1 概述

基于模型的系統工程（MBSE）是未來工業數字化的重要發展方向，而系統仿真則是MBSE的重要組成部分。通過Teamcenter Simulation可實現對系統仿真數據的有效管理，助力MBSE更好地為企業產品研發工作服務，保證協作時數據的共享和唯一性，提供分布式協同工作環境和數據存儲服務器，打造高效協同的仿真分析工作環境。

本文首先從客戶業務需求出發，分析系統仿真數據管理應滿足的業務需求，根據企業產品研發流程，確定系統仿真模型的范圍與系統仿真工作流程，并與性能工程相結合形成閉環驗證，最后介紹Teamcenter Simulation在系統仿真數據管理方面的解決方案，著重從軟件功能方面介紹如何實現系統仿真數據管理。

2 系統仿真數據管理

2.1 系統仿真模型管理需求

對于模型生命周期管理，細顆粒度這個詞語非常有助于解釋模型交付時的情況。在模型生命周期中，模型會一直發展，并可能出現單獨開發或不同模型間的并發工作、比較和合并等情況，因此保持對所有模型相關行為的追蹤是非常重要的。模型的這個生命周期實際上擴展到組成模型的所有其他文件，因此理解模型及相關文件的連接和依賴關系就非常重要，如果沒有一個精益的方式來理解關系，就很難找到所需要的精確模型版本。

圖1 系統模型生命周期管理需求和任務

對于系統仿真模型管理需要滿足以下需求：

1)多產品構型管理

產品多樣化和定制化需求日益增長，需要開發適合不同需求的產品，處理更多不同的產品構型，而每個產品構型都是復雜的機電系統，需要創建和管理。

2)并行工作流程

需要打造一個機械、電子、軟件、控制并行的工程流程，支持跨領域系統仿真和優化的實現，以便在做出工程決策時盡早了解系統關鍵性能。

3)跨領域協作

復雜機電系統的性能只有在系統層面才能得到充分評估和驗證。子系統設計人員需要共享和重用來自不同子系統設計團隊的模型，并創建集成的系統模型以驗證其各自的子系統。這意味著，不同子系統設計團隊之間的跨領域高效協作是基于模型的系統工程開發成功的關鍵。

4)可追溯性

由于大多數新產品與以往型號產品不同，在產品開發過程中捕獲和管理產品歷史和知識對于實現模型重用非常重要。項目需要及時回溯，才能明白為什么我們今天要在這里做出更好的決策。可追溯性時包括：

• 為什么要進行更改？
• 什么時候做的更改？
• 誰做了這個更改？
• 做了哪些更改？

2.2 系統仿真模型范圍

系統模型包含由系統建模工具創建的模型文件以及一堆其他文件，包括規范或參數文件、用戶界面(UI)、結果文件和報告、元信息或元數據和模型庫等。

圖2 系統仿真模型示例

2.3 系統仿真工作流程

企業通常采用中央存儲庫來存儲模型，并遵循特定的規則進行模型創建，添加足夠的元數據信息，可以解決模型搜索和重用問題。作為模型信息的請求者，一旦被授予訪問權限，就可以很容易地進入存儲庫并搜索所需的模型信息。對模型執行更改和審核驗證的角色權限設定，可以更進一步保證模型信息的質量。以一種協作的方式工作，用戶可以非常方便的搜索到所需的模型，進行編輯、組合并運行計算，同時保持整個過程的可追溯性。對這些模型所做的更改可以配置中看到并考慮，這允許系統地獲取知識，并以一致的方式應用到項目中，支持持續改進和系統性學習。

圖3 系統仿真工作流程

對于系統仿真人員，實現了良好的模型控制及快速檢索，還有問題要解決。比如對于特定主題，到底應該用哪些模型、哪些參數？目標是什么？如何做擇優分析？在哪兒存儲優化參數？如何追蹤結果等。對于系統設計人員，也有很多問題，比如分析了哪些產品？性能如何？分析條件是什么？驗證了哪些需求？如何重用等。只有當在系統仿真級別所做的工作連接到系統工程級別時，這些問題才能得到解答。它們可以幫助了解是否從仿真的角度驗證了需求，或者某個模型需要在哪些條件下進行仿真等。

當我們把系統仿真與系統工程聯系起來時，我們討論閉環性能工程和系統設計或系統驅動的產品設計，并基于系統仿真的結果來驗證需求。在一個集中的存儲庫中，存儲在特定條件下要使用和重用的模型，并根據需求定義分析目標和輸入參數。從系統工程的角度出發，定義需求，并獲取系統仿真及優化結果。系統仿真部門使用經驗證和維護的模型，這些模型集中可用，并將成為決策和信息共享的一部分。整個過程都在控制之下，這樣就更容易理解為什么要做出某些決定，然后可以根據可靠的來源和可信的信息作出決定。MBSE是做出決策的基礎，對MBSE模型的有效管理，則有助于更好地做出決策。

圖4 閉環的性能工程與系統設計工作流程

3 Teamcenter Simulation系統仿真數據管理

3.1 系統仿真模型管理

Teamcenter Simulation管理系統仿真模型、仿真結果以及這些對象之間的關系，可將所有信息整合并組織到統一位置，使其可用于多個組與項目。同時模型和驗證數據可以參與結構化工作流程和正式變更流程。平臺提供 CAE 1D模型和 CAE 1D分析版本來捕獲模型和分析數據，并提供版本和變更管理以及訪問控制，確保在適當的時間向合適的人員提供準確一致的模型信息，幫助實現基于模型的系統工程MBSE，如下圖所示。

圖5 CAE 1D Model和CAE 1D Analysis數據對象

3.2 系統仿真工具管理

Teamcenter Simulation管理來自系統仿真工具的模型和相關數據，為基于模型的系統工程數據提供協作環境，平臺提供仿真工具配置環境，用戶可在此環境下以配置的方式實現仿真工具的集成，無需二次開發。同時還提供了若干仿真工具集成的實例，包括：Simcenter Amesim、Simcenter Flomaster、Simcenter System Architect等仿真工具軟件。

圖6 集成Simcenter Amesim等系統仿真工具

3.3 系統仿真流程管理

Teamcenter Simulation提供工作流程設計器，實現以圖形化的方式創建工作流程模板，通過圖形化工作流程編輯器，以“拖－拉”操作完成工作流程的定義，建立針對系統仿真分析的流程管理系統。

圖7 系統仿真工作流程配置

針對產品研發流程進行梳理和提煉，在系統中定制和開發與系統仿真分析緊密相關的分析流程步驟，實現分析流程的標準化、規范化和自動化，提高數據流的管理效率。在執行流程時可按照流程步驟指示完成分析，且清楚顯示各步驟的成功完成、失敗、等待執行等信息。

3.4 其它關鍵能力

Teamcenter Simulation組織和管理從機械到控制工程的仿真數據，為系統工程師和架構師提供了在概念設計和系統架構、集成和驗證方面無縫協作的能力。通過綜合復雜的系統配置和創建產品架構來評估性能需求，實現基于模型的系統工程MBSE高效工作流程。為此平臺提供進行系統仿真模型生命周期管理的關鍵能力：

• 創建可重用的控制系統仿真模型庫

• 捕獲并利用系統仿真模型相關性

• 模型易于檢索，簡化部門和組織之間協作和通信

• 通過版本和分支管理實現并行和分布式模型開發

• 基于角色的模型訪問控制和發布

• 模型版本控制和工程屬性

4 總結

Teamcenter Simulation平臺為系統仿真模型協作開發提供了一個健壯、可擴展、經驗證的環境。支持模型開發工作流；決定誰應該執行某些任務，以及應該阻止誰訪問敏感數據，使建模人員在專業任務上投入更多時間和精力。

工程師通過組裝系統建模工具提供的來自不同域庫（即機械，電氣/電子，軟件，液壓等）的預定義和驗證組件，可以創建用于分析設計選項和根據各種屬性平衡所需的產品的性能的多域仿真模型，以實現和驗證性能要求所需的仿真和協同仿真過程。平臺可根據客戶的現實情況及需求，提供不同層次的模型管理，并讓客戶了解應用于整個開發周期時可能實現的階段性目標。

圖8 系統仿真模型生命周期管理層級

文章來源：imbse online