Teamcenter Simulation在MBSE的应用系列——系统仿真数据管理

1 概述

基于模型的系统工程（MBSE）是未来工业数字化的重要发展方向，而系统仿真则是MBSE的重要组成部分。通过Teamcenter Simulation可实现对系统仿真数据的有效管理，助力MBSE更好地为企业产品研发工作服务，保证协作时数据的共享和唯一性，提供分布式协同工作环境和数据存储服务器，打造高效协同的仿真分析工作环境。

本文首先从客户业务需求出发，分析系统仿真数据管理应满足的业务需求，根据企业产品研发流程，确定系统仿真模型的范围与系统仿真工作流程，并与性能工程相结合形成闭环验证，最后介绍Teamcenter Simulation在系统仿真数据管理方面的解决方案，着重从软件功能方面介绍如何实现系统仿真数据管理。

2 系统仿真数据管理

2.1 系统仿真模型管理需求

对于模型生命周期管理，细颗粒度这个词语非常有助于解释模型交付时的情况。在模型生命周期中，模型会一直发展，并可能出现单独开发或不同模型间的并发工作、比较和合并等情况，因此保持对所有模型相关行为的追踪是非常重要的。模型的这个生命周期实际上扩展到组成模型的所有其他文件，因此理解模型及相关文件的连接和依赖关系就非常重要，如果没有一个精益的方式来理解关系，就很难找到所需要的精确模型版本。

图1 系统模型生命周期管理需求和任务

对于系统仿真模型管理需要满足以下需求：

1)多产品构型管理

产品多样化和定制化需求日益增长，需要开发适合不同需求的产品，处理更多不同的产品构型，而每个产品构型都是复杂的机电系统，需要创建和管理。

2)并行工作流程

需要打造一个机械、电子、软件、控制并行的工程流程，支持跨领域系统仿真和优化的实现，以便在做出工程决策时尽早了解系统关键性能。

3)跨领域协作

复杂机电系统的性能只有在系统层面才能得到充分评估和验证。子系统设计人员需要共享和重用来自不同子系统设计团队的模型，并创建集成的系统模型以验证其各自的子系统。这意味着，不同子系统设计团队之间的跨领域高效协作是基于模型的系统工程开发成功的关键。

4)可追溯性

由于大多数新产品与以往型号产品不同，在产品开发过程中捕获和管理产品历史和知识对于实现模型重用非常重要。项目需要及时回溯，才能明白为什么我们今天要在这里做出更好的决策。可追溯性时包括：

• 为什么要进行更改？
• 什么时候做的更改？
• 谁做了这个更改？
• 做了哪些更改？

2.2 系统仿真模型范围

系统模型包含由系统建模工具创建的模型文件以及一堆其他文件，包括规范或参数文件、用户界面(UI)、结果文件和报告、元信息或元数据和模型库等。

图2 系统仿真模型示例

2.3 系统仿真工作流程

企业通常采用中央存储库来存储模型，并遵循特定的规则进行模型创建，添加足够的元数据信息，可以解决模型搜索和重用问题。作为模型信息的请求者，一旦被授予访问权限，就可以很容易地进入存储库并搜索所需的模型信息。对模型执行更改和审核验证的角色权限设定，可以更进一步保证模型信息的质量。以一种协作的方式工作，用户可以非常方便的搜索到所需的模型，进行编辑、组合并运行计算，同时保持整个过程的可追溯性。对这些模型所做的更改可以配置中看到并考虑，这允许系统地获取知识，并以一致的方式应用到项目中，支持持续改进和系统性学习。

图3 系统仿真工作流程

对于系统仿真人员，实现了良好的模型控制及快速检索，还有问题要解决。比如对于特定主题，到底应该用哪些模型、哪些参数？目标是什么？如何做择优分析？在哪儿存储优化参数？如何追踪结果等。对于系统设计人员，也有很多问题，比如分析了哪些产品？性能如何？分析条件是什么？验证了哪些需求？如何重用等。只有当在系统仿真级别所做的工作连接到系统工程级别时，这些问题才能得到解答。它们可以帮助了解是否从仿真的角度验证了需求，或者某个模型需要在哪些条件下进行仿真等。

当我们把系统仿真与系统工程联系起来时，我们讨论闭环性能工程和系统设计或系统驱动的产品设计，并基于系统仿真的结果来验证需求。在一个集中的存储库中，存储在特定条件下要使用和重用的模型，并根据需求定义分析目标和输入参数。从系统工程的角度出发，定义需求，并获取系统仿真及优化结果。系统仿真部门使用经验证和维护的模型，这些模型集中可用，并将成为决策和信息共享的一部分。整个过程都在控制之下，这样就更容易理解为什么要做出某些决定，然后可以根据可靠的来源和可信的信息作出决定。MBSE是做出决策的基础，对MBSE模型的有效管理，则有助于更好地做出决策。

图4 闭环的性能工程与系统设计工作流程

3 Teamcenter Simulation系统仿真数据管理

3.1 系统仿真模型管理

Teamcenter Simulation管理系统仿真模型、仿真结果以及这些对象之间的关系，可将所有信息整合并组织到统一位置，使其可用于多个组与项目。同时模型和验证数据可以参与结构化工作流程和正式变更流程。平台提供 CAE 1D模型和 CAE 1D分析版本来捕获模型和分析数据，并提供版本和变更管理以及访问控制，确保在适当的时间向合适的人员提供准确一致的模型信息，帮助实现基于模型的系统工程MBSE，如下图所示。

图5 CAE 1D Model和CAE 1D Analysis数据对象

3.2 系统仿真工具管理

Teamcenter Simulation管理来自系统仿真工具的模型和相关数据，为基于模型的系统工程数据提供协作环境，平台提供仿真工具配置环境，用户可在此环境下以配置的方式实现仿真工具的集成，无需二次开发。同时还提供了若干仿真工具集成的实例，包括：Simcenter Amesim、Simcenter Flomaster、Simcenter System Architect等仿真工具软件。

图6 集成Simcenter Amesim等系统仿真工具

3.3 系统仿真流程管理

Teamcenter Simulation提供工作流程设计器，实现以图形化的方式创建工作流程模板，通过图形化工作流程编辑器，以“拖－拉”操作完成工作流程的定义，建立针对系统仿真分析的流程管理系统。

图7 系统仿真工作流程配置

针对产品研发流程进行梳理和提炼，在系统中定制和开发与系统仿真分析紧密相关的分析流程步骤，实现分析流程的标准化、规范化和自动化，提高数据流的管理效率。在执行流程时可按照流程步骤指示完成分析，且清楚显示各步骤的成功完成、失败、等待执行等信息。

3.4 其它关键能力

Teamcenter Simulation组织和管理从机械到控制工程的仿真数据，为系统工程师和架构师提供了在概念设计和系统架构、集成和验证方面无缝协作的能力。通过综合复杂的系统配置和创建产品架构来评估性能需求，实现基于模型的系统工程MBSE高效工作流程。为此平台提供进行系统仿真模型生命周期管理的关键能力：

• 创建可重用的控制系统仿真模型库

• 捕获并利用系统仿真模型相关性

• 模型易于检索，简化部门和组织之间协作和通信

• 通过版本和分支管理实现并行和分布式模型开发

• 基于角色的模型访问控制和发布

• 模型版本控制和工程属性

4 总结

Teamcenter Simulation平台为系统仿真模型协作开发提供了一个健壮、可扩展、经验证的环境。支持模型开发工作流；决定谁应该执行某些任务，以及应该阻止谁访问敏感数据，使建模人员在专业任务上投入更多时间和精力。

工程师通过组装系统建模工具提供的来自不同域库（即机械，电气/电子，软件，液压等）的预定义和验证组件，可以创建用于分析设计选项和根据各种属性平衡所需的产品的性能的多域仿真模型，以实现和验证性能要求所需的仿真和协同仿真过程。平台可根据客户的现实情况及需求，提供不同层次的模型管理，并让客户了解应用于整个开发周期时可能实现的阶段性目标。

图8 系统仿真模型生命周期管理层级

文章来源：imbse online