[00639840]复杂产品协同创新开发联邦式支撑平台研究开发及其应用

(1)任务来源：国家863计划目标导向项目《复杂产品协同设计、仿真、优化一体化平台研究开发及其应用》(2006AA04Z160)。(2)应用领域和技术原理应用领域：所有复杂产品开发领域。技术原理：分布异构平台的多领域、多级联邦集成与互操作技术；复杂产品协同设计的关联关系管理(CRM)技术，产品生命周期管理(PLM)技术和基于STEP的异构CAD模型映射技术；复杂产品协同仿真的运行支撑环境(RTI)的分布自治技术，基于资源管理联邦的模型共享与重用技术和基于minor-STEP的分布式仿真算法；复杂产品的两层协同优化的建模方法，基于WebService协同优化技术和基于非线性单纯形Nelder-Mead算法的混合差分进化算法。(3)性能指标(写明合同要求的主要性能和实际达到的性能指标)。合同要求的主要性能：研究并开发符合复杂产品开发特点的联邦式多领域协同设计、协同仿真、协同优化集成平台，实现复杂产品设计组织、过程、工具的整合，支持复杂产品协同创新开发。以长客开发的200公里动车组为对象，建立数字样机与虚拟样机，实现动力学协同仿真，并对动车组关键部件进行了协同设计、仿真与优化。实际达到的性能指标：研究与开发了复杂产品协同创新开发联邦式互操作协同支撑平台，包括基于FIA/FEI联邦集成系统、分区协同设计平台、分布自治式协同仿真支撑环境TH_RTI、基于HLA/TH_RTI的协同仿真平台和两层多学科协同优化平台。构建了200公里动车组联邦协同支撑平台，开发了200公里动车组数字化样机，实现了分区协同设计；开发了200公里动车组虚拟样机，实现了整列车动力学协同仿真；建立了200公里动车组典型部件一、二系悬挂系统的设计优化模型，实现了基于协同仿真的优化。(4)与国内外同类技术比较。1)系统技术比较复杂产品创新开发支撑环境系统技术的核心是互操作技术。按照IEEE关于互操作的定义，美国国防部(DoD)对互操作技术的水平的分为四级。国内外实现的是第三级，即领域级，如以设计为中心的复杂产品创新开发支撑环境，普遍采用的是与PDM(PLM)紧密集成，以Windchill，Enovia，TeamCenter等为代表；以仿真为中心的复杂产品创新开发支撑环境，普遍采用的是基于某一仿真体系的紧密集成，主要以Modelica，ANSYS/Workbench，AMESim，COSIM等为代表；以优化为中心的复杂产品创新开发支撑环境，普遍采用的是优化与仿真紧密集成，主要以iSight/Fiper、ModelCenter为代表。本研究成果复杂产品协同创新开发联邦式互操作协同支撑平台具有最高的第四级即企业级技术水平。与第三级水平的支撑环境的区别在于：在应用领域方面，第三级水平主要面向某一领域的，该研究成果适应一般的多域环境，支持设计、仿真、优化的动态协同。在计算环境方面，第三级大多是集成化的单机计算，该研究成果实现了分布式协同计算。在互操作协议方面，第三级是领域水平的，如HLA是仿真领域的规范，该研究成果FIA/FEI是企业水平的，支持设计、仿真、优化多领域的互操作。在互操作交互模式方面，第三级是大多采用组件式结构、面向流程的紧密模式，组件难以动态加入与退出。该研究成果采用联邦式互操作架构，任何联邦成员可自由地加入与退出而不会影响其它联邦成员的执行。在基础架构方面，第三级运行于INTRANET，该研究成果基于WebService及J2EE实现，可支持INTERNET环境的运行。在数据模型方面，第三级仅考虑领域模型，该研究成果在领域模型基础上，通过FIA的FOM及OMT提供全局数据模型。2)领域支撑环境的技术比较协同设计支撑环境的技术比较：国内外典型协同设计环境(PDM/PLM)决大多数都是以组织管理为保障、以内容管理为基础、以过程管理为核心，支持的协同设计产品信息、组织和过程管理，但对存在于复杂产品(如动车、船舶)协同设计过程中分区实体间的几何和非几何性约束耦合难以定义与管理。该成果可以支持分区协同设计的关系管理，克服了PDM/PLM对于分区协同设计中分区实体间的几何和非几何性约束定义与管理的不足。协同仿真支撑环境的技术比较：国内外典型的组件式协同仿真环境(Modelica)、流程式协同仿真环境(Ansys-Workbench)是集中式框架，不支持分布仿真，对计算资源的能力要求高；协议式协同仿真环境(HLA/RTI)现有的两种体系结构：一个是基于互联网＋中心服务器结构，中心服务器负载高，难以适应分布式环境；另一个是基于互联网的无中心服务器的分布式结构，大数据流量引起的延迟，难以满足实时性。该成果可以支持互联网上协同仿真的RTI体系结构，克服纯集中式和纯分布式结构的不足。协同优化支撑环境的技术比较：国内外典型的多学科设计优化环境(modelCenterandiSight)都是以流程为核心的建模环境，优化算法搜索效率偏低，都是基于单领域仿真的协同优化。该成果是基于协同仿真的协同优化环境、支持协同优化的层次建模方法与高效的搜索算法。