虚拟采办应用案例分享

虚拟采办（SBA）技术是将建模与仿真技术协同、集成化地应用于产品采办各部门、各个采办项目及项目各阶段全过程（包括需求分析和定义、概念设计、详细设计、生产制造、测试评估、使用、维护训练直至产品销毁）的一种新型采办模式（Chai et al.，2009）。SBA的目标是缩短采办时间，减少资源消耗，降低采办风险，同时提高产品质量和价值，增强可靠性，降低全生命周期的成本，支持产品、过程开发一体化。以下将介绍一个规范的、某复杂产品的虚拟采办项目的应用实施案例。

1.虚拟采办仿真集成环境

根据复杂产品虚拟采办设计系统的总体思路，建立基于PM系统、VPLM系统、工作流管理系统的复杂产品虚拟采办仿真应用集成环境。该环境可支持复杂产品从前期方案论证、策略研讨、仿真验证到工程研制阶段的复杂系统总体、机械、气动、控制、软件等单学科数字化、虚拟设计，以及复杂系统总体、机械、控制等多学科的综合仿真集成和优化设计，各组成部分的功能描述见图6.19。

图6.19　复杂产品虚拟采办仿真应用集成环境

在基础资源层，包括分布网格结点的计算机、存储系统、设备仪器、数据库/知识库、模型资源和应用软件等（如面向不同单位、不同应用的各类仿真资源）。在这一层次，网络资源使用相应的适配软件将资源以开放标准的方式接入到网格中，为网格系统软件对资源的统一管理和集成提供基础。针对虚拟采办应用的实际需求，在实际应用中连接和集成跨管理域的多种平台上的结点和资源，供网格核心服务中间件调用。

在协同仿真环境集成框架层，通过具有自主知识产权的COSIMPlatform、COSIM-PM，COSIM-VPLM及工作流管理系统实现虚拟采办全生命周期的项目管理、模型管理、流程管理及虚拟样机系统的协同仿真、优化验证工作，从而保证采办系统平台的开放性、可扩展性、通用性。

在采办领域集成平台及工具层，应用各个学科领域的设计开发工具设计虚拟采办各阶段的模型，并考虑采办项目方案的可执行性和采办系统的可信度，集成研讨厅、评估工具对其进行保障。

在应用门户层，以复杂系统应用需求等设计研制任务为背景，开展具体的虚拟采办应用验证。

2.虚拟样机系统协同仿真与优化设计

（1）方案论证阶段。针对某复杂系统的特点，在构建虚拟样机环节开展两轮应用验证，结合系统设计任务，首先在复杂系统总体室内部对方案论证阶段的概念模型构建飞行性能评估虚拟样机系统，其组成见图6.20。

图6.20　方案论证阶段系统飞行性能评估虚拟样机系统组成

通过分析不同的系统性能参数，验证此系统作战的有效性，选取几条典型的参数进行仿真，看其性能指标是否满足系统战技要求。

通过仿真试验验证了系统性能参数对其飞行性能的影响，通过穷举法进行了优化设计。图6.21为3组不同的性能参数仿真的结果。通过多次仿真结果验证：同一组A参数值、B参数值在一定区间能够保证收敛，同时在此范围内B参数值越小，获取的C参数值越高；同一B参数值，D参数值越大，获取的C参数值越高。

图6.21　3组不同的A参数、B参数仿真曲线结果(www.xing528.com)

（2）工程研制阶段。完成概念模型总体方案论证仿真后，进行工程研制阶段的仿真优化设计验证。结合某复杂系统建立跨研究室的多学科设计、协同仿真，选择方案阶段最优的性能参数作为本阶段的系统输入，将某子系统参数作为系统优化设计参数，完成以系统某方面精度为优化指标的性能仿真验证。其系统组成见图6.22。

图6.22　工程研制阶段系统性能评估虚拟样机系统组成

选用等值递增优化方法设计子系统参数，通过多次仿真获取系统的仿真优化指标，从而设计验证精度最高的子系统参数是否满足要求。

将系统的B参数作为优化设计参数，以系统的E参数和F参数作为优化指标，采用等值递增优化算法进行自动寻优计算。当满足系统仿真结束条件时仿真停止，仿真自动结束。优化显示成员显示本次仿真的E参数，并进入下一次仿真运行，当仿真次数达到100次时，仿真结果算出当前B参数值的100次仿真的F参数值，并显示在优化显示成员界面里。通过多次仿真计算，得出B参数为某值时，系统优化指标参数值最高。图6.23为不同B参数值仿真出的E参数值及F参数值结果。

图6.23　系统优化参数不同值仿真的结果

3.复杂产品虚拟采办应用实施流程

针对复杂产品虚拟采办的方案论证和工程研制阶段总结一套复杂产品虚拟采办应用实施流程，以便进一步规范虚拟采办项目的应用实施过程。复杂产品虚拟采办的总体实施流程见图6.24。

图6.24　虚拟采办应用实施过程

首先，采办流程的起始点为方案研讨，以虚拟采办需求为输入，以复杂系统建模仿真技术中的综合集成研讨厅理论为依托，通过单轮分析和群体研讨确定出总体设计方案和各项性能指标。这些指标和方案作为项目管理的输入被用来进行动态进度分析，以得出复杂产品虚拟采办流程的关键路径，并进一步进行风险分析。

其次，利用项目管理工具中的综合费用计算模块进行费用的建模和计算。风险分析和费用计算的结果被反馈给综合集成研讨厅，进行再次研讨和修改，直至方案满足要求，随后将成型方案进行项目管理，分解出WBS信息并进行记录。

第三，利用制造系统的工作流管理技术对上述项目分解进行流程建模，进而支持后续的一体化建模过程、校核与验证过程、协同仿真过程以及评估过程的自动管理。

最后，通过一体化建模、VV&A和可信评估、虚拟采办协同仿真与优化的交替循环迭代，完成多轮次的虚拟采办方案设计仿真。其中，一体化建模过程，即在虚拟采办协同仿真与优化平台中进行系统和各学科子系统的一体化建模。为了确保一体化建模的结果能够满足要求，对模型文件进行校核与验证是一个重要的环节，对不满足要求的建模结果需要进一步修改。通过校验后的模型提交协同仿真与优化平台进行综合仿真分析，其结果由VV&A和可信性评估工具获取，并最终形成评估报告，反馈到综合集成研讨厅进行研讨，如果不满足要求，则需要重复上述环节，直至满足要求，完成采办任务。

由上述应用案例可知，虚拟采办技术对设计、制造、使用等阶段的评估更加精确和全面，并结合了先进建模和仿真技术，为优化决策和降低风险与成本提供了有力的技术支持。