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项目背景

(资料图片仅供参考)

对标美国国防部数字工程，军方要求各单位交付数字化样机。数字化样机主要的价值是在军方确认需要采购实物样机之前，先让工业部门提交数字化的模型，这样可以大大降低前期投入的经费。

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数字样机总体方案思路

根据数字样机的基本定义，数字样机大概分为需求样机、功能样机、几何样机、性能样机、制造样机和运维样机等，这些样机通过数字主线进行关联、集成和统一管控。

图1-数字样机分类

由于军方需要的样机，其中一个核心功能是要在数字化平行战场上进行模拟演练，实现武器性能的数字化验证，因此，性能数字样机的交付，目前是核心的一环，也是各工业部门重点研究探讨的内容。

图2-基于性能数字样机的数字平行战场仿真

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基于性能数字样机的数字化交付方案简介

建设目标

安怀信与某单位共同定义的性能数字样机模型鉴定系统，可以实现对接收的数字样机模型进行置信度的评估，并且可以实现对接收的数字样机模型进行层级管理。

模型鉴定管理分系统主要由模型鉴定工具、模型鉴定管理系统两大部分组成，具体包括：

模型鉴定工具：

结构静力学模型鉴定工具； 结构动力学模型鉴定工具； 传热及流体模型鉴定工具； 0-1D系统性能模型鉴定工具； 模型降阶工具。

模型鉴定管理系统

模型鉴定管理平台；

数字化交付流程

安怀信与某单位共同定义的性能数字样机验收的流程如下：

接收来自设计所的数字样机模型；

对指定的数字样机参数，如传动系统的XXX，与试验结果进行比对，完成模型鉴定

判断模型误差是否在可接受范围内；

对满足要求的数字样机模型进行入库统一管理。

图3-性能数字样机验收流程

性能数字样机鉴定及管理系统架构

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性能数字样机支撑工具

V&V多学科模型验证工具：信威V&V工具集数字化交付需要验证交付模型的精度水平，而安怀信具备完整的全学科V&V工具集，可以实现多学科性能模型的验证和确认工作，从而获得精确可验收的性能模型。

图5-安怀信信威V&V多学科工具及能够验证的CAE工具

安怀信信威多学科验模工具包包括：

动力学验模工具 SimV&Ver Dynamic

静力学验模工具 SimV&Ver Static

数学模型验模工具 SimV&Ver Math

流体模型验模工具 SimV&Ver CFD

电磁模型验模工具 SimV&Ver EM

仿真快速前后处理工具 SimV&Ver Easy2Sim

性能数字样机交付及验收管理系统：信威Pyramid系统

数字化模型的交付以及验收，都需要基于一个结构化的数字化性能模型管理平台，安怀信自主研发的Pyramid性能数字样机管理系统，可以完成性能模型交付和验证过程中的管理工作。 性能数字样机交付及验收管理系统已经包括如下功能：

具备基于层级金字塔模式进行数字样机模型的管理；

具备结构静力学鉴定、结构动力学模型鉴定、传热及流体仿真模型鉴定、0-1D系统性能仿真鉴定等工具接口，可以自动收集数字样机鉴定工具的验模数据；在模型鉴定管理分系统平台中进行数据的统一存储。

具备模型标定任务管理的功能；

具备模型鉴定流程管理的功能。并且在平台上结合鉴定要求进行鉴定指标的集成及可视化。

具备鉴定文档、规范的管理功能。

图6-信威性能数字样机管理系统主界面

代理模型生成工具：信威BDiDesigner工具

在数字化模型交付的过程中，很多时候用户只需要交付用于性能仿真的黑盒或者灰盒模型，这时候，基于CAE或者试验数据产生的代理模型，将会扮演非常重要的角色。 安怀信具备完全自主研发的大数据代理模型生成工具BDiDesigner，可以完成从试验/仿真大数据建模、代理模型V&V修正、代理模型的不确定性量化、逆分析等一系列功能。

图7-代理模型的产生途径及其价值

数字化平行战场仿真环境：星耀SHINE仿真工具

与军方用户的需求类似，用户也经常需要构建数字平行战场环境，用于构建任务场景，并验证用于交付的性能数字模型的有效性。安怀信星耀SHINE数字战场仿真工具，可以帮助用户快速方便地构建这个数字战场场景。

图8-用星耀系统构建的电子对抗场景仿真

星耀数字战场仿真工具包含的功能有：任务、作战想定

任务、作战想定面板（数字战场任务编辑）

装备轨迹与姿态设定

任务环境建模

地理环境建模（支持GIS系统集成）

气象环境建模

光电环境建模

蓝方模型库

美国、欧洲等主战飞机高精度模型

美国、欧洲等主战导弹高精度模型

美国、欧洲等主战舰船、航母高精度模型

蓝方传感器模型库

激光设备高精度模型

EOIR设备高精度模型

雷达通信设备高精度模型

丰富的功能/性能算法库

轨道计算

电磁对抗算法

信号处理算法

光学对抗算法

通信/网络仿真算法

深度学习算法集成

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总结

安怀信历经十年的自主工业软件研发，已经开发了具备可落地的国际领先水平的性能数字样机鉴定及管理解决方案，且已经在数字化交付试点单位完成了方案和演示环境的构建，被证明能够很好满足工业部门基于性能模型的数字化交付要求。

感谢您阅读，我们下期见！