集团企业的异地协同仿真平台研究

胡浩 刘昱 郑舒阳

摘要：仿真是制造业企业研发水平重要的衡量指标，对于集团型制造业企业，整合异地分布子企业的仿真力量形成集团企业的仿真研发合力，是集团企业提升科研实力的一项重要关切点。基于上述需求，本文提出了一种基于云计算技术的集團企业异地协同仿真平台方案，平台连接异地分布的子企业，通过构建基于云计算的仿真资源层，平台管理层以及仿真应用层，实现集团内仿真设计的资源协同、任务协同以及人员协同，助力集团型企业提升整体仿真研发水平。

关键词：协同仿真;云计算;集团型企业

一、引言

改革开发40年来，伴随我国经济的飞速增长，我国企业形态也逐步由企业个体向集团型企业发展。集团型企业典型特征是拥有众多生产经营子公司、子公司分布范围广及子公司竞争优势各异等。随着我国集团企业的规模和经济总量的增加，如何通过挖掘集团内各子公司的协同潜力做到“1+1>2”的效益提升，促进集团进一步增强整体竞争力，成为新时代我国各类型集团型企业的关注重点。对于集团型制造业企业，研发能力是衡量该类型企业核心竞争力的重要指标，如何在各子企业构建的研发体系基础上，进一步整合集团内部研发资源，形成研发合力，共同应对日益复杂的国内外市场竞争，需要企业深入进行探索。

仿真技术是一种以计算机为载体，通过对真实系统进行模拟，分析和研究系统性能的手段和方法。它是建立在相似原理等理论基础之上，涉及多学科、多领域的知识和经验的一种分析和解决问题的综合性技术。仿真技术自诞生以来，作为验证和优化产品设计的重要手段，协助企业设计更出色的产品和降低物理试验成本，大幅降低了企业产品开发周期和研制成本，获得越来越多工业企业的认可和应用。目前，仿真技术已成为大多数制造业企业研发的核心关键手段，一个企业的仿真技术水平已成为衡量其研发实力的重要指标，许多企业认识到仿真的重要性，花费大量的资源投入到企业的仿真能力建设之中。

对于集团型制造企业而言，许多子企业基于自身业务需求，各自建设了服务自身的研发需求的仿真资源，包含仿真硬件、仿真软件以及专职的仿真业务人员。随着装备的复杂度越来越高，企业的仿真资源难以支持仿真业务需求，需要持续投入大量资金进行仿真资源的建设。但同时各子企业的仿真资源又存在平均使用率低，忙闲不均的情况。这样就造成了企业仿真资源投资大利用率低的问题，造成了浪费。如何形成一种企业集团内部“仿真人员——仿真硬件——仿真软件”的协同，在提升企业仿真资源利用率的基础上，进一步整合企业的仿真优势，成为集团企业考虑的重点。

二、集团企业协同仿真平台应用需求

随着产品的复杂度越来越高，制造业企业对仿真技术的要求也越来越高，主要体现在以下几个方面：

装备产品的复杂度提高，意味着产品零部件的大幅增加，对产品的仿真而言意味着需要更加庞大的仿真计算资源对产品仿真任务进行支撑。

装备产品的复杂度提高，意味产品设计涉及的学科领域增多，需要更多的仿真领域软件进行支撑，如高速动车组在设计时就需要考虑空气动力学的影响进行外型设计，而蒸汽机车时代的列车设计基本不涉及空气动力学的设计和仿真。

装备产品的复杂度提高，产品的设计的学科领域增多，也意味着对专业人才的技能或领域知识的需求增加。以仿真为例，企业仿真能力的建设不仅仅依靠仿真软硬件的采购，还需要投入大量的时间和精力对企业员工进行仿真软件培训，以及不断的实践积累相关仿真领域经验，企业的仿真能力才能逐步形成支撑研发设计的有力条件。

对于集团型制造业企业的仿真能力建设，除了基于以上具体仿真业务需求，还需要结合集团资企业的仿真资源、仿真优势及相关配置情况综合考量。集团仿真平台可基于最新的云计算技术，连接各子企业的仿真软硬件资源，构建统一的仿真资源共享平台。各子企业无需增加投入即享用更强大的仿真计算存储能力和更多的仿真软件服务，实现全集团的仿真能力的集约建设。在此基础上，通过打造统一的仿真流程规范和仿真全过程数据标准，实现集团内仿真人员、仿真学科优势（或仿真知识）共享的仿真任务协同以及项目协同，构建集团内优势互补的产品联合研发模式，提升集团研发管理能力和研发水平。

三、集团企业协同仿真平台设计

基于集团型制造企业仿真需求，一种新型的异地协同仿真平台亟需建立。根据研发协同的三个层次：平台协同、应用协同和数据协同，异地协同仿真平台应实现仿真资源协同、仿真项目协同以及仿真知识协同三个维度，平台的架构图如图1所示。

集团异地协同仿真平台基于协同的三个维度可设计三层，分別是仿真资源层，平台管理层以及资源仿真应用层。仿真资源层是通过云计算技术将企业的仿真软硬件资源连接和管理，形成统一的仿真资源池，可供子企业按需申请使用，具体包含仿真硬件资源和仿真软件资源两个部分。平台管理层通过对仿真资源层的调度管理，支撑仿真应用层的具体仿真应用，具体包含平台资源调度、平台系统管理等内容。仿真应用层服务集团内企业开展具体仿真应用任务，包含项目管理、仿真流程管理和仿真知识库管理等方面内容，其中，仿真资源层和平台管理层实现平台的协同，仿真应用层实现应用协同和数据协同，以下具体介绍。

1、仿真资源层

仿真硬件资源包含分布在各个子公司的刀片服务器、小型机、GPU节点以及存储设备等，这些仿真硬件设备通过网络连接起来形成统一的仿真硬件资源池，为集团公司仿真业务提供可供异地调配的计算、存储服务。通过仿真资源部署/注册、批作业凋度、监控和目录服务等功能，实现基于仿真任务的仿真硬件的统一申请及凋配。

仿真软件资源包括服务产品开发的仿真分析工具集，主要包含商业仿真软件以及自研仿真工具等。其中商业仿真软件包括Abaqus、Nastran、Adams、Ansys和MATLAB等，主要实现包括结构、碰撞、热、流体和电磁等不同学科领域的仿真。这些软件资源分布在集团的各个子企业中，可基于仿真云平台相关策略对仿真软件License资源进行异地调度使用，实现集团内仿真软件的集约充分利用。