復雜產品數字化協同研發的工業互聯網解決方案

許鴻杰

（金航數碼（航空工業信息技術中心），北京 100028）

1 引言

金航數碼緊密圍繞復雜產品的設計研發過程，融合工業互聯網、大數據和知識工程等先進技術、理念，通過大量技術論證及工程實踐，形成復雜產品數字化協同研發的工業互聯網平臺解決方案，滿足高端裝備制造業對復雜產品協同研發、模型傳遞、數據貫通以及體系規范化、工業知識軟件化等方面的需求，為裝備制造業提供創新研發的工程應用APP 及協同研發新模式。

2 解決方案定位與架構

依據 MBSE 方法論，金航數碼搭建了基于S-R-F-L-P（場景Scenario，需求Requirements，功能Functional，邏輯Logical，物理Physical）系統工程研發框架的工業互聯網協同研發平臺，形成以“基于模型定義、虛擬集成仿真”為核心要素的復雜產品敏捷設計與驗證快速迭代解決方案。該方案能夠有效解決當前行業內普遍存在的協同研制、數據孤島、協調壁壘等共性問題，對于構建復雜產品單一數據源、推動行業數字孿生能力和工業 APP 發展具有使能器和催化劑作用。

技術架構方面，方案基于典型的工業互聯網 IT 架構，在 IaaS 層部署云計算、超算和存儲等基礎資源，在 PaaS層統一部署數字化協同設計與仿真的研發平臺，在 SaaS 層通過知識和流程封裝，提供設計與仿真協同的應用服務，如圖1所示。

功能架構方面，基于工業微服務構建全要素的平臺功能體系，包括業務管理、設計仿真、流程管理和數據管理等，如圖2所示，可實現多專業、一體化、全天候的在線協同開發，支持設計人員通過微服務調用，實現工業APP的快速開發，降低知識、流程封裝的技術門檻。

圖 1 基于工業互聯網平臺的總體技術架構

圖 2 基于工業微服務的功能架構

3 關鍵技術及創新點

為了使該解決方案在企業中能夠充分發揮作用，解決企業面臨的協同研發和數據管理等問題，金航數碼攻克了如下關鍵技術，支持復雜產品研發全價值鏈創新發展。

1）創建以系統工程研發框架為基礎的復雜產品正向設計協同研發新模式，構建了以模型為單一數據源的自頂向下設計定義、自下而上虛擬集成的業務架構，著力打造設計與仿真數字化設計協同的最佳實踐。

2）基于單一數據源打通需求、功能、邏輯、物理、集成、驗證和確認等研發過程的數據鏈，打通了數據孤島和流程孤島，實現數據在線、全生命周期協同。

3）通過工業軟件集成與集中調用，規劃和分配HPC、仿真機等硬件設備資源，實現集約化的設計仿真工具與設備資源匯聚，推進實現構型受控的設計仿真大數據匯聚與供給，基于平臺提供的工業微服務架構，促進形成網絡化工業生態體系。

4 工程應用效果

本解決方案建立了基于 MBSE 設計與仿真驗證的正向研發新模式，已服務于航空、航天、核工業和船舶等諸多復雜產品制造業，解決了復雜產品研發過程中針對布局、布置、外形、重量、氣動設計、氣動特性、性能、控制、載荷和靜彈等多專業設計與仿真中遇到的協同研發和數據共享等共性問題，促進了企業研制體系創新。另外，作為企業研發知識的載體，有效促進設計與仿真知識的積累和傳承，提升協同研發能力，縮短產品研制周期。

通過協同研發平臺可構建良好的設計與仿真研發生態，打破信息壁壘，促進復雜產品制造各產業鏈主體的協同，增進跨行業、跨地區的互動合作，提升行業整體設計與仿真研發效率。