這款工業APP平臺緣何火爆？

周凡利

每個工業APP都包含了人的知識和技能，其實是工程師的一個數字替身，通過這樣的數字替身可以把人解放出來，讓人把更多的精力放到做創造性的工作中去。在這條路上，江蘇蘇州同元為中國智造提供核心工業軟件踐行著企業的使命。

根據《工業互聯網APP培育工程實施方案（2018-2020年》要求，經地方（行業）推薦、案例評審和企業現場答辯等環節，2018年工業互聯網APP優秀解決方案脫穎而出，予以公示的名單有89個工業APP。其中，江蘇蘇州同元軟控信息技術有限公司（下稱同元軟控）的“同元系統設計與仿真驗證平臺MWorks工業互聯網APP應用解決方案”赫然在列。在此之前，同元軟控已經獲批江蘇省重點工業互聯網行業級平臺“裝備制造業產品綜合設計與仿真驗證服務平臺”和江蘇省領先的工業互聯網APP集成開發平臺“多學科一體化仿真與驗證工業APP可視化集成開發平臺”。

工業APP是我國工業軟件換道超車的新機遇

制造業是強國之基、富國之本，可以說，沒有強大的制造業支撐，就不可能成為真正意義上的世界強國。先進制造業特別是高端裝備制造業已成為國際競爭的制高點。工業互聯網是新一代信息通信技術與現代工業技術深度融合的產物，是制造業數字化、網絡化、智能化的重要載體，也是全球新一輪產業競爭的制高點。

工業軟件是制造業數字化、網絡化、智能化的基石，是新一輪工業革命的核心要素。工業軟件不同于普通軟件，它是工業創新知識長期積累、沉淀并在應用中迭代進化的工具化產物。工業軟件是典型的軟裝備，是高端工業裝備的“魂魄”和“大腦”，沒有工業軟件，所有高端裝備將“喪魂失魄”。工業軟件是中國制造實現“數字化、網絡化、智能化”的基礎，沒有自主的工業軟件，中國制造將是無根之木、無源之水。

工業軟件在工業互聯網環境下進化為工業APP。工業APP本質是工業知識的軟件化，這是我國工業軟件利用互聯網優勢與新一輪產業機遇超車的另一個歷史性機會。工業APP是以工業互聯網為紐帶，承載工業知識和經驗，滿足特定需求的工業應用軟件，是工業技術軟件化的重要成果。每個工業APP都包含了人的知識和技能，其實是工程師的一個數字替身，通過這樣的數字替身可以把人解放出來，讓人把更多的精力放到做創造性的工作中去。

2001年，同元軟控現任執行董事、華中科技大學國家CAD支撐軟件工程技術研究中心（武漢）主任陳立平教授團隊開始關注Modelica語言，并組織力量開始多領域物理統一建模與仿真關鍵技術研究。

經過5年潛心研究，團隊逐漸突破關鍵性技術，開發了系統仿真原型系統MWorks，并于2006年維也納Modelica國際大會上成功首秀。中國的工業軟件開始亮相國際舞臺。

2008年，同元軟控信息技術有限公司成立，專注于新一代系統仿真軟件的產品化與產業化，為裝備制造業提供系統設計與仿真工業軟件的產品研發、工程服務及系統工程整體解決方案。

2009年原型系統MWorks實現技術產品化，正式版系統仿真商業軟件MWorks發布。2010年至2013年，開始產業化推廣，同元軟控的產品和服務已經成功應用于航天、航空、能源、車輛、船舶、教育等行業，為國家系列重大工程提供了數字化設計支撐。

受工業需求驅動，從2016年開始，同元軟控以為“中國智造”提供核心工業軟件為企業使命，以中國裝備制造業的產品創新研制為源頭需求，通過掌握新一代數字化設計核心技術——多領域物理統一建模和系統仿真技術，MWorks由從單純的系統仿真軟件發展成為兼具設計與仿真能力的平臺——同元系統智能設計與仿真驗證平臺MWorks，至今，由三大核心軟件及一系列擴展工具箱和模型庫組成，產品體系日益壯大。

新一代數字化研發技術：系統智能設計與

仿真驗證平臺

現代工業產品隨著智能化、物聯化程度不斷提升，已發展為以機械系統為主體，集電子、控制、液壓等多個領域子系統于一體的復雜多領域系統。傳統基于文檔的研制模式難以支撐任務需求，設計數據同源、信息可追溯性、早期仿真驗證及知識復用性不足等問題與當前復雜系統研制的高要求越來越不相適應。

基于模型的系統工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）方法是數字化技術的最新發展，為大型復雜系統研制提供了有效解決方案，將推動數字化工作和型號研制流程的融合，提升產品智能制造水平，助推產品研制模式轉型。

MWorks是同元軟控基于國際知識統一表達與互聯標準打造的系統智能設計與驗證平臺，面向產品正向創新設計，支持基于模型的系統設計、仿真驗證、模型集成、虛擬試驗以及智能分析，為企業提供開放、自主、可控的數字化研發支撐，通過知識模型和工程應用的積累實現知識自動化和設計智能化。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撐系統設計，通過不同層次、不同類型的仿真來驗證系統設計，形成<設計-驗證>對偶，構建系統數字化設計與驗證閉環。

MWorks系統智能設計與驗證平臺由三大核心工具及一系列擴展工具箱組成，具體包括：

系統架構設計工具MWorks.Sysbuilder：提供需求架構、功能架構、邏輯架構和物理架構建模功能，覆蓋基于模型的系統設計過程。

系統仿真驗證工具MWorks.Sysplorer：提供系統仿真建模、編譯分析、仿真求解和后處理功能，覆蓋基于模型的系統驗證過程。

協同設計仿真工具MWorks.Syslink：提供協同建模、模型管理、在線仿真和數據安全功能，為系統研制提供基于模型的協同環境。

工具箱MWorks.Toolbox：提供過程集成、試驗設計與優化、PHM、VV&A、半物理、聯合仿真、機器學習及數據可視化等豐富的實用工具箱，滿足多樣化的數字化設計、分析、仿真及優化需求。

同元軟控多領域工業模型庫MWorks.Library：提供大量經過工程驗證的設計仿真一體化模型庫，覆蓋航天、航空、汽車、熱工等多個行業。

工業互聯網上的“微信”平臺：設計仿真工業APP

可視化開發平臺

高質量工業APP是工業互聯網發展的根本。如前所述，工業APP與工業軟件一樣，是工業知識和工業技術的軟件化，純粹的IT軟件開發者難以勝任工業APP的開發。MWorks采用的多領域統一建模規范Modelica，是工業互聯網時代工業知識統一表達和工業模型互聯的標準，目前已經存在大量可重用的基礎模型庫和行業模型庫，系統級設計仿真軟件天然可以成為基于可重用知識模型庫、面向工程師的可視化工業APP開發平臺，這樣可以由大批工程師迅速地將工業知識轉化為工業APP，這種工業APP生成器將是工業互聯網與工業APP時代的平臺入口技術。

同元軟控系統設計與仿真驗證平臺MWorks工業互聯網APP應用解決方案和多學科一體化仿真與驗證工業APP可視化集成開發平臺，基于系統建模規范Modelica、功能樣機接口規范FMI以及航天、航空等行業標準，提供工業知識的模型化表達和模塊化封裝、可視化的系統集成、基于互聯網的協同建模、仿真求解、智能分析等功能，適用于開展工業裝備產品概念探索、可行論證、方案設計、虛擬實驗、數字孿生運維等系統級設計與仿真應用。目前已在航天、航空、車輛、船舶、兵器能源等領域產品研制中得到了廣泛應用，顯著加快了研制進度，能夠減少物理試驗時耗、縮短研發周期、減少企業研發成本。

應用同元軟控系統設計與仿真驗證平臺MWorks工業互聯網APP應用解決方案和多學科一體化仿真與驗證工業APP可視化集成開發平臺，業界已經有不少成功案例。

空間站總體方案設計與多系統綜合仿真分析

隨著空間站系統組成、功能的復雜化，各專業之間的耦合關系越來越緊密，對系統各專業的綜合驗證已達成共識。亟須構建數字化航天器，支持各分系統專項方案、飛行方案及系統總體方案設計與仿真驗證，達到“早快全準”的系統設計驗證主要目標，并通過積累知識，實現良性循環。

針對規模龐大的空間站系統，在MWorks平臺中基于Modelia建模語言，建立了空間站核心艙、試驗艙I和試驗艙II的動力學與控制、能源、環熱控、推進、信息、數管、測控七個分系統模型，覆蓋總體、分系統、關鍵單機設備，分別對分系統典型工況進行仿真分析，并集成了空間站單艙、兩艙一字型、三艙T字形全系統綜合模型，對交會對接、轉位等場景進行分析驗證，實現了空間站系統級、全邊界、全工況的分析驗證。

MWorks的使用效果如何呢？

為航天器系統設計提供統一的綜合仿真手段，使系統設計從靜態走向動態，實現設計方案的動態可視化，構建即可運行，設計師的工作更有趣、體驗更好。

實現從分系統、單學科設計向系統級、多學科協同設計的轉變，可以在航天器系統層面實現動力學、GNC、能源、推進、熱控、通信、綜合電子等專業的統一建模與仿真聯動。

實現設計、仿真、驗證的一體化，支持可行、方案及詳細設計階段的設計—仿真—驗證—設計閉環迭代，進行需求階段指標分解合理性驗證、方案和詳細設計階段指標滿足性驗證，實現構造即可行，提升設計效率。

通過早、快、全的仿真驗證手段，實現好、快、省的航天器方案。

衛星方案多學科統一建模與系統聯動仿真分析

衛星技術是高技術密集的綜合性尖端科學技術，是現代工程技術多學科、多領域綜合集成的典型代表。目前，復雜衛星系統的研制在智能化、數字化方面的發展仍相對滯后，數字化建設仍局限于單一學科或部分學科，對于多領域仿真方面則很少涉及;對于衛星設計來講，系統級、多學科的協同優化設計還很薄弱;系統概念設計階段缺乏基于系統模型的可展示、可運行手段支持市場競爭，在系統方案設計階段缺乏基于模型的系統級仿真支持系統總體設計的有效手段。

面向航天某所典型衛星產品，采用多領域統一建模技術MWorks/Modelica，圍繞知識模型庫“去型號化”和“本土化”的建設目標，設計衛星通用模型庫架構，建立衛星系統仿真流程規范和建模規范，建設包括姿軌控、電源與配電、推進、測控、數傳和綜合電子等六個專業的衛星通用模型庫，針對所內的典型型號開展示范應用，支持衛星系統多專業聯動仿真、剛柔耦合仿真驗證、設計決策和方案動態展示。

這其中，MWorks系統主要用于整星的方案設計階段，驗證方案的可行性，輔助總體進行決策;

輔助衛星飛行任務流程制定與優化設計，能夠增強總體單位的話語權;

具有動態、實時特點，可以發現動態過程中可能存在的問題;

能夠實現知識固化，提供一種新的衛星研制經驗傳承手段。

航天器能源系統架構建模與仿真驗證

供配電大圖是系統反映供電、配電、電氣信號傳輸、設備供電接口的一種形式。傳統的供配電大圖由設計師根據供配電系統拓撲、設備IDS等信息，通過計算機軟件進行繪制，最終形成圖冊。這種供配電大圖存在以下不足：主要用于表達供電信號傳輸路徑等信息，信息量較小，無法動態表示功率流相關信息;只能反映設備供配電接口設計情況，無法對供配電接口設計進行仿真驗證;設計師根據IDS進行繪制，工作量巨大，且容易出錯。

基于數字衛星對供配電系統信息化設計的要求，建設供配電靜態大圖生成工具，并進一步結合Modelica模型庫構建供配電信息流仿真驗證平臺，以輔助供配電系統設計，驗證和優化供配電系統設計方案，提升供配電系統性能。

通過數字化手段對供配電系統進行數字化建模、仿真、分析與驗證，實現從供配電大圖靜態展示，到輔助和指導供配電系統設計的跨越。如：

從定性到定量：在方案設計階段獲取第一手的數據用于支撐或驗證所做方案的正確性和有效性;

從靜態到動態：以供配電大圖為載體，實時反映全任務周期航天器供配電情況，輔助供配電系統設計;

從過程到模式：實現航天器能源流設計要素、流程、方法的規范化和模式化，可推廣到所有領域航天器電氣網絡設計。

飛機多領域模型開發及綜合集成虛擬試驗

為了加快開發進程，縮短研發周期，并提高產品綜合性能和品質，目前國外先進的航空制造商都積極地在多學科系統集成與整機數字建模方面進行技術探索和革新。

結合飛機研制流程，建立可靠的飛機級虛擬綜合集成試驗系統，可用于飛機系統型號初期的驗證、系統各系統集成接口驗證、針對各類飛行工況的模擬、極限工況的功能性能分析等，從而對飛機系統設計需求進行驗證與確認，并為飛機物理綜合試驗提供預先的技術保障。

基于Modelica以及MWorks.Sysplorer平臺，建立了民用飛機系統的多物理領域建模與虛擬試驗系統框架;開發了數據分析后處理及可視化軟件模塊;制定針對民用飛機的多物理領域模型建模規范;完成起落架、飛控、液壓、環境譜等多領域模型庫的開發，并實現多領域系統虛擬試驗科目分析。如：

拓展了物理試驗邊界：虛擬試驗平臺可拓展物理綜合試驗邊界條件，完成物理試驗無法完成的高危試驗仿真驗證;

輔助飛機概念設計：在民用飛機型號研制的概念設計和飛機系統聯合定義階段就能開展系統虛擬集成測試，設計缺陷早期即可發現，減少設計更改周期和重復性設計工作;

試飛試驗風險估計：虛擬試驗平臺可模擬實際環境的邊界條件，完成飛行試驗的仿真驗證，完成飛行試驗的前期準備;

輔助飛機故障分析：飛機交付后在使用過程中可能出現的各種危險飛行狀態，可通過用物理鐵鳥與虛擬試驗相結合，復現故障和分析故障原因。

責任編輯：孫俊杰

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