較好的技術(shù)基礎(chǔ)。

本文從系統(tǒng)工程的本質(zhì)問題出發(fā)，分析了當(dāng)前基于模型的系統(tǒng)工程在推進(jìn)中所面臨的問題，提出了基于樣機(jī)與模型的系統(tǒng)工程方法，通過整合多領(lǐng)域建模語言和對(duì)象模型建模語言，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一建模與集成驗(yàn)證的應(yīng)用，基于統(tǒng)一建模語言Modelica開展多專業(yè)耦合仿真，通過模型適配器開展基于樣機(jī)的集成與驗(yàn)證，推進(jìn)系統(tǒng)工程在虛擬設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證的實(shí)踐應(yīng)用。

1 系統(tǒng)工程的數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)

1.1 系統(tǒng)工程的本質(zhì)問題

“系統(tǒng)工程”是組織管理“系統(tǒng)”的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法[3]。系統(tǒng)工程的核心問題是工程師群體通過思考與實(shí)踐，構(gòu)建針對(duì)工程對(duì)象的集體認(rèn)知，并基于這種認(rèn)知在客觀世界實(shí)現(xiàn)工程對(duì)象，即認(rèn)識(shí)世界、改造世界的過程。

系統(tǒng)工程認(rèn)知包括工程對(duì)象的狀態(tài)、行為、使用模式、可靠性等一系列非常廣泛的信息，然后通過實(shí)踐不斷進(jìn)行校正和接近客觀實(shí)際。不同的觀察者對(duì)客觀存在的工程對(duì)象進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，可以獲得不同的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象在本質(zhì)上必然能夠歸納得到共同的特征，這是我們能夠獲得共同認(rèn)知的基礎(chǔ)。

1.2 基于模型的系統(tǒng)工程數(shù)字化趨勢(shì)

系統(tǒng)工程構(gòu)建認(rèn)知的信息載體是一系列基于自然語言的文檔，比如用戶的需求、設(shè)計(jì)方案等。在這種模式下，信息集成工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易出錯(cuò)。隨著互聯(lián)網(wǎng)革命造成的計(jì)算機(jī)技術(shù)普及，在市場(chǎng)的牽引下，信息技術(shù)按照摩爾定律指數(shù)發(fā)展，國(guó)際系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)（INCOSE）在《系統(tǒng)工程2020年愿景》中，正式提出了MBSE的定義，把MBSE作為建模方法的形式化應(yīng)用，支持系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證和確認(rèn)等活動(dòng)。相對(duì)于傳統(tǒng)基于文檔的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，MBSE用數(shù)字化建模代替寫文檔進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，把設(shè)計(jì)文檔中描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、性能、規(guī)格需求的名詞、動(dòng)詞、形容詞、參數(shù)全部轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型表達(dá)。因此數(shù)字工程成為一種系統(tǒng)工程集成的數(shù)字化方法，使用系統(tǒng)的權(quán)威模型源和數(shù)據(jù)源，在生命周期內(nèi)可跨學(xué)科、跨領(lǐng)域連續(xù)傳遞的模型和數(shù)據(jù)，支撐系統(tǒng)從概念開發(fā)到報(bào)廢處置的所有活動(dòng)。逐步形成了一種以MBSE思想為基礎(chǔ)的系統(tǒng)工程數(shù)字化趨勢(shì)。

1.3 建模的問題與瓶頸

MBSE工程師在實(shí)踐遇到了一系列生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系障礙，其原因復(fù)雜而深刻。

a）系統(tǒng)建模是一個(gè)認(rèn)識(shí)不斷迭代的過程。

著名物理學(xué)家楊振寧先生曾經(jīng)將經(jīng)典力學(xué)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展過程總結(jié)為試驗(yàn)、唯象定律、理論架構(gòu)和微分方程4個(gè)階段。人類研究工程對(duì)象并形成知識(shí)的思維過程可以概括為4個(gè)階段：

第1階段，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，即通過客觀對(duì)象獲得信息。

第2階段，歸納規(guī)律，把現(xiàn)象歸納起來形成規(guī)律，即唯象定律，例如相關(guān)性關(guān)系和工程經(jīng)驗(yàn)。

第3階段，構(gòu)建模型，把唯象定律進(jìn)行抽象歸納，形成一個(gè)閉環(huán)自洽的規(guī)律體系。

第4階段，實(shí)踐校正，對(duì)基于固化規(guī)律體系形成的數(shù)學(xué)模型，開展演繹分析和結(jié)果預(yù)測(cè)；并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行校正完善。

這4個(gè)階段是循序漸進(jìn)、迭代提升的過程。

因此，構(gòu)建的模型經(jīng)過不斷迭代演化，形成一個(gè)與實(shí)物產(chǎn)品一致且經(jīng)過系統(tǒng)工程驗(yàn)證的權(quán)威化數(shù)字模型。而在開展系統(tǒng)驗(yàn)證的實(shí)際工作中，由于認(rèn)知的不完善，在建模的過程中經(jīng)常會(huì)把其他系統(tǒng)的歷史經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)充進(jìn)當(dāng)前的規(guī)律體系中，人為引入了影響模型自洽和工程創(chuàng)新的因素。這些不完善的認(rèn)知固化在模型的代碼中，會(huì)在系統(tǒng)工程全生命周期產(chǎn)生負(fù)面影響。

b）系統(tǒng)建模與驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化程度不足。

MBSE方法能夠發(fā)揮系統(tǒng)性優(yōu)勢(shì)和效果的前提是，要將MBSE涉及的系統(tǒng)工程規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)平臺(tái)、工具和人員等要素集成為相互連通、邏輯閉合的整體，但這也是推廣實(shí)施MBSE過程中的問題和難點(diǎn)，系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化的不足是制約MBSE實(shí)施的重要瓶頸。

復(fù)雜系統(tǒng)的研制涉及到的研發(fā)機(jī)構(gòu)眾多，如果使用MBSE技術(shù)支持全流程、全要素、全周期的統(tǒng)一表達(dá)，需要將各個(gè)部門的所有設(shè)計(jì)信息進(jìn)行統(tǒng)一，并對(duì)所有的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行大規(guī)模培訓(xùn)。目前可查閱的MBSE案例絕大多數(shù)是在某些產(chǎn)品、某些專業(yè)、某些階段上的單點(diǎn)式應(yīng)用，很難見到關(guān)于MBSE方法在整個(gè)項(xiàng)目、全專業(yè)范圍、全生命周期的完整應(yīng)用，現(xiàn)有案例尚無法具象化呈現(xiàn)全流程MBSE綜合優(yōu)勢(shì)。

c）缺乏一套覆蓋全部工程學(xué)科建模技術(shù)體系。

復(fù)雜系統(tǒng)的多領(lǐng)域多專業(yè)缺乏統(tǒng)一的模型設(shè)計(jì)語言和具備互操作能力的平臺(tái)。系統(tǒng)工程中的模型成為了相互之間難以聯(lián)通的“模型孤島”，不同學(xué)科之間的模型交互需要大量輔助工作。在建模語言方面，CAD、CAE、SYSML等建模語言之間缺乏統(tǒng)一的語義和語 境[4]。在建模范式方面，存在基于幾何特征、基于微分方程、基于系統(tǒng)關(guān)系等多種建模范式，對(duì)模型本身狀態(tài)和交互的描述方式不具備互操作性。同時(shí)不同的建模軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異極大，相互轉(zhuǎn)換受到數(shù)據(jù)解析、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、數(shù)據(jù)表示方式等多種差異的阻礙，模型之間難以集成為完整的系統(tǒng)。

發(fā)達(dá)國(guó)家具有大型工業(yè)軟件的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[5]，因此可以通過MBSE工具與CAD、CAE等專業(yè)工具進(jìn)行深度集成，解決工具之間數(shù)據(jù)交換通暢性和一致性問題。中國(guó)正在加強(qiáng)復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)字化總體框架研究、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定以及工業(yè)軟件自主可控等的工作，通過規(guī)范工程建模技術(shù)體系，加強(qiáng)工業(yè)基礎(chǔ)軟件研究投入，制定統(tǒng)一的建模、接口開發(fā)、模型集成和應(yīng)用規(guī)范，明確模型的種類、逼真度和使用場(chǎng)景等具體要求，為復(fù)雜系統(tǒng)全壽命周期各階段推行數(shù)字工程奠定基礎(chǔ)。

2 樣機(jī)與模型系統(tǒng)工程的出發(fā)點(diǎn)

2.1 樣機(jī)對(duì)模型的補(bǔ)充是構(gòu)建共同認(rèn)知的關(guān)鍵

樣機(jī)是客觀存在的系統(tǒng)工程對(duì)象，它只能通過現(xiàn)象被人類所認(rèn)知，而人類對(duì)客觀存在的認(rèn)知是不完備的。模型是人類認(rèn)知的系統(tǒng)工程對(duì)象，由工程人員對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行歸納總結(jié)、實(shí)踐檢驗(yàn)而形成。當(dāng)前部分學(xué)科的數(shù)字化模型具有足夠高的置信度，其模型水平足以作為系統(tǒng)工程認(rèn)知的載體。但對(duì)于一些耦合性強(qiáng)的工程領(lǐng)域，其數(shù)字化模型不能包含足夠充分的信息，不足以作為系統(tǒng)工程認(rèn)知的載體，樣機(jī)就是傳遞工程共識(shí)的關(guān)鍵手段。比如伺服系統(tǒng)樣機(jī)除了幾何信息之外，還包含機(jī)電液熱等其他工程信息，這些信息可以通過相應(yīng)的觀測(cè)手段從樣機(jī)中提取出來，使工程師獲得共同的工程認(rèn)知。因此在系統(tǒng)工程中充分利用樣機(jī)，對(duì)樣機(jī)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化封裝，補(bǔ)充模型描述中不完備不準(zhǔn)確的內(nèi)容，是構(gòu)建完備共同認(rèn)知的一個(gè)重要途徑。

2.2 樣機(jī)與模型系統(tǒng)工程的目標(biāo)

樣機(jī)與模型的系統(tǒng)工程根本目標(biāo)是尋求一種技術(shù)途徑，使研制全生命周期產(chǎn)生的樣機(jī)與模型具有跨階段、跨虛實(shí)的集成、演繹、驗(yàn)證的能力，同時(shí)樣機(jī)與模型需要集成為一個(gè)完整系統(tǒng)，以支撐開展演繹分析。對(duì)于原本就在設(shè)計(jì)過程中完成了模型化過程的工程步驟，可以沿用其設(shè)計(jì)模型成果；對(duì)于難以形成模型的工程步驟，跳過建模過程直接使用封裝后的樣機(jī)。樣機(jī)與模型系統(tǒng)工程方法要符合系統(tǒng)工程過程的認(rèn)知規(guī)律，從模糊到清晰、從未知到已知、從具象到抽象、從試錯(cuò)到推理，需要適應(yīng)認(rèn)知水平的提升過程，要使樣機(jī)對(duì)象的粒度具備逐步深化并且全生命周期可用的能力。

3 樣機(jī)與模型系統(tǒng)工程的著力點(diǎn)

3.1 構(gòu)建一個(gè)具有廣泛適應(yīng)性的工程對(duì)象互操作架構(gòu)

樣機(jī)與模型分別是客觀存在的工程對(duì)象和人類認(rèn)識(shí)的工程對(duì)象?？陀^存在的樣機(jī)基于其自身的實(shí)物形態(tài)與其它樣機(jī)和自然環(huán)境實(shí)現(xiàn)相互作用；模型通過數(shù)字虛擬化的方式與其它模型及虛擬環(huán)境實(shí)現(xiàn)相互作用。為在樣機(jī)和模型之間建立互操作，需要一個(gè)能夠?qū)訖C(jī)進(jìn)行數(shù)字化封裝的基本技術(shù)架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 樣機(jī)與模型的雙向回路 Fig.1 Bidirectional Mapping of Model and Prototype

按照現(xiàn)代基礎(chǔ)物理理論，物體的狀態(tài)決定其產(chǎn)生的場(chǎng)，場(chǎng)決定物體狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)演化。為了描述一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)過程需要定義其狀態(tài)和相互作用。模型通過交互仿真計(jì)算得到其產(chǎn)生的相互作用，相互作用通過環(huán)境模擬施加于樣機(jī)，樣機(jī)通過試驗(yàn)運(yùn)行在模擬相互作用的環(huán)境中運(yùn)行，其運(yùn)行狀態(tài)通過觀測(cè)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)并作用于模型。

在數(shù)字化集成互操作環(huán)境下，可以采用對(duì)象模型對(duì)各類樣機(jī)、數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行封裝。使用“虛擬交互對(duì)象（Virtual Interaction Object，VIO）”描述系統(tǒng)對(duì)象的全部狀態(tài)參量，用“方法（Method）”描述系統(tǒng)之間的演化過程和交互行為的參量映射關(guān)系。

3.2 構(gòu)造一套全周期全要素樣機(jī)與模型演進(jìn)框架

全周期全要素演進(jìn)框架為系統(tǒng)模型提供統(tǒng)一的建模范式、建模語言、建模工具體系，以便確保全生命周期的模型具有足夠的繼承性和互操作性。其系統(tǒng)模型按照研制歷程可以分為數(shù)字草圖、數(shù)字性能樣機(jī)、數(shù)字結(jié)構(gòu)樣機(jī)、虛實(shí)融合樣機(jī)和數(shù)字交付樣機(jī)等幾個(gè)狀態(tài)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)樣機(jī)與模型演進(jìn)框架 Fig.2 System Model and Prototype Evolution Framework

數(shù)字草圖是系統(tǒng)工程的起點(diǎn)，可以來源于一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的概念或想法。開展基于模型使命分析與運(yùn)用構(gòu)想設(shè)計(jì)，支撐基于模型的采辦模式。更進(jìn)一步，數(shù)字草圖要具備復(fù)雜系統(tǒng)的初始完備性，可以支撐性能指標(biāo)分析、體系貢獻(xiàn)度分析，完成系統(tǒng)方案優(yōu)選與優(yōu)化等，初步具備支撐方案競(jìng)爭(zhēng)擇優(yōu)能力。

數(shù)字性能樣機(jī)重點(diǎn)表達(dá)完備的系統(tǒng)功能與性能要素，開展部分關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，支撐在數(shù)字域開展總體/分系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與性能仿真驗(yàn)證，具備初步的數(shù)字化交付能力。

數(shù)字結(jié)構(gòu)樣機(jī)表達(dá)產(chǎn)品的實(shí)際模型，包括基于制造BOM的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝仿真、數(shù)字化制造，支撐開展大型結(jié)構(gòu)力學(xué)環(huán)境仿真試驗(yàn)。

虛實(shí)融合樣機(jī)包含產(chǎn)品經(jīng)過校驗(yàn)的功能、性能、結(jié)構(gòu)等權(quán)威數(shù)據(jù)與模型，其系統(tǒng)的全部設(shè)計(jì)通過驗(yàn)證確認(rèn)，具備提交用戶檢驗(yàn)的條件。

數(shù)字交付樣機(jī)是在虛實(shí)融合樣機(jī)的基礎(chǔ)上，增加數(shù)字履歷要素，采集實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，實(shí)施“實(shí)裝—虛裝”狀態(tài)映射與標(biāo)定，構(gòu)造數(shù)字孿生體，支撐交付后的試驗(yàn)鑒定、健康管理、維護(hù)保障、改進(jìn)升級(jí)等。

3.3 構(gòu)建一個(gè)語義統(tǒng)一的航天裝備建模語言

航天裝備建模語言通過規(guī)范基礎(chǔ)語義架構(gòu)，整合多領(lǐng)域建模語言和對(duì)象建模語言，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一建模與集成應(yīng)用，如圖3所示。

圖3 航天裝備建模語言 Fig.3 Aerospace Modeling Language

針對(duì)領(lǐng)域統(tǒng)一建模語言特性，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的形式化表征，使得能夠在統(tǒng)一環(huán)境中建立科學(xué)計(jì)算編程、框圖式數(shù)學(xué)建模、狀態(tài)機(jī)建模、連接圖物理建模等多范式計(jì)算模型，如圖4所示；為領(lǐng)域統(tǒng)一建模語言定義精確的詞法、語法和語義，將以Modelica語言在機(jī)電液熱等物理域的建模表達(dá)為基礎(chǔ)，引入Julia對(duì)Modelica技術(shù)體系進(jìn)行拓展，形成強(qiáng)大的函數(shù)、算法等信息域建模能力，并實(shí)現(xiàn)兩者的無縫融合。Julia以及Modelica實(shí)現(xiàn)從對(duì)工程應(yīng)用軟件API調(diào)用、多粒度數(shù)學(xué)建模、語言編制規(guī)范等的無縫融合，支持命令編程、函數(shù)編程、對(duì)象編程等模式，形成對(duì)過程驅(qū)動(dòng)、事件驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)陳述等各類工程問題表達(dá)能力。

圖4 領(lǐng)域建模語言 Fig.4 Aerospace Modeling Language

在通用基礎(chǔ)環(huán)境之上，構(gòu)建各類建模、仿真、驗(yàn)證與優(yōu)化工具。通過多領(lǐng)域模型降階及融合仿真，實(shí)現(xiàn)一維功能模型與三維性能模型的融合；通過異構(gòu)模型集成及聯(lián)合仿真，實(shí)現(xiàn)各類一維異構(gòu)模型的融合；通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)與機(jī)理模型融合仿真，實(shí)現(xiàn)機(jī)理模型與數(shù)據(jù)模型的融合；通過虛擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ托：伺c驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)模型與試驗(yàn)的雙向驗(yàn)證。

對(duì)象模型建模語言基于開放式架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化集成協(xié)議的LVC（Live，Virtual，Constructive，即實(shí)裝、虛擬和構(gòu)造）模型集成機(jī)制，以跨域異構(gòu)集成通信支撐環(huán)境為基礎(chǔ)，構(gòu)建跨域異構(gòu)、混合實(shí)時(shí)、容錯(cuò)恢復(fù)、國(guó)產(chǎn)環(huán)境等基礎(chǔ)能力，為樣機(jī)和對(duì)象模型提供一個(gè)跨域異構(gòu)集成通信支撐環(huán)境，支撐開展系統(tǒng)級(jí)集成試驗(yàn)、條件邊界適應(yīng)性試驗(yàn)等的驗(yàn)證。

應(yīng)用對(duì)象模型建模封裝，建立各個(gè)分系統(tǒng)的對(duì)象模型；應(yīng)用模型適配器建立實(shí)物樣機(jī)、數(shù)字模型、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等異構(gòu)試驗(yàn)對(duì)象與對(duì)象模型之間的映射。所謂模型適配器是總體與分系統(tǒng)之間、分系統(tǒng)與單機(jī)之間的協(xié)作橋梁，如圖5所示。在研制過程中，從總體角度，模型適配器是分系統(tǒng)的代理；從分系統(tǒng)角度，模型適配器是總體的代理。基于樣機(jī)的協(xié)作模式就是通過適配器下發(fā)總體技術(shù)要求，各分系統(tǒng)開展設(shè)計(jì)、自閉環(huán)仿真和基于總體約束的工況驗(yàn)證，分系統(tǒng)經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)結(jié)果以代理模型的形式參與總體集成驗(yàn)證。

圖5 基于模型適配器的集成方案 Fig.5 Integration Scheme base on Model Adapter

3.4 建立滿足新型系統(tǒng)工程范式的數(shù)字化設(shè)計(jì)驗(yàn)證 平臺(tái)及工具

針對(duì)樣機(jī)與模型系統(tǒng)工程范式的特征，建立以數(shù)字化虛擬化封裝樣機(jī)為系統(tǒng)工程認(rèn)知傳遞手段的協(xié)作模式，按照“重應(yīng)用、微服務(wù)、低耦合”原則，在當(dāng)前已有的數(shù)字化能力條件的基礎(chǔ)上，通過采用虛擬化、數(shù)字化和動(dòng)態(tài)仿真等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段，以及基于APP云服務(wù)的微應(yīng)用、即時(shí)協(xié)作等先進(jìn)信息技術(shù)，構(gòu)建一套設(shè)計(jì)驗(yàn)證數(shù)字化協(xié)同研發(fā)平臺(tái)，框架如圖6所示，支撐開展需求分析與架構(gòu)設(shè)計(jì)、跨域樣機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)、虛擬試驗(yàn)與多場(chǎng)仿真、性能與效能評(píng)估等的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)串行設(shè)計(jì)向并行協(xié)同設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變、單學(xué)科分立仿真向多領(lǐng)域多場(chǎng)耦合仿真轉(zhuǎn)變、以實(shí)物驗(yàn)證為主向虛實(shí)融合驗(yàn)證轉(zhuǎn)變，支撐航天裝備的敏捷設(shè)計(jì)和高效研發(fā)。

圖6 數(shù)字化設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)思路 Fig.6 Digital Design and Test Platform

通過開展基于自主可控的數(shù)字化設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)的建設(shè)，加強(qiáng)數(shù)字化關(guān)鍵要素與裝備研制全周期的深度融合，構(gòu)建適用于航天裝備研制的數(shù)字工程生態(tài)。在研制各環(huán)節(jié)，基于樣機(jī)與模型的系統(tǒng)工程理念重構(gòu)研制流程，采用開放式架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)化建模規(guī)范，形成各研制環(huán)節(jié)所需的數(shù)據(jù)、模型和知識(shí)資源體系，協(xié)調(diào)各環(huán)節(jié)之間的模型關(guān)聯(lián)與轉(zhuǎn)化關(guān)系，形成產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的設(shè)計(jì)信息一致性傳遞與追溯的數(shù)字化基礎(chǔ)表達(dá)，推動(dòng)建立裝備全生命周期的數(shù)字化研制能力體系。

4 結(jié)束語

數(shù)字工程作為一種集成多學(xué)科手段和先進(jìn)技術(shù)的數(shù)字化方法，將是推進(jìn)中國(guó)航天重大工程研制模式升級(jí)換代的重要方向?；跇訖C(jī)與模型的系統(tǒng)工程提出了一種符合中國(guó)國(guó)情的系統(tǒng)工程數(shù)字化發(fā)展模式，通過工程對(duì)象互操作框架、全周期全要素工程演進(jìn)框架、航天裝備建模語言和數(shù)字化設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)的研究，探索應(yīng)用于航天裝備研制的工程實(shí)踐，支撐航天數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證的研發(fā)能力不斷提升。