水中兵器動力系統協同設計思路及關鍵技術

劉景云 ,劉 軼 ,孫 濤 ,高慧中 ,劉 洋

(1.中國船舶集團有限公司 第705 研究所,陜西 西安,710077;2.海軍裝備部駐北京地區軍事代表局,北京,100076)

0 引言

在多變的世界格局和緊張的南海局勢下,我國海洋強國戰略發展對水中兵器裝備的要求越來越高,型號研制任務越來越多樣化,研制周期也需大大縮短。構建體系化的設計能力、探索新的研發模式是解決該問題的重要途經。

國外先進動力研發機構(如波音、空客及羅羅公司)已建立起數字化設計體系、仿真和試驗的工具、流程及方法,具有先進的數字化協同設計、生產、測試及運維平臺和產品全生命周期的質量管理能力。國際航空、艦船等動力研發機構為了進一步縮短研發周期、降低研制成本,其研發體系正朝著數字化、虛擬化、協同化和集成化方向發展。在國內,國有資產監督管理委員會辦公廳于2020年8 月發布了《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》,強調要建設基礎數字技術平臺,加快數字孿生等前沿技術研究[1]。

水中兵器動力系統涉及的發動機型號種類多,研發周期長,且試驗成本高。為了滿足水中兵器動力系統快速、持續、可靠的發展,同時降低研發成本,迫切需要一種先進的、符合當前型號研制任務的、可應用于產品研發生命周期過程的數字化設計平臺,并從根本上改變傳統的產品研發模式,以此大幅度提高產品質量、縮短產品研發周期、降低研發成本,實現傳統研發流程及管理模式的革新,提升自主設計和創新設計能力。

1 數字化發展背景需求和現狀分析

1.1 背景需求分析

當前各行業均面臨著市場需求、行業競爭、研發周期和生產成本等諸多挑戰,因此進行研發體系升級和商業模式轉型是實現企業降本增效,并提升行業競爭力的有效舉措。而數字化轉型是國內外各行業,尤其是工業領域領軍企業正在經歷的過程,也是未來的發展趨勢。

以魚雷為代表的水中兵器在國際形勢和海軍需求的背景下,除了新技術支撐產品的更新換代,最重要的是提高產品研發效率和質量,以最短的研制周期來追趕世界一流水中兵器技術,才能在日趨激烈的軍備競爭中保留優勢。水中兵器動力系統的設計研發是涵蓋諸多學科的復雜系統工程,涉及的發動機型號種類多、研發周期長、試驗成本高,因此亟待研發模式轉型。當前水中兵器動力系統的設計體系是傳統的“基于文檔的系統工程”(document-based system engineering,DBSE)體系(見圖1),這種串行模式下,各專業人員交互少,極易產生周期長、成本高和效率低等問題。

圖1 基于DBSE 的動力組件設計流程圖Fig.1 Flow chart of the DBSE-based power component design

“基于模型的系統工程”(model-based system engineering,MBSE)設計體系采用標準系統建模語言構建貫穿于整個研發流程的數字化模型,實現了研制過程關聯信息的數字化描述、集成和共享,是提高產品質量和性能,降低研制成本,縮短研制周期,并提高研制效率的重要途徑和手段,其基本流程如圖2 所示。與DBSE 設計模式相比,其優勢主要體現在:通過模型可實現信息可視化和表達唯一性、完整性和一致性,以及知識積累沉淀固化后的可重用性;采用并行設計模式將設計過程中的“大反復”改為“微循環”,避免了串行設計、試制和驗證過程中出現的頻繁更改、反復迭代等問題。

圖2 MBSE 設計基本流程Fig.2 Basic process of MBSE design

國際系統工程協會(international council on systems engineering,INCOSE)發布的《SE 愿景2020》中定義[2]:MBSE 是建模方法的形式化應用,以使建模方法支持系統需求、設計、分析、驗證和確認等活動,這些活動起始于概念設計階段,一直貫穿到設計開發、生產制造以及后續全生命周期。模型的涵義在于:圍繞不同專業維度對研究對象特性的描述,先通過分解、降維和抽象等方法使復雜問題簡單化、直觀化,再通過不同維度的重構使對象描述更加全面、具體、清晰。如動力系統的模型包括結構設計的三維模型、系統控制的傳遞函數、力學的有限元分析,以及流體和傳熱的計算仿真等不同專業維度的模型。MBSE 即為采用通用化、標準化和體系化的模型來指導動力系統設計等工程實踐的方法論。以某泵設計為例,當改變一個設計參數,泵的特性隨之發生改變,傳統的系統工程解決途徑是通過性能試驗來驗證所改變的特性;而MBSE 則是利用模型或數字樣機進行準確計算或預測獲得,其成本和周期必然大幅縮減。

因此,水中兵器數字化發展是以需求驅動的研發模式轉型。所述需求即為成本需求(縮短研發周期,以數字化模型仿真預測評估代替以實物樣機的試驗驗證)和發展需求(國際形勢變化日趨嚴峻,海洋強國戰略亟需裝備產品的先進性和更新換代,行業內部競爭激烈)。誠然,水中兵器動力系統數字化發展之路必將是革命性的趨勢,伴隨著難以克服的阻力,需要行業發展甚至社會發展來牽引。

1.2 國外發展現狀

MBSE 的概念在上世紀80 年代就在軟件工程領域得以應用,隨后,統一SYSML 建模語言產生并被集成至MBSE 工具中。2007～2017 年間,MBSE迎來了復蘇和高速發展期,并逐步趨于成熟。這體現在國際領軍企業的數字化轉型發展中。

美國國防部(United States Department of Defense,DoD)自21 世紀以來便致力于裝備的數字化轉型,現已從產品數字化(交付數字化裝備)進入過程數字化(系統全壽命周期數字化)階段。DoD 于2018 年發布了《數字工程戰略》[3],旨在推進基于MBSE 的數字化在裝備全壽命周期管理的應用;美海軍信息戰系統司令部于2019 年10 月完成了基于MBSE 的數字孿生模型的搭建,并計劃在2020年底前應用于林肯號航母(CVN 72)以提升航母信息戰能力[4]。波音公司通過構建集成開發框架來提供各專業工程師集成化的需求/架構/分析環境;同時采用基于集成化的數據環境,實現MBSE 方法的集成應用,推進全新研發模式轉型,覆蓋了從概念、需求到設計、生產的產品全生命周期。其中波音公司的T-7A 教練機即采用數字工程方法流程,僅用了3 年就實現從全新設計到驗證機首飛,同時工程質量提高75%,裝配工時減少80%,軟件開發和驗證時間縮短50%[5]。洛克希德·馬丁公司為了解決工程師在不同學科之間采用互相隔離的“點對點”建模模式的局限,提出了“集成化數字樣機”的構建,以基于MBSE 的系統架構模型為核心,將不同專業通過架構模型關聯,構建了業務依賴、學科交織及仿真協同的“數字化織錦”。

法國泰雷茲集團從2005 年開始就著手研究基于模型的綜合工程方法ARCADIA,并基于圖形化建模工作臺開發出Capella 建模工具[6],為系統、軟件和硬件架構師提供豐富的方法指導,被廣泛部署在全球所有泰雷茲領域(國防、航空航天、航天、交通、身份和安全等)的運營項目中[7]。而作為法國百年軟件工業巨頭的達索公司,其集團下的3D體驗平臺(3D Experience)采用建模+仿真的數字化方式搭建了虛擬與現實之間的橋梁,通過數據共享+PLM 生命周期管理打通研發部、設計部、供應鏈和生產部之間的渠道,并成功應用于國內外航空、汽車以及電子等領域[8]。

此外,航空領域的龍頭企業空客公司已全面采用MBSE 進行飛機的設計研發;羅羅公司基于 INCOSE系統工程手冊[9]制定了涵蓋需求管理、系統功能分析和系統架構設計的系統工程能力框架,且已在型號項目中得以實踐和應用[10]。在船舶領域,日、韓、美、歐等造船強國均采用了產品模型設計和產品數據管理系統,實現了并行協同設計和生產。

1.3 國內發展現狀

中國航空領域在十多年前便開展了MBSE 的應用研究和實踐探索,且多數院所已逐步建立起數字化設計系統建設方案或架構體系。中國航發商用航空發動機有限責任公司結合航空發動機研發體系流程定義,實現了對發動機研制過程的任務管理、流程管理、工具管理、數據管理和工程數據庫建設,通過集成化、模塊化設計實現了總體方案的快速設計[11]。中國航發西安航空發動機有限公司運用數字化方法和工具,完成了數字化條件下航空發動機制造全過程協同技術平臺建設,在提高工藝工裝設計效率、縮短航空發動機研制周期等方面取得明顯成效[12]。中航工業西安航空計算研究所在某型動力電子控制系統設計中進行了探索[13]。此外,中航工業飛行自動控制研究所、中航工業集團成都飛機設計研究所和中航工業第一飛機設計研究院等單位均對MBSE 研究與應用進行了探索和實踐,并取得了明顯成效。

在航天領域,中國空間技術研究院載人航天總體部將 MBSE 方法應用于載人飛船交會對接任務中,提高了設計效率,改善了人員溝通,并進一步降低了設計風險[14],同時通過建立載人航天器的全生命周期模型系統地驗證了該方法[15]。中國航天系統科學與工程研究院將MBSE 方法引入衛星總體設計過程,提出了基于模型的衛星總體設計方法與流程,采用SYSML 對衛星任務進行建模,驗證了MBSE 方法能夠提高設計信息的一致性和可追溯性[16]。西安航天動力研究所構建了液體火箭發動機協同平臺,提供系統方案優化設計以及基于軟件工具和自研程序的各組件級工業設計軟件,并與知識管理系統和工程數據管理系統(engineering data management,EDM)集成;按照并行工程理念首次采用基于Pro/E+Intralink 平臺的三維數字化協同設計技術,以及基于集成產品開發團隊(integrated product team,IPT)的數字化研制模式,建立了基于三維模型成熟度的 IPT 制度[17],實現了基于三維模型的設計工藝協同、科研生產全過程的數據信息整合和多維度監控,提升了型號研制管控精細化程度,推進了液體火箭發動機設計模式由“任務型”向“能力型”轉變[18]。

船舶領域數字化總體發展點多面廣,且多數集中在船舶制造領域。在生產制造方面,數字化可從基礎層面解決設計與制造單位、總體與分系統單位之間協同程度不深,二維圖紙交付環節較多,數據無法直接傳遞從而影響研制周期,以及質量難控制等問題[19-20]。例如,中國船舶集團有限公司701 所艦船數字化研究室規劃應用了基于三維數字化產品定義技術(model based definition,MBD)的艦船廠所協同設計新模式;廣州廣船國際股份有限公司、中船黃埔文沖船舶有限公司和中國船舶集團有限公司708 所均采用了基于達索系統的三維體驗平臺,在企業設計業務流程與管理、研發創新能力探索與實踐等方面跨出了關鍵一步。在數字化協同設計方面,各單位從船舶快速數字建模入手,對支持船舶數字化設計平臺或方法的關鍵技術進行了研究[21],采用自上而下的設計思想對船用柴油機數字化協同設計方法的關鍵技術進行了研究[22],并基于船舶并行協同設計技術理念,構建了船舶并行協同設計管理平臺[23];中國船舶集團有限公司703 所搭建了一套綜合化、集成化且可持續發展的燃氣輪機設計平臺,實現了對燃氣輪機設計項目流程的管控,同時產品研制過程中各個參與方的協同配合、知識共享以及數據的集成提高了工作效率和設計質量。

從對國內軍工企業(尤其是“三航”領域)數字化發展現狀的分析結果可知,雖與國際化先進水平仍有很大差距,但在某些領域已經做出了深度探索,取得了可觀的成效,而且奠定了一定的基礎。兵器動力和核動力領域也有不少數字化進展的報道[24]。各行業企業在虛擬仿真、產品設計和內部項目管理等協同方面有了較大發展,然而多數仍處于單點、單線模式,沒有將孤島形成協同網絡,主要體現在:1) 各設計、制造和試驗等配套單位之間的數字化協同研制流程未打通;2) 多學科、多系統、多維仿真驗證體系未建立;3) 基于模型的產品設計、制造工藝、仿真驗證和應用維保的全生命周期數字化協同研制標準體系未建立。以魚雷發動機為代表的水中兵器動力系統領域在數字化發展方面基本處于起步階段,僅在多學科半實物耦合仿真與建模等基礎應用方面進行了研究,離走上基于MBSE 的協同設計之路還相差甚遠。

2 水中兵器動力系統數字化發展思路

為了滿足發展需求和形勢需要,對水中兵器動力系統產品的要求越來越苛刻,產品更新換代越來越快,研發周期越來越短,可靠性要求越來越高。當前行業又存在關鍵技術難突破,成熟技術未固化,設計手段落后等問題,這些都阻礙了產品的數字化快速設計。

水中兵器動力系統數字化發展的目的在于依托MBSE 理念提出數字化協同設計架構,通過構建數字化協同設計平臺,實現動力系統產品設計模式轉型,提升自主化設計能力,具備“快速、高效、可靠”的產品設計體系。因此,通過借鑒國內外行業數字化發展的方向和實踐,結合水中兵器動力系統當前的發展現狀,提出水中兵器動力數字化發展的主要思路。

2.1 關鍵能力技術突破與固化

MBSE 是一種先進的理念和思想,數字化協同設計研發是一種新型研發模式,因此數字化發展是基于先進理念和模式去解決傳統設計、生產和制造過程中的某些關鍵問題,但不可能突破先進工藝、材料等基礎學科領域的關鍵技術。而往往阻礙新技術、新裝備發展的是某項關鍵技術無法突破。拋開關鍵技術談數字化發展無異于空中樓閣、紙上談兵。此外,在長期的研究和實踐應用中必然積累了一些成熟技術,如設計方法、算法流程和工藝規范等,數字化發展的首要任務是將設計過程中涉及的各專業設計領域的程序、方法和仿真流程進行可視化封裝,使一些成熟通用的技術沉淀、固化下來,形成基于通用模型的知識組件,避免因人員流動、資料丟失等造成技術無法傳承,從而提高再設計效率。

對于水中兵器動力系統而言,在關鍵技術突破方面,需要開展能源動力關鍵部件(如發動機、減速器和燃料艙等)、新型能源動力比能量以及高速旋轉機械密封等關鍵技術研究,掌握多學科耦合數值建模與仿真分析方法,為驅動產品創新設計提供數字化設計技術支撐。在成熟技術固化方面,則需以模型經驗知識積累與沉淀為目標,以設計體系的流程、工具和方法三要素為核心,封裝發動機、燃料泵和海水泵特性仿真計算等方法,形成動力系統相關專業知識組件,實現典型產品結構性能快速迭代,支撐并完善動力系統自主研發。

2.2 基于模型驅動的協同設計

水中兵器動力系統型號種類多、難度大,從預研、立項論證到裝備全過程周期長,隨著各項技術和需求快速發展,某些關鍵技術或型號易于更新換代,甚至下一代產品從原理、結構到性能幾乎完全不一樣,因此基于原有成熟技術和模型的快速迭代設計將無用武之地。然而一些關鍵零部件或功能具有通用性的部件(如泵、閥等)的設計流程、方法和模型的可延續性較好,某些通用技術(如流體計算、強度校核等)可復用程度高。

針對水中兵器動力系統特點,結合水中兵器動力系統設計體系數字化水平低、多學科耦合松散、設計流程協同程度低以及全壽命周期數據管理與數據挖掘手段落后等問題,從頂層規劃制定易于落地的數字化實施方案,以某些成熟的典型產品和技術為試點,開展數字化平臺框架與接口、體系架構優化設計、專業資源庫構建、過程數據挖掘/數據知識化/知識工具化以及工具軟件集成與管理等研究。進而形成水中兵器動力系統數字化協同設計平臺基礎架構,并與全雷協同設計平臺、知識管理系統、產品數據管理(product data management,PDM)和多學科耦合仿真平臺等現有或正在建設的數字化基礎平臺進行數據與業務融合,建立基于模型的系統工程數字化設計平臺,具備參數優化、協同設計、功能仿真、虛擬現實、數字化驗證及性能評價的能力,大幅提高效率,降低成本,提升自主研發水平和創新能力。

2.3 數字孿生樣機

水中兵器動力系統新型產品設計過程中迫切需要在方案論證、方案設計、技術設計和工藝設計階段,采用數字孿生技術,建立涵蓋動力系統的數字孿生樣機或模型,從功能、性能和行為等方面對動力總體、分系統和設備進行多學科、多領域和高逼真度的仿真、測試和評估,改進設計缺陷,減少設計迭代周期,提升設計效率。

基于MBSE 思想和數字孿生技術,構建水中兵器動力系統產品三維數字模型,實現真實產品的設計、生產、實驗及使用全壽命周期進行評估、修改和完善。圍繞建立設計體系,提升自主研發能力的基礎目標,集成通用軟件、專用軟件、設計方法、設計準則與數據庫,構建合理、擴展性強且關鍵功能成熟易用的數字孿生樣機,滿足多學科耦合、多流程交互的設計需求。進而實現概念設計的快速生成與迭代,方案設計的高精度仿真,工程設計的虛實結合評估驗證,并最終實現基于模型的設計與流轉,全面提高水中兵器動力系統行業自主設計開發能力,支撐型號研制,解決現役裝備的技術基礎問題。

3 水中兵器動力系統協同設計架構及關鍵技術

水中兵器動力系統是圍繞原動機 (包含活塞式發動機、燃氣渦輪機、蒸汽渦輪機和水反應金屬燃料發動機等多種類) 及燃燒室、泵、閥等輔機共同構建的特種動力裝置,產品研制周期長,且每型產品構造甚至原理截然不同。這就導致產品的設計流程及方法固化非常困難,即使建立起某型整機的協同設計平臺,但出于技術發展受限或機型更新迭代的需求,暫不需要對該型更新迭代的研制需求。因此,對于水中兵器動力系統來說,不能一味地仿照航空航天動力等協同設計的發展路線,需要結合自身特點,構建適應于水中兵器動力系統的協同設計研發模式。

應當抓住水中兵器通用技術和共用結構部件,如海水泵、截止閥和葉輪盤等,對不同型號產品普適性較高的部件,化整為零進行典型部件的協同設計研發。并結合專業劃分,以專業建設為縱向發展,以結構、流體、燃燒、振動和密封等基礎學科在水中兵器的工程實際應用為牽引,開展協同設計研發。在水中兵器動力系統研發過程中,存在著大量跨學科、跨領域的協同設計。協同設計過程需要多輪不斷迭代,不同學科、不同軟件之間存在數據交互,不同部門、團隊之間需要大量協調。同時,設計流程混亂且未固化。基于以上產品設計特點,需要集成基于數據的跨專業、跨工具的協同設計平臺,有效地開展并行設計,并組織和管理項目和數據。

構建基于MBSE 模式的動力數字化協同設計平臺,引導科研生產模式由傳統的基于文檔的研發模式向基于模型的研制模式轉型。而要推動MBSE 理念的落地,必須借鑒先進典型案例,結合自身指定切實可行的實施路線,以數字化協同設計平臺為抓手,以型號研發為應用試點,研究流程規范和設計體系。形成工具化、模塊化的知識組件,打通面向產品研制的設計流程,逐漸形成自主、可靠的MBSE 協同設計平臺。

3.1 動力數字化協同設計平臺構建技術

水中兵器動力系統數字化協同設計平臺是以各型能源動力裝置的設計流程為核心,基于統一的IT 架構和通用業務組件,面向水中兵器動力系統研發業務需求,開發專用業務組件,基于自身業務流程與各類專業設計、分析仿真、產品數據管理和項目管理系統的集成,構建支持產品設計快速迭代、工程協同和綜合集成,且具備自主知識產權的專業應用系統。

構建面向水中兵器動力系統協同設計平臺架構,在軟件邏輯架構、開發架構、運行架構和功能架構基礎上,形成基于協同設計任務流、控制流和數據流的平臺軟件架構,實現包含用戶管理、組織機構管理、功能管理、系統菜單管理、系統參數管理、角色權限管理和日志管理等功能。在高度開放、靈活且可擴展的平臺框架上,突破現有研發模式,針對動力系統研發特點開發相應的模塊。實現對整個動力數字化設計與仿真驗證系統所用的商用軟件、非標軟件、模型、流程、數據以及設計經驗的統一調配與管理,同時實現知識庫、數據庫及工具模板庫等信息系統的集成(見圖3),為MBSE 的實踐應用提供基礎方案論證。

圖3 水中兵器動力系統協同設計平臺架構Fig.3 Collaborative design platform architecture of underwater weapon power system

構建統一的數據存儲與交互標準是實現協同設計的首要工作,對專業內及專業間數據交互全過程進行標準化建設,如數據格式和名詞語義的統一。在同一質量管理體系和標準化體系下協同設計,甚至在同一模型上開展工作,如此能夠使跨專業學科或跨部門間基于統一的設計標準和數據流交互并行開展工作。同時可以將設計分析和加工制造融合集成,實現三維可視化模型與二維工程設計圖紙及工藝規程之間的數據流融會貫通。因此以同一標準規范和統一數據存儲與交互,可為實現工程數字化應用提供數據基礎。

3.2 協同設計流程管理技術

突破現有“基于文檔”的設計模式和研發框架,為動力系統研制過程建立統一的任務單元模型,將任務管理與流程管理融合為一體,對研制過程進行全面實時監控,實現設計、分析、工藝和生產任務的有序管理和資源的合理配置,保證項目狀態和進度的有效控制,并打通設計、分析、工藝和生產任務之間的信息流轉通道,使得產品研制過程中各個參與方能夠協同配合。

流程管理建立以任務為核心,以時間、邏輯、數據和消息等多種因素為驅動機制的協同流程管理系統,實現任務的自動下發與反饋、動態調整,以及任務多種觸發因素的動態配置,從而提高各專業應用過程中對任務的管控效率,加強各專業協同工作的能力。流程管理用于系統的任務關系及流程關系定義,核心模塊通過統一任務模型實現。

3.3 基于工具集成的設計仿真技術

集成水中兵器動力系統總體、泵閥組件、發動機組件和減速器組件設計流程以及不同專業學科的各類設計、仿真軟件和自研程序,構建面向動力系統的專業軟件包,支持動力系統多學科耦合設計與仿真,打通各類設計工具軟件之間的數據流、控制流,實現跨學科的數據流通,提高設計循環效率,進一步實現多學科優化設計。

如圖4 所示,通過工具集成設計環境可以把動力系統設計過程中的工具、方法和自研程序等進行有效的集成和封裝,形成標準化可重用的工程模板,在此基礎上構建面向產品的專業軟件包和專業設計系統,例如渦輪機三維快速反設計專業系統、各種泵閥設計專業系統等。通過集成化設計提高設計效率,降低軟件使用門檻,并實現工程設計過程中的知識捕捉、封裝以及重用,形成知識工程中的知識組件,實現設計過程的可重復性、可追溯性和可變性。

圖4 模板封裝示意圖Fig.4 Diagram of template package

3.4 專業資源數據庫管理技術

數據管理主要是對工程設計過程中設計參數、設計模型、分析模型、分析結果、試驗數據及報告等過程數據的管理,以及對產生這些數據的操作和過程的管理,是對PDM 系統的有效補充。主要包括動態建模、數據管理、數據展示、數據查詢對比分析和數據安全等。

針對動力系統設計過程中產生和需要使用的基礎資源類數據,建立統一的資源數據庫管理系統,如發動機型號參數庫、結構模型庫和仿真模型庫等,使基礎資源類數據邏輯架構穩定、高效,并實現最大限度的共享和維護。構建項目數據過程中心,按照型號、項目要求,對各專業、各階段產生的數據進行結構化組織,各任務執行者可以發布數據到項目數據中心,也可以引用并共享項目數據中心的數據。具備權限用戶對數據的每一次修改,都會自動發布數據更新通知到相關設計人員,以便設計人員能夠根據最新的數據進行設計分析工作。數據庫管理以呈現專業室型號、項目知識為主,以結構樹或平鋪分區進行展示(型號、項目代號名稱)。每個項目的知識按照研制階段(如方案、工程設計、初樣和定型等)進行分類,提供瀏覽查詢知識界面,以及用以錄入、上傳及審批知識的窗口。

3.5 知識庫、數據庫集成技術

知識庫、數據庫能夠收集,保存,轉換,傳遞,更新并維護整個產品設計過程中的知識、經驗、數據和資料等信息,為產品研制過程中的決策提供參考服務。知識數據管理與具體的設計活動相結合,設計人員在設計過程中,能夠把設計人員的經驗、知識積累到管理系統中,也可以根據當前的工作語境主動且智能地推送滿足符合度的設計知識,使得知識與設計形成良好互動,實現知識共享和分發,真正做到知識驅動產品設計的整個過程,使企業的設計能力可以持續積累和提高。

結合水中兵器動力甚至總體系統現有的知識管理系統、PDM、數字化仿真平臺等基礎,梳理水中兵器動力系統協同設計平臺與現有知識庫、數據庫集成所需的接口,與已有的知識庫、資源庫集成(見圖5)。在調用工程模塊進行設計分析過程中,系統能夠傳遞用戶當前設計分析工作的關鍵詞信息至知識管理系統,通過知識庫、資源庫管理后臺引擎搜索出匹配度滿足要求的設計知識,主動推送到本系統供用戶在線瀏覽,實現從知識管理上升到知識工程應用層面,便于不同部門、專業或部件設計者在設計過程中進行信息的實時交互,以達到全過程協同設計與管理的目的。

圖5 知識庫與數據庫集成在線應用Fig.5 Integrated online application of knowledge base and data base

4 結束語

文中針對水中兵器動力系統數字化協同設計需求、現狀及特點,結合國內外數字化發展先進典型案例,提出水中兵器動力系統數字化發展的主要思路,分析了水中兵器動力系統協同設計架構及關鍵技術,為構建基于MBSE 的水中兵器動力系統協同設計平臺提供參考,引導科研生產模式向數字化發展方向轉型。

水中兵器動力系統數字化發展是一項復雜的系統工程,不僅受技術條件和經濟條件限制,也受外部環境以及自身觀念等非技術條件的制約。應當以需求 (發展需求和成本需求) 為牽引,長期、持續地推進水中兵器動力系統設計體系的發展,做好總體規劃和頂層設計,充分整合和利用現有資源,根據自身實際情況和特征,分階段實施,邊建邊用,不斷完善,建設適用于水中兵器動力系統的數字化協同設計平臺,實現體系化研制能力的應用和提升。