（轉(zhuǎn)）

       在技術(shù)發(fā)展和市場的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)品功能越來越復(fù)雜，通過解析的方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析的難度逐漸增大。而采用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行研究則需要物理樣機(jī)，一方面所需投入較多、時(shí)間周期較長，另一方面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)樣機(jī)在某些功能和性能層面無法滿足要求時(shí)，進(jìn)行更改的成本非常高。即使這些問題都能夠解決，實(shí)驗(yàn)方法還要面對(duì)某些工況下實(shí)驗(yàn)帶來的危險(xiǎn)和破壞、實(shí)驗(yàn)環(huán)境不一致、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的離散性等諸多問題。此種情況下，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，借助于專業(yè)的軟件，通過數(shù)字化建模仿真的方式對(duì)產(chǎn)品的方案進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，可以顯著縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本、完善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的市場競爭力。另外，產(chǎn)品部件之間的耦合關(guān)系越來越緊密，多數(shù)功能需要各部分緊密配合才能實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)級(jí)建模尤為重要。

        機(jī)-電-液-控一體化的高速發(fā)展使得由單一領(lǐng)域部件構(gòu)成的產(chǎn)品越來越少，取而代之的是綜合利用機(jī)械、電、磁、液壓和控制等諸多領(lǐng)域研究成果、涉及多個(gè)學(xué)科的產(chǎn)品，而多數(shù)情況下，產(chǎn)品的研發(fā)又需要多個(gè)部門配合工作，當(dāng)對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，把各部分模型進(jìn)行集成，獲得各部分模型之間的耦合關(guān)系，且保證仿真過程中各部分模型之間能夠進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)交互。所以，在系統(tǒng)級(jí)多學(xué)科建模之后，還需要進(jìn)行聯(lián)合仿真。

        以飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)電綜合為例，在機(jī)電綜合的背景下，在功能、能量、控制和物理的層面，燃油、環(huán)控、液壓、電氣系統(tǒng)之間的管理越來越緊密。例如在綜合能量管理系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)能量高效利用的目的，環(huán)控、燃油、滑油、液壓、電氣、發(fā)動(dòng)機(jī)等系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。在多電飛機(jī)架構(gòu)中，通過供-配-用電網(wǎng)絡(luò)，機(jī)電系統(tǒng)之間的聯(lián)系變得更為緊密。

    飛機(jī)綜合能量管理系統(tǒng)

        飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)涉及電、磁、熱、機(jī)械、液壓、流體、控制等多個(gè)學(xué)科，且每個(gè)機(jī)電子系統(tǒng)都涉及多個(gè)學(xué)科，這種特點(diǎn)使得系統(tǒng)級(jí)建模必然涉及多個(gè)學(xué)科的聯(lián)合仿真。

飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)

        多學(xué)科建模語言Modelica語言的設(shè)計(jì)初衷就是為了解決涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的、復(fù)雜系統(tǒng)建模，是一種面向工程應(yīng)用的建模語言。Modelica語言基于方程的建模方式和無因果特點(diǎn)大大簡化了模型開發(fā)的難度，且Modelica協(xié)會(huì)提供了針對(duì)機(jī)械、流體、控制、電磁、電氣等多個(gè)工程領(lǐng)域的免費(fèi)模型庫，使用者可方便地基于這些模型庫中的已有元器件模型，搭建自己的系統(tǒng)模型，且可以針對(duì)自己的特殊應(yīng)用，通過繼承、修改等方式形成具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模型甚至模型庫。

Modelica基礎(chǔ)模型庫

        法國達(dá)索公司專業(yè)的多學(xué)科系統(tǒng)仿真工具Dymola軟件，可以基于開源的Modelica語言進(jìn)行建模，支持最新版本的Modelica基礎(chǔ)模型庫，且擁有由DLR（德國宇航局）、Modelon、Claytex、ATI等成員公司開發(fā)并經(jīng)過工業(yè)驗(yàn)證的眾多不同行業(yè)的專業(yè)庫，如電機(jī)、多體動(dòng)力學(xué)、電氣、熱力學(xué)、液壓、氣動(dòng)和控制等專業(yè)元件庫，為機(jī)械、電氣、液壓等多領(lǐng)域的應(yīng)用提供了極大的便利性。

Dymola商業(yè)庫及應(yīng)用

       Dymola提供了多種高效、穩(wěn)定的求解器，具有自適應(yīng)步長、自動(dòng)調(diào)整求解器階數(shù)等特點(diǎn)，適用于涉及多種方程種類的系統(tǒng)求解，包括非線性系統(tǒng)、剛性系統(tǒng)、連續(xù)離散混合系統(tǒng)、帶有高頻、沖擊的系統(tǒng)等，能夠保證包含液壓、電力、多剛體、狀態(tài)機(jī)、控制等多領(lǐng)域方程系統(tǒng)求解的收斂性和穩(wěn)健性。

        在多學(xué)科建模工具Dymola中，可以高效地建立各子系統(tǒng)的模型并進(jìn)行聯(lián)合仿真，但鑒于工作習(xí)慣等原因，多數(shù)領(lǐng)域的工程師會(huì)選擇繼續(xù)使用慣用的軟件進(jìn)行建模，不同領(lǐng)域的建模軟件亦不同。如此，在進(jìn)行模型集成和聯(lián)合仿真時(shí)會(huì)遇到數(shù)據(jù)接口的問題。如果針對(duì)任意兩個(gè)軟件開發(fā)專用的接口，則會(huì)引入巨大的工作量，而對(duì)于使用者也比較混亂。另一個(gè)方面，很多模型都包含了大量的研究成果，出于對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，有些部門或供應(yīng)商可能不愿意提供白盒模型。

        為了解決上述問題，歐洲Modelisar協(xié)會(huì)提出了Functional Mock-up Interface（FMI）。FMI是開放的第三方標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議，任何軟件均可以基于該協(xié)議開發(fā)接口，將所建立的模型封裝為Functional Mock-up Unit（FMU），實(shí)現(xiàn)與其他軟件所建立模型的交互和聯(lián)合仿真。而且FMU是黑盒模型，有助于保護(hù)模型所有者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這種特點(diǎn)使FMU可以作為主機(jī)廠與供應(yīng)商之間模型交互的工具，主機(jī)廠定義系統(tǒng)架構(gòu)，并結(jié)合供應(yīng)商提供的部件級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)FMU模型，在產(chǎn)品研發(fā)的早期進(jìn)行系統(tǒng)功能仿真，進(jìn)行方案驗(yàn)證優(yōu)化及部件選型。

      基于Dymola、Simulink等建模工具，恒潤可以提供定制化的建模仿真服務(wù)。

基于Dymola+FMU的虛擬鐵鳥

        以飛機(jī)虛擬鐵鳥為例，基于Dymola搭建環(huán)控系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、二動(dòng)力系統(tǒng)，通過AMESim搭建液壓系統(tǒng)，基于PROOSIS搭建發(fā)動(dòng)機(jī)模型，并基于Simulink搭建控制系統(tǒng)，通過FMI/FMU接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)Dymola、PROOSIS、AMESim、Simulink等多學(xué)科模型之間的聯(lián)合仿真，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)電綜合性能模擬，并用于研究機(jī)電綜合下各個(gè)子系統(tǒng)之間的交聯(lián)問題。