無可替代：工業正向設計中的數據可視化技術

上海安世亞太

2021年12月2日 11:13

來源：本文為安世亞太原創作品，上海安世亞太授權轉載

前言

工業正向設計體系是一套基于模型的系統工程體系，而整個MBSE體系架構會涉及到眾多模型，如需求模型、設計模型、仿真模型等，如何有效直觀地可視化展示各個階段模型數據，輔助工程師進行正向設計決策，是當前工業正向設計體系的一大難題。而隨著數字孿生場景的不斷細化落地，如何真實高效地描述和映射物理產品，同樣也是當前數字孿生領域急迫需要解決的問題。這些都與模型數據可視化及封裝技術息息相關。

一、產品數字模型可視化集成封裝

產品正向設計過程從需求設計、功能設計、物理設計到各階段逐級驗證，每個階段都可以借助可視化手段輔助工程師進行設計決策，尤其是在物理設計和性能指標驗證階段。而產品數字化模型可視化集成封裝，是從工業產品問題對象出發，基于統一建模開發環境進行數字化建模形成標準化數學模型，通過可視化集成封裝環境實現組態可視化插件與模型參數的關聯映射和封裝發布，最后通過分布式調度運行環境實現可視化封裝模型的智能運行調度。

圖 1產品數字化模型可視化封裝過程示意圖

二、可視化集成仿真環境

可視化集成仿真環境ViSim是基于異構設計仿真工具的一體化集成融合技術和可視化組態插件關聯技術實現工業產品數字化模型集成封裝發布運行的一體化應用環境。為滿足異構設計仿真模型可視化集成封裝的需求，在考慮集成封裝通用功能的前提下，采用模塊化、插件式系統架構模式，支持用戶對當前不支持的模型封裝以插件的形式進行擴展。

圖 2可視化集成仿真環境整體框架結構示意圖

集成封裝主環境(AutoWrapFrame)：模型集成封裝的主要應用環境，支持用戶進行參數文件導入、參數選取識別、調用程序選擇、綁定界面選擇、試運行等。

界面搭建主環境(AutoDesianerFrame)：用戶通過拖拽方式實現UI界面的自定義搭建，便于后續實現參數數據與UI控件的動態綁定。

程序調用插件(ExeIntegratePlugin)：不同的程序支持執行不同的程序調用插件來識別程序啟動路徑和帶參數驅動方式。

數據抽取插件(DataExtractPlugin)：不同的模型支持執行不同的數據抽取插件來自動化識別輸入、輸出文件中的參數。當前針對主流商業工具模型都能夠實現快速化數據別與驅動。

組件可視插件(ComponentVisualPlugin)：參數數據支持以不同的界面展示形式進行動態展現，通過組件可視插件完成綁定參數數據的動態可視化展示。主要包括二維曲線、三維模型、工業云圖、行業儀表等可視化插件。

圖 3可視化集成仿真環境整體運行邏輯示意圖

三、相關案例介紹

3.1螺旋槳快速設計系統

以性能仿真驅動螺旋槳設計，通過干濕模態、強度特性、敞水性能、自航性能等模擬，實現設計螺旋槳的快速評判校核，并結合優化技術實現螺旋槳設計方案選型。系統基于ViSim框架構建，運行曲線圖表插件實現敞水性能曲線的動態繪制；運用三維模型構型插件實現螺旋槳基于剖面型值點的快速三維模型構型；運用仿真云圖可視化插件實現模態振型、應力分布、流場分布的直觀展示。