集團企業的異地協同仿真平臺研究

胡浩 劉昱 鄭舒陽

摘要：仿真是制造業企業研發水平重要的衡量指標，對于集團型制造業企業，整合異地分布子企業的仿真力量形成集團企業的仿真研發合力，是集團企業提升科研實力的一項重要關切點。基于上述需求，本文提出了一種基于云計算技術的集團企業異地協同仿真平臺方案，平臺連接異地分布的子企業，通過構建基于云計算的仿真資源層，平臺管理層以及仿真應用層，實現集團內仿真設計的資源協同、任務協同以及人員協同，助力集團型企業提升整體仿真研發水平。

關鍵詞：協同仿真;云計算;集團型企業

一、引言

改革開發40年來，伴隨我國經濟的飛速增長，我國企業形態也逐步由企業個體向集團型企業發展。集團型企業典型特征是擁有眾多生產經營子公司、子公司分布范圍廣及子公司競爭優勢各異等。隨著我國集團企業的規模和經濟總量的增加，如何通過挖掘集團內各子公司的協同潛力做到“1+1>2”的效益提升，促進集團進一步增強整體競爭力，成為新時代我國各類型集團型企業的關注重點。對于集團型制造業企業，研發能力是衡量該類型企業核心競爭力的重要指標，如何在各子企業構建的研發體系基礎上，進一步整合集團內部研發資源，形成研發合力，共同應對日益復雜的國內外市場競爭，需要企業深入進行探索。

仿真技術是一種以計算機為載體，通過對真實系統進行模擬，分析和研究系統性能的手段和方法。它是建立在相似原理等理論基礎之上，涉及多學科、多領域的知識和經驗的一種分析和解決問題的綜合性技術。仿真技術自誕生以來，作為驗證和優化產品設計的重要手段，協助企業設計更出色的產品和降低物理試驗成本，大幅降低了企業產品開發周期和研制成本，獲得越來越多工業企業的認可和應用。目前，仿真技術已成為大多數制造業企業研發的核心關鍵手段，一個企業的仿真技術水平已成為衡量其研發實力的重要指標，許多企業認識到仿真的重要性，花費大量的資源投入到企業的仿真能力建設之中。

對于集團型制造企業而言，許多子企業基于自身業務需求，各自建設了服務自身的研發需求的仿真資源，包含仿真硬件、仿真軟件以及專職的仿真業務人員。隨著裝備的復雜度越來越高，企業的仿真資源難以支持仿真業務需求，需要持續投入大量資金進行仿真資源的建設。但同時各子企業的仿真資源又存在平均使用率低，忙閑不均的情況。這樣就造成了企業仿真資源投資大利用率低的問題，造成了浪費。如何形成一種企業集團內部“仿真人員——仿真硬件——仿真軟件”的協同，在提升企業仿真資源利用率的基礎上，進一步整合企業的仿真優勢，成為集團企業考慮的重點。

二、集團企業協同仿真平臺應用需求

隨著產品的復雜度越來越高，制造業企業對仿真技術的要求也越來越高，主要體現在以下幾個方面：

裝備產品的復雜度提高，意味著產品零部件的大幅增加，對產品的仿真而言意味著需要更加龐大的仿真計算資源對產品仿真任務進行支撐。

裝備產品的復雜度提高，意味產品設計涉及的學科領域增多，需要更多的仿真領域軟件進行支撐，如高速動車組在設計時就需要考慮空氣動力學的影響進行外型設計，而蒸汽機車時代的列車設計基本不涉及空氣動力學的設計和仿真。

裝備產品的復雜度提高，產品的設計的學科領域增多，也意味著對專業人才的技能或領域知識的需求增加。以仿真為例，企業仿真能力的建設不僅僅依靠仿真軟硬件的采購，還需要投入大量的時間和精力對企業員工進行仿真軟件培訓，以及不斷的實踐積累相關仿真領域經驗，企業的仿真能力才能逐步形成支撐研發設計的有力條件。

對于集團型制造業企業的仿真能力建設，除了基于以上具體仿真業務需求，還需要結合集團資企業的仿真資源、仿真優勢及相關配置情況綜合考量。集團仿真平臺可基于最新的云計算技術，連接各子企業的仿真軟硬件資源，構建統一的仿真資源共享平臺。各子企業無需增加投入即享用更強大的仿真計算存儲能力和更多的仿真軟件服務，實現全集團的仿真能力的集約建設。在此基礎上，通過打造統一的仿真流程規范和仿真全過程數據標準，實現集團內仿真人員、仿真學科優勢（或仿真知識）共享的仿真任務協同以及項目協同，構建集團內優勢互補的產品聯合研發模式，提升集團研發管理能力和研發水平。

三、集團企業協同仿真平臺設計

基于集團型制造企業仿真需求，一種新型的異地協同仿真平臺亟需建立。根據研發協同的三個層次：平臺協同、應用協同和數據協同，異地協同仿真平臺應實現仿真資源協同、仿真項目協同以及仿真知識協同三個維度，平臺的架構圖如圖1所示。

集團異地協同仿真平臺基于協同的三個維度可設計三層，分別是仿真資源層，平臺管理層以及資源仿真應用層。仿真資源層是通過云計算技術將企業的仿真軟硬件資源連接和管理，形成統一的仿真資源池，可供子企業按需申請使用，具體包含仿真硬件資源和仿真軟件資源兩個部分。平臺管理層通過對仿真資源層的調度管理，支撐仿真應用層的具體仿真應用，具體包含平臺資源調度、平臺系統管理等內容。仿真應用層服務集團內企業開展具體仿真應用任務，包含項目管理、仿真流程管理和仿真知識庫管理等方面內容，其中，仿真資源層和平臺管理層實現平臺的協同，仿真應用層實現應用協同和數據協同，以下具體介紹。

1、仿真資源層

仿真硬件資源包含分布在各個子公司的刀片服務器、小型機、GPU節點以及存儲設備等，這些仿真硬件設備通過網絡連接起來形成統一的仿真硬件資源池，為集團公司仿真業務提供可供異地調配的計算、存儲服務。通過仿真資源部署/注冊、批作業凋度、監控和目錄服務等功能，實現基于仿真任務的仿真硬件的統一申請及凋配。

仿真軟件資源包括服務產品開發的仿真分析工具集，主要包含商業仿真軟件以及自研仿真工具等。其中商業仿真軟件包括Abaqus、Nastran、Adams、Ansys和MATLAB等，主要實現包括結構、碰撞、熱、流體和電磁等不同學科領域的仿真。這些軟件資源分布在集團的各個子企業中，可基于仿真云平臺相關策略對仿真軟件License資源進行異地調度使用，實現集團內仿真軟件的集約充分利用。