这款工业APP平台缘何火爆？

2019-08-05周凡利

中国工业和信息化 2019年4期

周凡利

每个工业APP都包含了人的知识和技能，其实是工程师的一个数字替身，通过这样的数字替身可以把人解放出来，让人把更多的精力放到做创造性的工作中去。在这条路上，江苏苏州同元为中国智造提供核心工业软件践行着企业的使命。

根据《工业互联网APP培育工程实施方案（2018-2020年》要求，经地方（行业）推荐、案例评审和企业现场答辩等环节，2018年工业互联网APP优秀解决方案脱颖而出，予以公示的名单有89个工业APP。其中，江苏苏州同元软控信息技术有限公司（下称同元软控）的“同元系统设计与仿真验证平台MWorks工业互联网APP应用解决方案”赫然在列。在此之前，同元软控已经获批江苏省重点工业互联网行业级平台“装备制造业产品综合设计与仿真验证服务平台”和江苏省领先的工业互联网APP集成开发平台“多学科一体化仿真与验证工业APP可视化集成开发平台”。

工业APP是我国工业软件换道超车的新机遇

制造业是强国之基、富国之本，可以说，没有强大的制造业支撑，就不可能成为真正意义上的世界强国。先进制造业特别是高端装备制造业已成为国际竞争的制高点。工业互联网是新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的产物，是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体，也是全球新一轮产业竞争的制高点。

工业软件是制造业数字化、网络化、智能化的基石，是新一轮工业革命的核心要素。工业软件不同于普通软件，它是工业创新知识长期积累、沉淀并在应用中迭代进化的工具化产物。工业软件是典型的软装备，是高端工业装备的“魂魄”和“大脑”，没有工业软件，所有高端装备将“丧魂失魄”。工业软件是中国制造实现“数字化、网络化、智能化”的基础，没有自主的工业软件，中国制造将是无根之木、无源之水。

工业软件在工业互联网环境下进化为工业APP。工业APP本质是工业知识的软件化，这是我国工业软件利用互联网优势与新一轮产业机遇超车的另一个历史性机会。工业APP是以工业互联网为纽带，承载工业知识和经验，满足特定需求的工业应用软件，是工业技术软件化的重要成果。每个工业APP都包含了人的知识和技能，其实是工程师的一个数字替身，通过这样的数字替身可以把人解放出来，让人把更多的精力放到做创造性的工作中去。

2001年，同元软控现任执行董事、华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心（武汉）主任陈立平教授团队开始关注Modelica语言，并组织力量开始多领域物理统一建模与仿真关键技术研究。

经过5年潜心研究，团队逐渐突破关键性技术，开发了系统仿真原型系统MWorks，并于2006年维也纳Modelica国际大会上成功首秀。中国的工业软件开始亮相国际舞台。

2008年，同元软控信息技术有限公司成立，专注于新一代系统仿真软件的产品化与产业化，为装备制造业提供系统设计与仿真工业软件的产品研发、工程服务及系统工程整体解决方案。

2009年原型系统MWorks实现技术产品化，正式版系统仿真商业软件MWorks发布。2010年至2013年，开始产业化推广，同元软控的产品和服务已经成功应用于航天、航空、能源、車辆、船舶、教育等行业，为国家系列重大工程提供了数字化设计支撑。

受工业需求驱动，从2016年开始，同元软控以为“中国智造”提供核心工业软件为企业使命，以中国装备制造业的产品创新研制为源头需求，通过掌握新一代数字化设计核心技术——多领域物理统一建模和系统仿真技术，MWorks由从单纯的系统仿真软件发展成为兼具设计与仿真能力的平台——同元系统智能设计与仿真验证平台MWorks，至今，由三大核心软件及一系列扩展工具箱和模型库组成，产品体系日益壮大。

新一代数字化研发技术：系统智能设计与

仿真验证平台

现代工业产品随着智能化、物联化程度不断提升，已发展为以机械系统为主体，集电子、控制、液压等多个领域子系统于一体的复杂多领域系统。传统基于文档的研制模式难以支撑任务需求，设计数据同源、信息可追溯性、早期仿真验证及知识复用性不足等问题与当前复杂系统研制的高要求越来越不相适应。

基于模型的系统工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）方法是数字化技术的最新发展，为大型复杂系统研制提供了有效解决方案，将推动数字化工作和型号研制流程的融合，提升产品智能制造水平，助推产品研制模式转型。

MWorks是同元软控基于国际知识统一表达与互联标准打造的系统智能设计与验证平台，面向产品正向创新设计，支持基于模型的系统设计、仿真验证、模型集成、虚拟试验以及智能分析，为企业提供开放、自主、可控的数字化研发支撑，通过知识模型和工程应用的积累实现知识自动化和设计智能化。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撑系统设计，通过不同层次、不同类型的仿真来验证系统设计，形成<设计-验证>对偶，构建系统数字化设计与验证闭环。

MWorks系统智能设计与验证平台由三大核心工具及一系列扩展工具箱组成，具体包括：

系统架构设计工具MWorks.Sysbuilder：提供需求架构、功能架构、逻辑架构和物理架构建模功能，覆盖基于模型的系统设计过程。

系统仿真验证工具MWorks.Sysplorer：提供系统仿真建模、编译分析、仿真求解和后处理功能，覆盖基于模型的系统验证过程。

协同设计仿真工具MWorks.Syslink：提供协同建模、模型管理、在线仿真和数据安全功能，为系统研制提供基于模型的协同环境。

工具箱MWorks.Toolbox：提供过程集成、试验设计与优化、PHM、VV&A、半物理、联合仿真、机器学习及数据可视化等丰富的实用工具箱，满足多样化的数字化设计、分析、仿真及优化需求。

同元软控多领域工业模型库MWorks.Library：提供大量经过工程验证的设计仿真一体化模型库，覆盖航天、航空、汽车、热工等多个行业。

工业互联网上的“微信”平台：设计仿真工业APP

可视化开发平台

高质量工业APP是工业互联网发展的根本。如前所述，工业APP与工业软件一样，是工业知识和工业技术的软件化，纯粹的IT软件开发者难以胜任工业APP的开发。MWorks采用的多领域统一建模规范Modelica，是工业互联网时代工业知识统一表达和工业模型互联的标准，目前已经存在大量可重用的基础模型库和行业模型库，系统级设计仿真软件天然可以成为基于可重用知识模型库、面向工程师的可视化工业APP开发平台，这样可以由大批工程师迅速地将工业知识转化为工业APP，这种工业APP生成器将是工业互联网与工业APP时代的平台入口技术。

同元软控系统设计与仿真验证平台MWorks工业互联网APP应用解决方案和多学科一体化仿真与验证工业APP可视化集成开发平台，基于系统建模规范Modelica、功能样机接口规范FMI以及航天、航空等行业标准，提供工业知识的模型化表达和模块化封装、可视化的系统集成、基于互联网的协同建模、仿真求解、智能分析等功能，适用于开展工业装备产品概念探索、可行论证、方案设计、虚拟实验、数字孪生运维等系统级设计与仿真应用。目前已在航天、航空、车辆、船舶、兵器能源等领域产品研制中得到了广泛应用，显著加快了研制进度，能够减少物理试验时耗、缩短研发周期、减少企业研发成本。

应用同元软控系统设计与仿真验证平台MWorks工业互联网APP应用解决方案和多学科一体化仿真与验证工业APP可视化集成开发平台，业界已经有不少成功案例。

空间站总体方案设计与多系统综合仿真分析

随着空间站系统组成、功能的复杂化，各专业之间的耦合关系越来越紧密，对系统各专业的综合验证已达成共识。亟须构建数字化航天器，支持各分系统专项方案、飞行方案及系统总体方案设计与仿真验证，达到“早快全准”的系统设计验证主要目标，并通过积累知识，实现良性循环。

针对规模庞大的空间站系统，在MWorks平台中基于Modelia建模语言，建立了空间站核心舱、试验舱I和试验舱II的动力学与控制、能源、环热控、推进、信息、数管、测控七个分系统模型，覆盖总体、分系统、关键单机设备，分别对分系统典型工况进行仿真分析，并集成了空间站单舱、两舱一字型、三舱T字形全系统综合模型，对交会对接、转位等场景进行分析验证，实现了空间站系统级、全边界、全工况的分析验证。

MWorks的使用效果如何呢？

为航天器系统设计提供统一的综合仿真手段，使系统设计从静态走向动态，实现设计方案的动态可视化，构建即可运行，设计师的工作更有趣、体验更好。

實现从分系统、单学科设计向系统级、多学科协同设计的转变，可以在航天器系统层面实现动力学、GNC、能源、推进、热控、通信、综合电子等专业的统一建模与仿真联动。

实现设计、仿真、验证的一体化，支持可行、方案及详细设计阶段的设计—仿真—验证—设计闭环迭代，进行需求阶段指标分解合理性验证、方案和详细设计阶段指标满足性验证，实现构造即可行，提升设计效率。

通过早、快、全的仿真验证手段，实现好、快、省的航天器方案。

卫星方案多学科统一建模与系统联动仿真分析

卫星技术是高技术密集的综合性尖端科学技术，是现代工程技术多学科、多领域综合集成的典型代表。目前，复杂卫星系统的研制在智能化、数字化方面的发展仍相对滞后，数字化建设仍局限于单一学科或部分学科，对于多领域仿真方面则很少涉及;对于卫星设计来讲，系统级、多学科的协同优化设计还很薄弱;系统概念设计阶段缺乏基于系统模型的可展示、可运行手段支持市场竞争，在系统方案设计阶段缺乏基于模型的系统级仿真支持系统总体设计的有效手段。

面向航天某所典型卫星产品，采用多领域统一建模技术MWorks/Modelica，围绕知识模型库“去型号化”和“本土化”的建设目标，设计卫星通用模型库架构，建立卫星系统仿真流程规范和建模规范，建设包括姿轨控、电源与配电、推进、测控、数传和综合电子等六个专业的卫星通用模型库，针对所内的典型型号开展示范应用，支持卫星系统多专业联动仿真、刚柔耦合仿真验证、设计决策和方案动态展示。

这其中，MWorks系统主要用于整星的方案设计阶段，验证方案的可行性，辅助总体进行决策;

辅助卫星飞行任务流程制定与优化设计，能够增强总体单位的话语权;

具有动态、实时特点，可以发现动态过程中可能存在的问题;

能够实现知识固化，提供一种新的卫星研制经验传承手段。

航天器能源系统架构建模与仿真验证

供配电大图是系统反映供电、配电、电气信号传输、设备供电接口的一种形式。传统的供配电大图由设计师根据供配电系统拓扑、设备IDS等信息，通过计算机软件进行绘制，最终形成图册。这种供配电大图存在以下不足：主要用于表达供电信号传输路径等信息，信息量较小，无法动态表示功率流相关信息;只能反映设备供配电接口设计情况，无法对供配电接口设计进行仿真验证;设计师根据IDS进行绘制，工作量巨大，且容易出错。

基于数字卫星对供配电系统信息化设计的要求，建设供配电静态大图生成工具，并进一步结合Modelica模型库构建供配电信息流仿真验证平台，以辅助供配电系统设计，验证和优化供配电系统设计方案，提升供配电系统性能。

通过数字化手段对供配电系统进行数字化建模、仿真、分析与验证，实现从供配电大图静态展示，到辅助和指导供配电系统设计的跨越。如：

从定性到定量：在方案设计阶段获取第一手的数据用于支撑或验证所做方案的正确性和有效性;

从静态到动态：以供配电大图为载体，实时反映全任务周期航天器供配电情况，辅助供配电系统设计;

从过程到模式：实现航天器能源流设计要素、流程、方法的规范化和模式化，可推广到所有领域航天器电气网络设计。

飞机多领域模型开发及综合集成虚拟试验

为了加快开发进程，缩短研发周期，并提高产品综合性能和品质，目前国外先进的航空制造商都积极地在多学科系统集成与整机数字建模方面进行技术探索和革新。

结合飞机研制流程，建立可靠的飞机级虚拟综合集成试验系统，可用于飞机系统型号初期的验证、系统各系统集成接口验证、针对各类飞行工况的模拟、极限工况的功能性能分析等，从而对飞机系统设计需求进行验证与确认，并为飞机物理综合试验提供预先的技术保障。

基于Modelica以及MWorks.Sysplorer平台，建立了民用飞机系统的多物理领域建模与虚拟试验系统框架;开发了数据分析后处理及可视化软件模块;制定针对民用飞机的多物理领域模型建模规范;完成起落架、飞控、液压、环境谱等多领域模型库的开发，并实现多领域系统虚拟试验科目分析。如：

拓展了物理试验边界：虚拟试验平台可拓展物理综合试验边界条件，完成物理试验无法完成的高危试验仿真验证;

辅助飞机概念设计：在民用飞机型号研制的概念设计和飞机系统联合定义阶段就能开展系统虚拟集成测试，设计缺陷早期即可发现，减少设计更改周期和重复性设计工作;

试飞试验风险估计：虚拟试验平台可模拟实际环境的边界条件，完成飞行试验的仿真验证，完成飞行试验的前期准备;