设计仿真 | 基于SimManager多学科协同仿真流程构建和应用

背景与目标

在复杂产品研制过程中，设计工作包括机械结构设计、控制系统设计、电子学设计、操控软件设计、工艺设计等。需要应用不同学科的仿真软件，包括控制仿真、结构仿真、动力学仿真、电磁效应仿真、热仿真等。

因仿真涉及多个学科，存在多变量、多目标、多约束的复杂情况，而且各个学科之间的变量之间可能还存在着耦合关系。在产品开发过程，如何考虑多学科集成设计、性能优化、成本、时间周期等诸多重要因素，在中间找到最佳的平衡点和数据耦合成为至关重要的问题。

基于这个需求，通过SimManager可构建基于流程任务的多学科协同仿真平台，通过平台串联产品研发各流程模块，并实现上下游分析任务的输入/输出传递，将仿真分析数据按照产品型号进行结构化层次管理，在任务流程中通过集成仿真分析软件，实现仿真软件按流程任务调用，并将相关知识与流程绑定，在任务执行中自动推送相关知识。

技术挑战

实现多学科协同仿真流程，存在着如下的技术挑战：

1. 通过交互方式动态构建多学科协同仿真流程，支持多学科、多部门之间的协同工作。

2. 工作任务拆解，将任务拆解为可执行的流程节点。

3. 构建的多学科仿真流程可发布、编辑、复用；建立多学科协同仿真流程共享数据库和资源池。

4. 使仿真流程规范化，并对仿真执行过程实现监控。

解决方案

基于SimManager的多学科协同仿真流程方案包括仿真流程构建、仿真流程应用执行。

多学科协同仿真流程构建中，SimManager提供图形化的流程定义界面，定义仿真任务的先后顺序和逻辑关系。指定各个节点仿真任务的负责人、计划时间等任务信息,指定任务节点的输入输出数据（参数和文件等）,定义任务的激活条件。对于流程节点的关系，支持循环、判断、并行、串行及支持嵌套子流程等方式，下面为流程构建界面的示意图。

多学科协同仿真流程执行：在流程构建和发布后，各个学科的对应节点负责人可以按照流程定义的前后顺序，开展仿真分析工作。在对应节点可以调用相应的仿真工具软件进行界面交互操作或批处理分析工作，仿真分析结果自动存入系统中。

流程运行中可显示流程节点的执行状态，技术负责人和决策者可以监控仿真任务执行过程和状态。可以获得：

1、直观了解整个多学科协同仿真流程任务安排；

2、直观了解各任务的筹备状态，即各任务是否到时间尚未准备完所有输入或开始执行任务，到截止日期尚未完成的任务；

3、掌握多学科协同的任务执行状态，即哪些任务已经结束，哪些任务正在进行，后续有哪些任务。未开始、进行中、已完成的任务以颜色状态区分。

成果与收益

系统用户可以在线动态搭建多学科协同仿真流程并发布执行，用于多学科协同工作，实现多学科仿真流程规范化。

系统用户可对已有的流程可以进行复用、编辑、优化。

流程执行过程中，可调用相应的工具和批处理脚本，提高协同仿真的效率。将流程节点结果和参数自动存储到共享数据库，并建立数据谱系和可追溯。不断积累流程执行的方案和经验。