周凡利

每個工業(yè)APP都包含了人的知識和技能，其實是工程師的一個數(shù)字替身，通過這樣的數(shù)字替身可以把人解放出來，讓人把更多的精力放到做創(chuàng)造性的工作中去。在這條路上，江蘇蘇州同元為中國智造提供核心工業(yè)軟件踐行著企業(yè)的使命。

根據(jù)《工業(yè)互聯(lián)網APP培育工程實施方案（2018-2020年》要求，經地方（行業(yè)）推薦、案例評審和企業(yè)現(xiàn)場答辯等環(huán)節(jié)，2018年工業(yè)互聯(lián)網APP優(yōu)秀解決方案脫穎而出，予以公示的名單有89個工業(yè)APP。其中，江蘇蘇州同元軟控信息技術有限公司（下稱同元軟控）的“同元系統(tǒng)設計與仿真驗證平臺MWorks工業(yè)互聯(lián)網APP應用解決方案”赫然在列。在此之前，同元軟控已經獲批江蘇省重點工業(yè)互聯(lián)網行業(yè)級平臺“裝備制造業(yè)產品綜合設計與仿真驗證服務平臺”和江蘇省領先的工業(yè)互聯(lián)網APP集成開發(fā)平臺“多學科一體化仿真與驗證工業(yè)APP可視化集成開發(fā)平臺”。

工業(yè)APP是我國工業(yè)軟件換道超車的新機遇

制造業(yè)是強國之基、富國之本，可以說，沒有強大的制造業(yè)支撐，就不可能成為真正意義上的世界強國。先進制造業(yè)特別是高端裝備制造業(yè)已成為國際競爭的制高點。工業(yè)互聯(lián)網是新一代信息通信技術與現(xiàn)代工業(yè)技術深度融合的產物，是制造業(yè)數(shù)字化、網絡化、智能化的重要載體，也是全球新一輪產業(yè)競爭的制高點。

工業(yè)軟件是制造業(yè)數(shù)字化、網絡化、智能化的基石，是新一輪工業(yè)革命的核心要素。工業(yè)軟件不同于普通軟件，它是工業(yè)創(chuàng)新知識長期積累、沉淀并在應用中迭代進化的工具化產物。工業(yè)軟件是典型的軟裝備，是高端工業(yè)裝備的“魂魄”和“大腦”，沒有工業(yè)軟件，所有高端裝備將“喪魂失魄”。工業(yè)軟件是中國制造實現(xiàn)“數(shù)字化、網絡化、智能化”的基礎，沒有自主的工業(yè)軟件，中國制造將是無根之木、無源之水。

工業(yè)軟件在工業(yè)互聯(lián)網環(huán)境下進化為工業(yè)APP。工業(yè)APP本質是工業(yè)知識的軟件化，這是我國工業(yè)軟件利用互聯(lián)網優(yōu)勢與新一輪產業(yè)機遇超車的另一個歷史性機會。工業(yè)APP是以工業(yè)互聯(lián)網為紐帶，承載工業(yè)知識和經驗，滿足特定需求的工業(yè)應用軟件，是工業(yè)技術軟件化的重要成果。每個工業(yè)APP都包含了人的知識和技能，其實是工程師的一個數(shù)字替身，通過這樣的數(shù)字替身可以把人解放出來，讓人把更多的精力放到做創(chuàng)造性的工作中去。

2001年，同元軟控現(xiàn)任執(zhí)行董事、華中科技大學國家CAD支撐軟件工程技術研究中心（武漢）主任陳立平教授團隊開始關注Modelica語言，并組織力量開始多領域物理統(tǒng)一建模與仿真關鍵技術研究。

經過5年潛心研究，團隊逐漸突破關鍵性技術，開發(fā)了系統(tǒng)仿真原型系統(tǒng)MWorks，并于2006年維也納Modelica國際大會上成功首秀。中國的工業(yè)軟件開始亮相國際舞臺。

2008年，同元軟控信息技術有限公司成立，專注于新一代系統(tǒng)仿真軟件的產品化與產業(yè)化，為裝備制造業(yè)提供系統(tǒng)設計與仿真工業(yè)軟件的產品研發(fā)、工程服務及系統(tǒng)工程整體解決方案。

2009年原型系統(tǒng)MWorks實現(xiàn)技術產品化，正式版系統(tǒng)仿真商業(yè)軟件MWorks發(fā)布。2010年至2013年，開始產業(yè)化推廣，同元軟控的產品和服務已經成功應用于航天、航空、能源、車輛、船舶、教育等行業(yè)，為國家系列重大工程提供了數(shù)字化設計支撐。

受工業(yè)需求驅動，從2016年開始，同元軟控以為“中國智造”提供核心工業(yè)軟件為企業(yè)使命，以中國裝備制造業(yè)的產品創(chuàng)新研制為源頭需求，通過掌握新一代數(shù)字化設計核心技術——多領域物理統(tǒng)一建模和系統(tǒng)仿真技術，MWorks由從單純的系統(tǒng)仿真軟件發(fā)展成為兼具設計與仿真能力的平臺——同元系統(tǒng)智能設計與仿真驗證平臺MWorks，至今，由三大核心軟件及一系列擴展工具箱和模型庫組成，產品體系日益壯大。

新一代數(shù)字化研發(fā)技術：系統(tǒng)智能設計與

仿真驗證平臺

現(xiàn)代工業(yè)產品隨著智能化、物聯(lián)化程度不斷提升，已發(fā)展為以機械系統(tǒng)為主體，集電子、控制、液壓等多個領域子系統(tǒng)于一體的復雜多領域系統(tǒng)。傳統(tǒng)基于文檔的研制模式難以支撐任務需求，設計數(shù)據(jù)同源、信息可追溯性、早期仿真驗證及知識復用性不足等問題與當前復雜系統(tǒng)研制的高要求越來越不相適應。

基于模型的系統(tǒng)工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）方法是數(shù)字化技術的最新發(fā)展，為大型復雜系統(tǒng)研制提供了有效解決方案，將推動數(shù)字化工作和型號研制流程的融合，提升產品智能制造水平，助推產品研制模式轉型。

MWorks是同元軟控基于國際知識統(tǒng)一表達與互聯(lián)標準打造的系統(tǒng)智能設計與驗證平臺，面向產品正向創(chuàng)新設計，支持基于模型的系統(tǒng)設計、仿真驗證、模型集成、虛擬試驗以及智能分析，為企業(yè)提供開放、自主、可控的數(shù)字化研發(fā)支撐，通過知識模型和工程應用的積累實現(xiàn)知識自動化和設計智能化。MWorks是MBSE方法落地的使能工具。MWorks采用基于模型的方法全面支撐系統(tǒng)設計，通過不同層次、不同類型的仿真來驗證系統(tǒng)設計，形成<設計-驗證>對偶，構建系統(tǒng)數(shù)字化設計與驗證閉環(huán)。

MWorks系統(tǒng)智能設計與驗證平臺由三大核心工具及一系列擴展工具箱組成，具體包括：

系統(tǒng)架構設計工具MWorks.Sysbuilder：提供需求架構、功能架構、邏輯架構和物理架構建模功能，覆蓋基于模型的系統(tǒng)設計過程。

系統(tǒng)仿真驗證工具MWorks.Sysplorer：提供系統(tǒng)仿真建模、編譯分析、仿真求解和后處理功能，覆蓋基于模型的系統(tǒng)驗證過程。

協(xié)同設計仿真工具MWorks.Syslink：提供協(xié)同建模、模型管理、在線仿真和數(shù)據(jù)安全功能，為系統(tǒng)研制提供基于模型的協(xié)同環(huán)境。

工具箱MWorks.Toolbox：提供過程集成、試驗設計與優(yōu)化、PHM、VV&A、半物理、聯(lián)合仿真、機器學習及數(shù)據(jù)可視化等豐富的實用工具箱，滿足多樣化的數(shù)字化設計、分析、仿真及優(yōu)化需求。

同元軟控多領域工業(yè)模型庫MWorks.Library：提供大量經過工程驗證的設計仿真一體化模型庫，覆蓋航天、航空、汽車、熱工等多個行業(yè)。

工業(yè)互聯(lián)網上的“微信”平臺：設計仿真工業(yè)APP

可視化開發(fā)平臺

高質量工業(yè)APP是工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展的根本。如前所述，工業(yè)APP與工業(yè)軟件一樣，是工業(yè)知識和工業(yè)技術的軟件化，純粹的IT軟件開發(fā)者難以勝任工業(yè)APP的開發(fā)。MWorks采用的多領域統(tǒng)一建模規(guī)范Modelica，是工業(yè)互聯(lián)網時代工業(yè)知識統(tǒng)一表達和工業(yè)模型互聯(lián)的標準，目前已經存在大量可重用的基礎模型庫和行業(yè)模型庫，系統(tǒng)級設計仿真軟件天然可以成為基于可重用知識模型庫、面向工程師的可視化工業(yè)APP開發(fā)平臺，這樣可以由大批工程師迅速地將工業(yè)知識轉化為工業(yè)APP，這種工業(yè)APP生成器將是工業(yè)互聯(lián)網與工業(yè)APP時代的平臺入口技術。

同元軟控系統(tǒng)設計與仿真驗證平臺MWorks工業(yè)互聯(lián)網APP應用解決方案和多學科一體化仿真與驗證工業(yè)APP可視化集成開發(fā)平臺，基于系統(tǒng)建模規(guī)范Modelica、功能樣機接口規(guī)范FMI以及航天、航空等行業(yè)標準，提供工業(yè)知識的模型化表達和模塊化封裝、可視化的系統(tǒng)集成、基于互聯(lián)網的協(xié)同建模、仿真求解、智能分析等功能，適用于開展工業(yè)裝備產品概念探索、可行論證、方案設計、虛擬實驗、數(shù)字孿生運維等系統(tǒng)級設計與仿真應用。目前已在航天、航空、車輛、船舶、兵器能源等領域產品研制中得到了廣泛應用，顯著加快了研制進度，能夠減少物理試驗時耗、縮短研發(fā)周期、減少企業(yè)研發(fā)成本。

應用同元軟控系統(tǒng)設計與仿真驗證平臺MWorks工業(yè)互聯(lián)網APP應用解決方案和多學科一體化仿真與驗證工業(yè)APP可視化集成開發(fā)平臺，業(yè)界已經有不少成功案例。

空間站總體方案設計與多系統(tǒng)綜合仿真分析

隨著空間站系統(tǒng)組成、功能的復雜化，各專業(yè)之間的耦合關系越來越緊密，對系統(tǒng)各專業(yè)的綜合驗證已達成共識。亟須構建數(shù)字化航天器，支持各分系統(tǒng)專項方案、飛行方案及系統(tǒng)總體方案設計與仿真驗證，達到“早快全準”的系統(tǒng)設計驗證主要目標，并通過積累知識，實現(xiàn)良性循環(huán)。

針對規(guī)模龐大的空間站系統(tǒng)，在MWorks平臺中基于Modelia建模語言，建立了空間站核心艙、試驗艙I和試驗艙II的動力學與控制、能源、環(huán)熱控、推進、信息、數(shù)管、測控七個分系統(tǒng)模型，覆蓋總體、分系統(tǒng)、關鍵單機設備，分別對分系統(tǒng)典型工況進行仿真分析，并集成了空間站單艙、兩艙一字型、三艙T字形全系統(tǒng)綜合模型，對交會對接、轉位等場景進行分析驗證，實現(xiàn)了空間站系統(tǒng)級、全邊界、全工況的分析驗證。

MWorks的使用效果如何呢？

為航天器系統(tǒng)設計提供統(tǒng)一的綜合仿真手段，使系統(tǒng)設計從靜態(tài)走向動態(tài)，實現(xiàn)設計方案的動態(tài)可視化，構建即可運行，設計師的工作更有趣、體驗更好。

實現(xiàn)從分系統(tǒng)、單學科設計向系統(tǒng)級、多學科協(xié)同設計的轉變，可以在航天器系統(tǒng)層面實現(xiàn)動力學、GNC、能源、推進、熱控、通信、綜合電子等專業(yè)的統(tǒng)一建模與仿真聯(lián)動。

實現(xiàn)設計、仿真、驗證的一體化，支持可行、方案及詳細設計階段的設計—仿真—驗證—設計閉環(huán)迭代，進行需求階段指標分解合理性驗證、方案和詳細設計階段指標滿足性驗證，實現(xiàn)構造即可行，提升設計效率。

通過早、快、全的仿真驗證手段，實現(xiàn)好、快、省的航天器方案。

衛(wèi)星方案多學科統(tǒng)一建模與系統(tǒng)聯(lián)動仿真分析

衛(wèi)星技術是高技術密集的綜合性尖端科學技術，是現(xiàn)代工程技術多學科、多領域綜合集成的典型代表。目前，復雜衛(wèi)星系統(tǒng)的研制在智能化、數(shù)字化方面的發(fā)展仍相對滯后，數(shù)字化建設仍局限于單一學科或部分學科，對于多領域仿真方面則很少涉及;對于衛(wèi)星設計來講，系統(tǒng)級、多學科的協(xié)同優(yōu)化設計還很薄弱;系統(tǒng)概念設計階段缺乏基于系統(tǒng)模型的可展示、可運行手段支持市場競爭，在系統(tǒng)方案設計階段缺乏基于模型的系統(tǒng)級仿真支持系統(tǒng)總體設計的有效手段。

面向航天某所典型衛(wèi)星產品，采用多領域統(tǒng)一建模技術MWorks/Modelica，圍繞知識模型庫“去型號化”和“本土化”的建設目標，設計衛(wèi)星通用模型庫架構，建立衛(wèi)星系統(tǒng)仿真流程規(guī)范和建模規(guī)范，建設包括姿軌控、電源與配電、推進、測控、數(shù)傳和綜合電子等六個專業(yè)的衛(wèi)星通用模型庫，針對所內的典型型號開展示范應用，支持衛(wèi)星系統(tǒng)多專業(yè)聯(lián)動仿真、剛柔耦合仿真驗證、設計決策和方案動態(tài)展示。

這其中，MWorks系統(tǒng)主要用于整星的方案設計階段，驗證方案的可行性，輔助總體進行決策;

輔助衛(wèi)星飛行任務流程制定與優(yōu)化設計，能夠增強總體單位的話語權;

具有動態(tài)、實時特點，可以發(fā)現(xiàn)動態(tài)過程中可能存在的問題;

能夠實現(xiàn)知識固化，提供一種新的衛(wèi)星研制經驗傳承手段。

航天器能源系統(tǒng)架構建模與仿真驗證

供配電大圖是系統(tǒng)反映供電、配電、電氣信號傳輸、設備供電接口的一種形式。傳統(tǒng)的供配電大圖由設計師根據(jù)供配電系統(tǒng)拓撲、設備IDS等信息，通過計算機軟件進行繪制，最終形成圖冊。這種供配電大圖存在以下不足：主要用于表達供電信號傳輸路徑等信息，信息量較小，無法動態(tài)表示功率流相關信息;只能反映設備供配電接口設計情況，無法對供配電接口設計進行仿真驗證;設計師根據(jù)IDS進行繪制，工作量巨大，且容易出錯。

基于數(shù)字衛(wèi)星對供配電系統(tǒng)信息化設計的要求，建設供配電靜態(tài)大圖生成工具，并進一步結合Modelica模型庫構建供配電信息流仿真驗證平臺，以輔助供配電系統(tǒng)設計，驗證和優(yōu)化供配電系統(tǒng)設計方案，提升供配電系統(tǒng)性能。

通過數(shù)字化手段對供配電系統(tǒng)進行數(shù)字化建模、仿真、分析與驗證，實現(xiàn)從供配電大圖靜態(tài)展示，到輔助和指導供配電系統(tǒng)設計的跨越。如：

從定性到定量：在方案設計階段獲取第一手的數(shù)據(jù)用于支撐或驗證所做方案的正確性和有效性;

從靜態(tài)到動態(tài)：以供配電大圖為載體，實時反映全任務周期航天器供配電情況，輔助供配電系統(tǒng)設計;

從過程到模式：實現(xiàn)航天器能源流設計要素、流程、方法的規(guī)范化和模式化，可推廣到所有領域航天器電氣網絡設計。

飛機多領域模型開發(fā)及綜合集成虛擬試驗

為了加快開發(fā)進程，縮短研發(fā)周期，并提高產品綜合性能和品質，目前國外先進的航空制造商都積極地在多學科系統(tǒng)集成與整機數(shù)字建模方面進行技術探索和革新。

結合飛機研制流程，建立可靠的飛機級虛擬綜合集成試驗系統(tǒng)，可用于飛機系統(tǒng)型號初期的驗證、系統(tǒng)各系統(tǒng)集成接口驗證、針對各類飛行工況的模擬、極限工況的功能性能分析等，從而對飛機系統(tǒng)設計需求進行驗證與確認，并為飛機物理綜合試驗提供預先的技術保障。

基于Modelica以及MWorks.Sysplorer平臺，建立了民用飛機系統(tǒng)的多物理領域建模與虛擬試驗系統(tǒng)框架;開發(fā)了數(shù)據(jù)分析后處理及可視化軟件模塊;制定針對民用飛機的多物理領域模型建模規(guī)范;完成起落架、飛控、液壓、環(huán)境譜等多領域模型庫的開發(fā)，并實現(xiàn)多領域系統(tǒng)虛擬試驗科目分析。如：

拓展了物理試驗邊界：虛擬試驗平臺可拓展物理綜合試驗邊界條件，完成物理試驗無法完成的高危試驗仿真驗證;

輔助飛機概念設計：在民用飛機型號研制的概念設計和飛機系統(tǒng)聯(lián)合定義階段就能開展系統(tǒng)虛擬集成測試，設計缺陷早期即可發(fā)現(xiàn)，減少設計更改周期和重復性設計工作;

試飛試驗風險估計：虛擬試驗平臺可模擬實際環(huán)境的邊界條件，完成飛行試驗的仿真驗證，完成飛行試驗的前期準備;

輔助飛機故障分析：飛機交付后在使用過程中可能出現(xiàn)的各種危險飛行狀態(tài)，可通過用物理鐵鳥與虛擬試驗相結合，復現(xiàn)故障和分析故障原因。

責任編輯：孫俊杰

sunjunjie@ccidmedia.com