仿真中心信息平台方案.docx
《仿真中心信息平台方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仿真中心信息平台方案.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
仿真中心信息平台方案
仿真中心及协同信息化系统建设方案
2011年12月22日
1引言
1.1背景
进入21世纪，信息化与经济全球化的相互交织，推动着世界航空产业分工深化和经济结构调整，影响着全球航空工业的走势，重塑全球竞争新的格局。
加快信息化发展，已经成为世界各国航空企业的共同选择。
其中，有限元仿真计算是当今航空领域科学项目研究与应用的重要技术之一，并在国内外航空企业获得了较为广泛的应用。
目前国内多数航空企业都已拥有先进的数字化设计与仿真软件（如流体/结构耦合有限元分析、电磁兼容性分析仿真、可靠性分析工具等一批专业软件）,以及相应的设备和试验台，形成了特有设计加工技术和自主创新能力。
我集团目前仿真计算处于起步阶段，有效的仿真手段不多，且几乎没有专业的仿真软件支撑。
因此，推进仿真技术在我集团实现全面应用，建立仿真数据中心，利用仿真技术，实现集团产品“数字化虚拟验证”、“数字化虚拟加工”。
成为我集团信息化发展过程中的重要研究课题。
1.2方案目标
根据大量考察，不少航空集团仿真信息化建设中由于缺少一个有效的仿真协同信息系统，导致各个学科的软件处于分散、“孤岛”状态，数据和信息资源不能共享，无法协同地开展工作，同时由于多型号并举，研制和批生产任务交叉进行，生产管理流程复杂，更改频繁，管理流程交叉、重复，不畅通，使信息不能及时传递。
在产品设计仿真过程中如何充分应用这些工具，提高产品研发的效率，还是存在的一些问题：
Ø多学科、多数据分散保存
⏹多专业技术领域中的设计仿真数据独自分散保存，数据不能共享。
Ø多领域、多样化的仿真分析软件
⏹当前有限元仿真在多领域更加细化发展，已形成多专业、多样化的局面，每种仿真分析适用不同工作环境，从几何模型开始，经过有限元网格的划分、模型装配、仿真参数设置、提交求解器计算、结果分析与记录到最后生成报告，在这个过程中又可能应用多个软件，同时也产生了大量的数据。
⏹工程师需要大量特别的培训，来熟悉并掌握多种软件工具
Ø设计流程不够清晰和规范，设计过程和结果难以重现，项目的执行和监控仍然主要依赖人工协调的原始模式，研制和设计的流程效率很低
Ø各部门各自管理仿真数据，无法实现数据共享、安全管理，数据可追踪性差
Ø难于项目管理与进度监控
为避免出现以上问题本方案提出在仿真信息化建设初期即搭建仿真系统信息化系统，集成各学科仿真软件，优化业务流程，并加以有效控制，缩短研发设计流程，提高工作效率。
避免重走其他航空企业走过的弯路，在建设的初始阶段开始分阶段、分步骤地建设仿真协同信息化系统，真正实现“无师化高效设计”、“无人化高效管理”、“数字化虚拟验证”、“数字化虚拟加工”。
本方案描述了仿真中心信息化协同系统的建设方案。
该系统是一个综合性的、多学科的复杂的系统，需要分期、分专业逐步实施。
本建议书主要介绍的是系统的基础框架方案，包括：
系统的总体设计思路，系统的接口设计，系统的安全设计以及运行环境。
2仿真协同信息化系统
仿真协同信息化系统就是为了解决目前仿真设计工作中存在的诸多问题而引入的一套完善有效的体系架构，将所有资源加以整合，使其更加优化的进行应用，充分发挥各自优势，真正实现设计水平、设计效率、设计质量的阶跃性提高。
系统中包含了我集团产品研发人员在产品开发过程中需要的所有元素，并结合航空产品总体设计复杂多变、协同性强的特点，使其可以辅助设计者更好的完成设计工作，具有的主要特征如下：
A.灵活便利、功能强大的设计管理系统
本系统创建出符合设计需要、具有企业特色的门户系统，满足了设计的需要。
该门户系统可以被集成到企业统一的门户系统当中，成为其下的一个部分。
另外，从任务灵活性的角度出发，考虑到实际情况中设计人员所担负设计工作内容的复杂性和多变性，系统中采用了用户-角色-权限三级安全管理措施进行设计人员权限及安全性管理，使得设计过程仅需一次登录即可完成所有工作、调用所需的全部资源。
既实现了企业保密性的要求，又大大增加了设计者的使用便利性，同时保证了人员、任务、数据的统一管理。
B.项目程和设计流程规范化、通用化、自动化、智能化
系统包括两个流程：
项目流程和开发工作流程。
前者主要控制产品设计中较大的环节，保证数据的正确传递、人员的合理安排指定、项目进度的实时控制和监测。
它的建立方式灵活便利，创建、修改等工作全部图形化，无需编程，简单易行。
流程执行同样可以自由控制，即使在激活的流程中也可以进行修改、更新。
另外，项目状态、统计也可以实时按需进行监控，清晰明确。
项目流程的应用贯穿于整个产品开发设计的始终，从设计、测试一直到加工制造都由它进行总体控制。
C.分析工具软件集成在统一体系中
在产品设计过程中，设计者往往需要使用多种分析仿真工具，这些工具通常具有不同的操作界面、不同的数据结构，使用起来对设计者要求极高且操作繁琐。
针对这种情况，在系统中提供了接口可以将多种分析工具集成到统一的系统框架下，使用者只需要在系统中根据需要对它们进行调用即可。
不需要考虑它们之间的模型匹配、数据传递等问题，这样大大简化了设计者的工作，同时避免了多个工具之间进行切换造成的失真问题。
对于无法完全集成的工具，也尽可能的将它们所需要的数据和结果数据与其它工具关联起来，从而提高了设计的快速性和准确度。
D.分析仿真工具集成封装，加强知识积累
开发过程中所需要的大量分析工作被封装起来，形成模板，放置于模板库中。
这样，大量的重复性、专业性工作以及经验信息被整合到了一起，降低了对使用者的要求。
使得使用者只需要了解所开发的产品模型，成为单一的设计者，而不必深入了解不同领域的专业知识，不需要成为CAD、FEA、CFD等领域的专家。
此外，专业化的图形用户界面，用户界面与开发人员专业设计习惯一致，界面参数是开发人员所熟悉的、具有直接工程意义的设计参数；大部分数据流处理在后台工作，减少了大量的低层次的重复性工作；大部分集成的自有程序和商业软件都在系统后台运行，通过工程化和设计型的系统界面屏蔽了各种软件千变万化的使用风格、使用方法和使用技巧。
这样，使得设计人员能够便利操作，乐于使用，将更多的精力面向设计本身，提高设计效率。
E.实现嵌入式对流程的优化
优化已经成为产品开发设计系统中的一个重要组成部分，同时也是其中的一个重要功能。
优化技术作为一门专门的学科，其改进和研究已经吸引了为数众多的科研人员的参与，并且产生了一些成熟的商业软件。
通常的优化工作是在产品研发过程的某一个环节中，使用特定的工具，针对特定的问题，进行特定的设置来进行。
设定操作复杂且不易成功，优化问题固定很不灵活，本系统通过集成优化软件实现了在设计过程中对于整个设计工作流程的优化，这样可以按照开发的需求，对开发的一个或者多个部分进行优化设计，使得优化成为一项常规的设计开发功能，而不再是一个极为困难的工作，设计人员可以真正实时按需的进行优化设计。
F.所有数据统一管理
在数字化集成开发系统中，所有与开发相关的信息或者数据——这其中既包括设计方案本身的几何参数、性能参数、分析计算过程等，又包括开发过程中所需要使用到的诸如工程材料理化特性等其他信息数据，它们的存储、使用、管理和维护都通过数据支持库的形式来进行，这些工作的具体操作和实施均由仿真数据管理系统SDM（SimulationDatasManagement）自动有效地按照预定的方式完成，而完全无需设计人员过多的干预和处理，因此设计人员可以将精力和注意力集中在设计研究工作的本身，而不需要关心数据怎么维护，需要的数据在哪里可以找到，从某个文件获得的数据是否有效之类琐碎繁杂的事情。
从而在更高的程度上实现设计信息和开发数据管理的自动化与智能化，达到更高的工作效率和工作质量。
在经由网络数据库统一进行设计数据管理的情况下，系统各功能模块之间的数据交换也采用通过访问数据库的形式间接进行，这样可以最大程度地保证数据的唯一性、一致性和同步性，不同开发人员所面对的各种数据是等效或者同构的，从而使得开发工作能够正常有效地进行。
G.具有广泛而开放的扩展性
在本开发系统中可以将产品研发的各个环节耦合到一起，它们的数据可以互相传递、调用、共享，实现了设计、测试、制造的统筹、全面考虑。
在某个环节的内部，也可以实现多个学科、不同专业的综合研究，在工艺模拟系统中就实现了对多个学科的综合模拟，比如：
先冲压再焊接等等。
与工程实际结合更加紧密，保证了设计、模拟、加工的合理性。
2.1仿真协同信息系统门户
门户（Portal）是针对指定用户和团体的WEB站点，它可以进行内容聚合、应用访问、用户相关信息发布、以及提供客户化服务。
设计门户是整个总体设计系统的门户，主要具有资源管理、模型选取、目录服务、角色管理、功能定制、个人过程管理等功能。
设计人员按照不同的权限访问相应的应用，选取所需进行的工作，调配系统的资源，完成设计工作。
同时，该门户可以和企业已有的门户紧密关联，成为其下的一个链接，设计人员只需要通过统一的门户系统就可以进入其中，开始工作。
2.2仿真应用集成系统
应用层是面向产品设计及设计优化中不同阶段所使用的集成环境，它是产品开发人员直接操作的系统，是一个统一的集成环境。
在产品设计到设计优化的不同阶段，研发人员根据需要，面向不同的工艺预测评估系统环境，完成产品的初始设计、预测评估以及设计方案优化等工作。
各个工艺预测评估系统既相对独立，能够完成不同的工作；又相互关联耦合，互相影响，可以实现综合设计和优化；各专业预测评估系统可能由不同领域的专业系统构成，可以在内部进行设计的协同。
在应用层中，研发人员根据各自需求向资源层提出数据、资源和任务请求，并对资源层所提供的信息进行分析处理，完成设计工作。
2.2.1一体化集成设计环境
一体化集成设计环境“VisualEnvironment”是在统一环境下单独或者同时进行产品设计的解决方案，它通过ESIGroup的VisualDSS环境，提供了一个开放性的协同工程应用环境。
集成设计环境将各种CAE工具软件有机的集成起来，通过调用外形、结构、设计分析软件，以及基础数据库，可以快速进行产品外形、结构、气动特性的设计和分析，通过数据流的管理可以大大加快设计过程的数据处理效率，并且通过服务层的作业管理系统可以进行产品各性能的后台计算。
在这样的设计环境下，很容易地实现了设计、仿真、优化以及后处理和结果报告生成的一体化。
2.2.2流程定制和执行
VisualProcess是流程应用工具，能够根据用户的实际需要，定制出各种复杂多样的项目流程及分析流程，并能够驱动该流程引导用户完成各项工作。
用于定义软件的操作流程，简化操作步骤，适合工程师的操作习惯。
VisualProcess是产品设计流程创建、自动化和标准化的先进技术。
能够捕获和自动化最好的设计实践，让用户定制直接的、标准化的设计流程，将设计的经验提供给新用户和非专业人士，使得资源的使用更加灵活。
VisualProcess包含了流程创建模块和流程执行模块，流程创建模块能够非常方便的创建所需要的设计流程，也可以通过拖拽的方式将已有的流程环节拆分、重组，构建出新的流程。
流程创建基本通过图形化完成，只需要使用简单语言来定义执行模块。
同时，设计者可以便利的访问底层EASi-VISTA对象库，创建设计流程自动化组件库；流程执行模块也能够在直观的、图形环境下运行流程，并且能够反复运行流程，直到获得满意的结果。
通过VisualProcess的流程定制和流程执行引导用户完成特定的设计、仿真工作。
将用户的知识、方法固化在流程中，降低分析、仿真工作的难度，使得用户的精力更多地集中在更具有创造性的设计工作中。
同时，对关键设计内容建立相应的设计流程，并作为设计流程模板存储在仿真数据管理系统中。
2.2.3模板开发SDK
SDK是系统的模板开发环境，主要是对设计分析模型或应用进行封装集成。
在此环境下，涉及CAD、气动、结构、电子、控制等领域的不同设计分析模型及应用，无论是使用商用软件还是采用自编程序，都被封装集成起来，形成了直接面向工程的应用界面。
设计人员只需要根据要求，指定相应的参数，封装好的模板将会自动驱动底层设计分析工具，完成建模、求解以及后处理等操作。
这样，大大降低了设计分析工具的使用难度，减少了大量计算设定的重复操作，使得设计人员可以专心于工程设计工作，解除了分析工具的瓶颈。
同时，有效实现了软件技巧、专业知识、设计经验的固化和积累，使得所有设计分析工作都可以更好的共享和管理。
同时，在模板开发中，还需要采用系统集成工具Visual-DSS，以实现整个系统下的所有模块的集成。
使设计者在同一个环境下，实现工艺虚拟仿真分析，完成结构工艺预测评估，确定工艺的可制造性。
Visual-DSS是系统集成工具，能够将各类商用软件及自有程序的使用过程有效集成到统一环境下，能够在该体系下完成要求输入、工具调用、数据处理、报告生成等工作。
用于定义软件的操作流程，简化操作步骤，适合设计者的操作习惯。
2.4预测评估模块
在流程管理模块中，通过进行性能预测评估流程的定制，设计者可以进入到相应性能的预测评估模块中。
在分析模块中，主要包括热性能预测评估流程、电磁性能预测评估流程、冲击性能预测评估流程、振动性能预测评估流程、静强度性能预测评估流程。
下面对各个预测评估模块的功能进行简单说明。
同时，由于各个预测评估模块与流程管理模块紧密连接，将在第三章的技术架构中对各性能预测评估流程进行说明。
为便于在后续章节中理解各个性能预测评估模块的工艺流程定制，本节将对各个专业性能预测评估模块的预测功能进行简要说明。
1）热性能快速预测评估模块ACE+：
ACE+是一款通用的CFD（计算流体力学）及多物理场求解器，被广泛的应用在多学科计算领域内。
问题中涉及到的0维-3维、稳态或者瞬态偏微分方程都可以得到求解。
ACE+覆盖了几乎所有的工业应用范围，包括半导体工艺、流固耦合、燃烧推进、燃料电池、生物科技等等。
2）电磁性能快速评估模块PAM-CEM：
PAM-CEM电磁兼容解决方案可以解决电磁辐射（EMR）和电磁干扰（EMI）问题；天线、雷达对仿真分析对象的辐射模式问题；机载/车载设备对外来入侵电磁干扰的抗干扰度问题；大型装备系统对外界环境（电磁污染）的电磁辐射（EMR）等问题。
同时也可以解决由内部布线引起的电磁干扰（EMI）、扰动电磁敏感性（EMS）问题、线缆屏蔽效果等问题；尤其是可以解决具有复杂线缆网络设备下3D模型与线缆网络耦合电磁仿真分析的电磁辐射与电磁敏感问题。
该解决方案软件已广泛用于交通运输工业（汽车和火车）、航空航天、通信和电子等领域。
3）冲击性能快速评估模块PAMCRASH：
PAMCRASH拥有多种连接方式的仿真模型，能处理焊接、铆接、螺接、胶粘等连接模拟。
PAM-CRASH专门配备了多层非线性纤维编织物气囊材料模型，用户可以很轻松地定义各个类型的气囊，包括单气室、多气室气囊、主、副气囊、侧部气囊等。
各个气室独立定义，充分考虑进气节流、充气泄漏，有效保证了模拟的精确性。
4）振动性能快速评估模块VAONE:
VAOne把有限元分析（FEA），边界元分析（BEM），统计能量分析（SEA）及其混合分析（hybrid）集中于统一的模拟环境。
同时，VAOne提供有限元、边界元和统计能量分析一种严格的耦合形式，能够统一而可靠地进行全频谱范围的求解。
VAOne具有低频结构振动和噪声分析的综合性功能，专门用来分析三维复杂结构在机械和声学载荷下的振动噪声特性，能够解决耦合和非耦合的问题。
5）静强度性能快速预测评估模块VPS
VPS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。
软件主要包括三个部分：
前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析），可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
2.5仿真数据库管理
为了在设计中更好的利用已有的资源，同时某些设计工作也必须查找某些数据库获取数据，因此需要建立系统平台中的基本数据库，包括材料库、预测评估参数支持库、预测评估结果支持库等。
因此SDM是整个系统中数据管理的核心部分。
它建立了应用模块与数据库的关联。
通过SDM模块可以对所有的设计内容进行管理，灵活智能的实现数据的检入、检出、查询和增删，并对不同的设计、分析版本进行管理。
通过SDM与数据库建立联系，能够方便地操作数据库，实现所有数据在数据库中的管理。
产品的性能一般需要多个学科专业的CAE仿真验证，从仿真模型的建立到求解计算，和最后的结果浏览以及生成分析报告，其间产生各种形式不同的数据。
VDSS管理CAE仿真数据是用仿真项目（project）来管理的，每个仿真项目里可以多个学科的仿真分析，其结构为：
CAE模型的网格文件是在产品项目（program）中管理的，不同学科的仿真分析对网格的要求不同，因次，在产品项目（program）中可以定义多种不同形式的网格，每个零部件可以有多个网格文件，是基于该零部件的同一CAD模型的。
仿真的工况信息根据不同的仿真分析应用，工况参数可以不同：
仿真分析的结果可以保留分析的原始结果，但是，更多的是从原始数据中提取出关键结果保存，还有分析的报告:
由此构造了VDSS的数据管理的模型：
2.6数据接口
整个数据的管理是一个非常复杂的体系，简单说来是一个多层次、紧耦合的架构。
管理体系中包括SDM、预测评估参数支持库、预测评估结果参数支持库、以及各类数据文件等，所有数据都可以在SDM的调度下，按照开发的需要进行数据处理、数据交换。
另外，SDM还具有和PDM、ERP、CAPP的良好接口，可以将PDM、ERP、CAPP中的信息直接读入，而各种CAD、CAE工具的设计分析结果，也就是所谓大结点上的数据结果，可以直接纳入到企业构建的PDM、ERP、CAPP系统中，实现统一的管理。
3实施方案及配置
3.1实施步骤
仿真协同信息化系统的实施可划分为四个阶段。
一是准备阶段，二是横向流程规范定制阶段，三是纵向流程定制阶段，四是实施整合阶段。
1.在准备阶段，首先进行项目规划，成立项目实施小组，安装并配置协同信息化系统专用服务器和用于实施的系统管理员及应用客户端；及时补充集团仿真数据中心进行仿真设计所需软硬件（服务器及仿真软件等）。
2.流程定制阶段，即仿真软件间数据横向传递流程梳理，详细了解并定制仿真设计实现过程中各业务部门职责分工和业务流程，收集整理跨学科仿真数据传递过程，建立仿真数据的管理方法；
3.专业仿真设计阶段，即仿真软件内部纵向操作流程梳理，根据各类型号部件制定详细模板，规范设计过程模板库。
4.实施整合阶段，按照详细方案设计的内容，严格遵循科学的项目实施方法论，主要完成系统架构设置、数据模型定制、业务流程定制、用户权限设置、系统集成、客户化开发、系统测试、系统安装调试、用户培训等九个方面的内容。
3.2方案推荐配置
3.2.1系统配置推荐
表3.2.1系统的建议模块配置
序号
模块名称
简要功能说明
1
ACE+
热性能快速预测评估模块
2
PAM-CEM
电磁性能快速预测评估模块
3
PAM-CRASH
冲击性能快速预测评估模块
4
VAONE
振动性能快速预测评估模块
5
VPS
静强度性能快速预测评估模块
6
VISUALPROCESS
工艺流程定义模块
7
M-SDM
工艺参数库模块
8
VISUAL-DSS
多种工艺过程耦合顺序定制模块
3.2.2建议系统的硬件配置单
◆系统中的专业工艺模块所支持的操作系统：
WindowsXP/2000/NT，Intel或者AMD（32-bit）
LinuxRedHat8/9，Intel或者AMD（32-bit）
LinuxRedHatEnterpriseEdition，Intel或者AMD（32-bit）
LinuxRedHatEnterpriseEdition，Itanium2（64-bit）
LinuxRedHatEnterpriseEdition，AMD（64-bit）
LinuxRedHatAdvancedWorkstation，SGI/Altix（64-bit）
HP-UX11.11+，PA-RISC（64-bit）
HP-UX11.22+，Itanium2（64-bit）
IRIX6.5+，SGIMIPS（64-bit）
Solaris8+，SUN（64-bit）
◆硬件配置需要：
小型工作站或多pc并行处理，每台pc的硬件要求如下：
内存要求
>1024MbRAM，建议>2GRAM
硬盘要求
>4Gb硬盘，建议>300Gb
显示卡要求
24位以上图形卡，支持OpenGL
显示器要求
支持1280×1024分辨率，建议19寸以上
鼠标、光驱要求
三键鼠标、配置光驱
升级会员 