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摘要： 应用SIMULIA SLM系统，通过二次开发构建飞行器协同设计仿真管理平台.在给出平台总体框架的基础上详细探讨平台中各业务层的实现方法和途径，最后给出飞行器方案设计主要参数优化应用实例，验证协同设计仿真平台的基本功能和知识积累、复用的可行性.研究成果可为企业协同设计仿真数据管理平台的构建提供参考.
关键词： 飞行器设计； 协同设计仿真管理平台； SIMULIA SLM； 二次开发
中图分类号： V414.41； TB115.1文献标志码： B
0引言
企业竞争力主要体现在创新设计能力方面，企业效益则直接受到产品的质量、周期和成本等要素的影响.设计是一项创造性的活动，主要是根据用户的需求对产品进行定义.总体设计承担整个设计过程的组织和协调任务，因此总体能力强弱直接影响产品开发的成败.飞行器总体设计就是对飞行器系统工程进行科学的技术管理，即创造产品概念、形成总体方案、实施技术协调；建模与仿真技术是保障系统方案的整体优化、协调系统功能设计和实现的关键手段.
当前阶段，数字化设计技术已在飞行器设计过程中得到众多应用，但在传统研发模式下，数字仿真技术还没有成为核心技术手段和研制流程的标准环节.数字化技术已经加快飞行器设计进程，但许多设计师个人积累的研制经验、模型和数据尚未得到有效管理，设计知识的传承还没有找到有效途径.数字仿真技术是一项复杂的技术活动，在仿真建模、仿真模型确认和仿真结果评估等环节需要进行严格的过程管理，才能得到高质量仿真结果，支持产品设计.飞行器总体设计能力提升、知识积累和复用需要数字仿真技术，实施数字仿真技术需要在技术和资源保障等方面突破具体困难.
数字化设计技术代表当前先进的设计理念，国外在数字化设计技术方面取得很大进展，主要应用领域涉及航天、航空和兵器等.相关研究工作如美国沃特公司建立导弹综合设计系统[1]，美国军方建立IHAT系统，集成几何、气动、推进、弹道、热、结构、稳定性与控制和费用指标等 [2]，美国NASA针对新一代运载技术建立AEE设计集成环境[3].
国内亦高度重视数字化设计技术发展，国内诸多企业和研究部门正着手建立一批有代表性的导弹集成设计平台，如国防科技大学航天与材料学院采用J2EE架构建立导弹系统集成设计通用平台[45]，西北工业大学航天学院建立导弹总体方案设计系统[67]等.
本文针对复杂环境下高超声速飞行器总体设计集成度高、结构复杂、开发周期长和试验成本巨大等特点，通过二次开发，应用SIMULIA SLM系统构建飞行器协同设计仿真管理平台，基本实现飞行器总体方案数字化设计仿真、设计知识的积累和复用，为飞行器总体设计人员提供专业化设计、仿真分析和数据管理工具，研究成果对企业协同设计仿真管理平台的构建具有一定的参考价值.
1平台架构
高超声速飞行器协同设计仿真管理平台的架构见图1，分为基础资源层、平台服务层、仿真应用层、设计应用层和平台门户层等5层.
2平台实现
为实现平台框架中提到的各项功能，需要基于成熟的仿真数据管理平台框架软件进行二次开发，本文选择SIMULIA SLM系统作为基础框架软件进行二次开发.
图 1平台架构
2.1平台门户层
各专业设计师与仿真工程师可通过统一的门户界面登录，在统一平台网络环境中完成从预研论证、方案设计到工程设计等业务所需的飞行器全研制周期数字化设计仿真工作.系统客户端包括总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的人机交互操作界面.具体讲，根据型号研制现状，通过定制开发方式，平台门户层提供IE风格的、支持插件的满足不同设计阶段、不同设计人员的人机交互界面.
平台登录界面见图2.
图 2平台登录界面
2.2设计应用层
设计应用层主要由总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的专业快速设计系统组成.设计能力单元是按照飞行器研制流程工作需求组织的小规模多专业协同设计环境.专业快速设计系统是按照型号作业需求、利用作业流程组织的单专业数字化设计系统.专业的通用分析流程是专业设计经验积累、抽取、分解、标准化、组合配置串接出的复杂设计过程，数据、工具、过程与人员相互独立，通过接口定制形成设计数据流，用标准过程形式封装各类分析软件（商业软件和自编程序）形成技术支撑能力；通过计算过程自动化降低人员数量需求、人机交互补充系统智能处理水平，形成能力驱动型的研发模式.具体讲，根据型号研制现状，通过定制开发，设计师在人机交互界面上完成设计数据输入、查看设计结果输出、反馈设计决策和获得设计帮助支持等.
2.3仿真应用层
仿真应用层主要由总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的仿真系统组成，主要工作有：（1）将标准的自动化程度高的有精度保障的仿真流程添加界面，封装成设计流程，发布供型号设计师使用.（2）将标准的有一定技术成熟度的仿真流程作为分析模版发布，供专业仿真工程师使用.（3）将企业共享的仿真工具、经验参数、专业模型和分析模版作为技术资源发布，供平台上的专业研究师使用，创建作业分析流程.
仿真应用层作为能力培养单位，具有仿真项目管理、专业知识管理、IT技术支持、仿真业务审核和仿真共享空间等交互工作界面.具体讲，根据企业技术积累现状和专业发展能力水平，通过二次开发定制，仿真应用层能建立满足产品研发所需的数字化仿真环境.
2.4平台服务层
平台服务层将实现对企业现有的知识数据、专业模型、分析流程、专业工具和IT工具等进行有效的配置管理，通过IT技术能力有效实施系统工程思想的管理方法，在数据集成管理、工具集成及过程自动化、系统协同仿真和稳健性优化等信息处理能力方面通过大幅提高数据交互效率和质量、仿真计算效率和数据处理能力、丰富决策手段和其科学性，最终实现设计人员的工作效率提高、研发周期缩短、设计质量提升的目的.平台服务层是数字仿真管理平台建设的核心基础条件，需要专业仿真数据管理平台框架软件的支持. 2.5基础资源层
基础资源层将产品研发中积累、总结、归纳所形成的产品设计经验，软件分析工具，硬件计算设备等进行有效的共享管理；分类存储和积累产品设计数据有利于设计信息的汇总、设计知识的提炼和设计帮助的实时支持；共享软硬件技术资源并通过与资源管理和调度系统的集成，能为全体设计人员提供高性能计算资源，提高设计效率和可靠性，提高投资的效益.基础资源层中的技术元素需要专业数据库系统等资源支持，接受平台管理层的调度和管理.
3应用实例
以方案阶段导弹典型设计参数的优化和仿真验证为目标，将总体、弹道、气动和结构等专业的仿真过程集成于数字仿真管理平台，初步实现各专业的设计仿真工作的流程化.通过流程的运行考核数字仿真管理平台的数据管理、任务管理和流程管理功能.相关应用成果见图3～5.
图 3飞行器总体参数初步设计图 4气动设计仿真
图 5结构设计仿真
通过某型号方案设计仿真在平台中的应用，实现导弹方案阶段设计仿真工作的流程化，形成6大业务流程和21个仿真流程，实现设计方法的灵活调用、积累、复用和更新；通过平台化的数据流转和管理实现专业间数据流转、过程数据版本的规范化管理和数据引用的可追溯性；通过4个专业应用验证数字仿真管理平台的基本功能；验证知识积累和复用机制的可行性；验证业务流程模型的提炼和仿真过程的组织符合型号研制的工作实际.
4结束语
将SIMULIA SLM系统作为基础框架软件进行二次开发，构建飞行器总体协同设计仿真管理平台的雏形，并得到初步应用.研究成果对企业仿真数据管理平台的构建具有一定的参考价值.
虽然数字化仿真技术已经应用于产品全生命周期的各阶段，并取得显著效果，很多企业越来越认识到仿真数据管理的重要性和必要性，但是构建企业级的仿真数据管理平台仍面临着许多挑战.
（1）目前，市场上的商用仿真数据管理软件都还处于发展和完善阶段，并且仿真数据管理平台需要根据企业自身的需求进行大量的定制开发和实施工作；
（2）结合定制开发，企业自身业务流程、仿真流程的梳理是1个不断迭代的过程，需要专业级主任设计师长期不懈的努力；
（3）需要企业进行仿真数据、经验知识的积累，并使仿真应用规范化、标准化；
（4）仿真工具的开放性和易集成性对仿真数据管理平台的构建也有至关重要的影响.
因此，构建真正的能适应企业自身需求发展的数字仿真管理平台还需要整体规划、分布实施，本文所完成的工作只是万里长征迈出的第一步.参考文献：
[1]ROCH A J. Missile integrated design analysis systems （MIDAS）[C]//Proc AIAA 19th Aerospace Sci Meeting， AIAA19810285， St Louis， 1981.
[2]BAKER M L， MUNSON M J， HOPPUS G W， et al. The integrated hypersonic aeromechanics tool[C]//Proc 10th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Anal and Optimization Conf， AIAA20044565， New York， 2004.
[3]MONELL D， VERHAGE M， KAM J V， et al. The advanced engineering environment project for NASA’s next generation launch technologies program[C]//Proc AIAA 42nd Aerospace Sciences Meeting， AIAA20040202， Reno， 2004.
[4]陈敏， 张为华， 戴金海. 导弹系统集成设计通用平台及关键技术[J]. 弹箭与制导学报， 2008， 28（2）： 15.
[5]李国正， 陈敏， 张为华. 动态可扩充的导弹集成设计平台及其关键技术研究[J]. 弹箭与制导学报， 2008， 28（5）： 1418.
[6]龚春林， 谷良贤， 孙建勋， 等. 基于多学科设计优化技术的导弹方案设计[J]. 计算机集成制造系统， 2009， 15（5）： 842848.
[7]王丽芹， 王志勇， 贺飞. 复杂产品的仿真数据管理研究[J]. 微型计算机， 2010， 26（7）： 157159. （编辑于杰）第22卷 增刊22013年10月计 算 机 辅 助 工 程Computer Aided EngineeringVol.22 Suppl.2Oct. 2013
关键词： 飞行器设计； 协同设计仿真管理平台； SIMULIA SLM； 二次开发
中图分类号： V414.41； TB115.1文献标志码： B
0引言
企业竞争力主要体现在创新设计能力方面，企业效益则直接受到产品的质量、周期和成本等要素的影响.设计是一项创造性的活动，主要是根据用户的需求对产品进行定义.总体设计承担整个设计过程的组织和协调任务，因此总体能力强弱直接影响产品开发的成败.飞行器总体设计就是对飞行器系统工程进行科学的技术管理，即创造产品概念、形成总体方案、实施技术协调；建模与仿真技术是保障系统方案的整体优化、协调系统功能设计和实现的关键手段.
当前阶段，数字化设计技术已在飞行器设计过程中得到众多应用，但在传统研发模式下，数字仿真技术还没有成为核心技术手段和研制流程的标准环节.数字化技术已经加快飞行器设计进程，但许多设计师个人积累的研制经验、模型和数据尚未得到有效管理，设计知识的传承还没有找到有效途径.数字仿真技术是一项复杂的技术活动，在仿真建模、仿真模型确认和仿真结果评估等环节需要进行严格的过程管理，才能得到高质量仿真结果，支持产品设计.飞行器总体设计能力提升、知识积累和复用需要数字仿真技术，实施数字仿真技术需要在技术和资源保障等方面突破具体困难.
数字化设计技术代表当前先进的设计理念，国外在数字化设计技术方面取得很大进展，主要应用领域涉及航天、航空和兵器等.相关研究工作如美国沃特公司建立导弹综合设计系统[1]，美国军方建立IHAT系统，集成几何、气动、推进、弹道、热、结构、稳定性与控制和费用指标等 [2]，美国NASA针对新一代运载技术建立AEE设计集成环境[3].
国内亦高度重视数字化设计技术发展，国内诸多企业和研究部门正着手建立一批有代表性的导弹集成设计平台，如国防科技大学航天与材料学院采用J2EE架构建立导弹系统集成设计通用平台[45]，西北工业大学航天学院建立导弹总体方案设计系统[67]等.
本文针对复杂环境下高超声速飞行器总体设计集成度高、结构复杂、开发周期长和试验成本巨大等特点，通过二次开发，应用SIMULIA SLM系统构建飞行器协同设计仿真管理平台，基本实现飞行器总体方案数字化设计仿真、设计知识的积累和复用，为飞行器总体设计人员提供专业化设计、仿真分析和数据管理工具，研究成果对企业协同设计仿真管理平台的构建具有一定的参考价值.
1平台架构
高超声速飞行器协同设计仿真管理平台的架构见图1，分为基础资源层、平台服务层、仿真应用层、设计应用层和平台门户层等5层.
2平台实现
为实现平台框架中提到的各项功能，需要基于成熟的仿真数据管理平台框架软件进行二次开发，本文选择SIMULIA SLM系统作为基础框架软件进行二次开发.
图 1平台架构
2.1平台门户层
各专业设计师与仿真工程师可通过统一的门户界面登录，在统一平台网络环境中完成从预研论证、方案设计到工程设计等业务所需的飞行器全研制周期数字化设计仿真工作.系统客户端包括总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的人机交互操作界面.具体讲，根据型号研制现状，通过定制开发方式，平台门户层提供IE风格的、支持插件的满足不同设计阶段、不同设计人员的人机交互界面.
平台登录界面见图2.
图 2平台登录界面
2.2设计应用层
设计应用层主要由总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的专业快速设计系统组成.设计能力单元是按照飞行器研制流程工作需求组织的小规模多专业协同设计环境.专业快速设计系统是按照型号作业需求、利用作业流程组织的单专业数字化设计系统.专业的通用分析流程是专业设计经验积累、抽取、分解、标准化、组合配置串接出的复杂设计过程，数据、工具、过程与人员相互独立，通过接口定制形成设计数据流，用标准过程形式封装各类分析软件（商业软件和自编程序）形成技术支撑能力；通过计算过程自动化降低人员数量需求、人机交互补充系统智能处理水平，形成能力驱动型的研发模式.具体讲，根据型号研制现状，通过定制开发，设计师在人机交互界面上完成设计数据输入、查看设计结果输出、反馈设计决策和获得设计帮助支持等.
2.3仿真应用层
仿真应用层主要由总体、制导控制系统、结构和气动等能力单元的仿真系统组成，主要工作有：（1）将标准的自动化程度高的有精度保障的仿真流程添加界面，封装成设计流程，发布供型号设计师使用.（2）将标准的有一定技术成熟度的仿真流程作为分析模版发布，供专业仿真工程师使用.（3）将企业共享的仿真工具、经验参数、专业模型和分析模版作为技术资源发布，供平台上的专业研究师使用，创建作业分析流程.
仿真应用层作为能力培养单位，具有仿真项目管理、专业知识管理、IT技术支持、仿真业务审核和仿真共享空间等交互工作界面.具体讲，根据企业技术积累现状和专业发展能力水平，通过二次开发定制，仿真应用层能建立满足产品研发所需的数字化仿真环境.
2.4平台服务层
平台服务层将实现对企业现有的知识数据、专业模型、分析流程、专业工具和IT工具等进行有效的配置管理，通过IT技术能力有效实施系统工程思想的管理方法，在数据集成管理、工具集成及过程自动化、系统协同仿真和稳健性优化等信息处理能力方面通过大幅提高数据交互效率和质量、仿真计算效率和数据处理能力、丰富决策手段和其科学性，最终实现设计人员的工作效率提高、研发周期缩短、设计质量提升的目的.平台服务层是数字仿真管理平台建设的核心基础条件，需要专业仿真数据管理平台框架软件的支持. 2.5基础资源层
基础资源层将产品研发中积累、总结、归纳所形成的产品设计经验，软件分析工具，硬件计算设备等进行有效的共享管理；分类存储和积累产品设计数据有利于设计信息的汇总、设计知识的提炼和设计帮助的实时支持；共享软硬件技术资源并通过与资源管理和调度系统的集成，能为全体设计人员提供高性能计算资源，提高设计效率和可靠性，提高投资的效益.基础资源层中的技术元素需要专业数据库系统等资源支持，接受平台管理层的调度和管理.
3应用实例
以方案阶段导弹典型设计参数的优化和仿真验证为目标，将总体、弹道、气动和结构等专业的仿真过程集成于数字仿真管理平台，初步实现各专业的设计仿真工作的流程化.通过流程的运行考核数字仿真管理平台的数据管理、任务管理和流程管理功能.相关应用成果见图3～5.
图 3飞行器总体参数初步设计图 4气动设计仿真
图 5结构设计仿真
通过某型号方案设计仿真在平台中的应用，实现导弹方案阶段设计仿真工作的流程化，形成6大业务流程和21个仿真流程，实现设计方法的灵活调用、积累、复用和更新；通过平台化的数据流转和管理实现专业间数据流转、过程数据版本的规范化管理和数据引用的可追溯性；通过4个专业应用验证数字仿真管理平台的基本功能；验证知识积累和复用机制的可行性；验证业务流程模型的提炼和仿真过程的组织符合型号研制的工作实际.
4结束语
将SIMULIA SLM系统作为基础框架软件进行二次开发，构建飞行器总体协同设计仿真管理平台的雏形，并得到初步应用.研究成果对企业仿真数据管理平台的构建具有一定的参考价值.
虽然数字化仿真技术已经应用于产品全生命周期的各阶段，并取得显著效果，很多企业越来越认识到仿真数据管理的重要性和必要性，但是构建企业级的仿真数据管理平台仍面临着许多挑战.
（1）目前，市场上的商用仿真数据管理软件都还处于发展和完善阶段，并且仿真数据管理平台需要根据企业自身的需求进行大量的定制开发和实施工作；
（2）结合定制开发，企业自身业务流程、仿真流程的梳理是1个不断迭代的过程，需要专业级主任设计师长期不懈的努力；
（3）需要企业进行仿真数据、经验知识的积累，并使仿真应用规范化、标准化；
（4）仿真工具的开放性和易集成性对仿真数据管理平台的构建也有至关重要的影响.
因此，构建真正的能适应企业自身需求发展的数字仿真管理平台还需要整体规划、分布实施，本文所完成的工作只是万里长征迈出的第一步.参考文献：
[1]ROCH A J. Missile integrated design analysis systems （MIDAS）[C]//Proc AIAA 19th Aerospace Sci Meeting， AIAA19810285， St Louis， 1981.
[2]BAKER M L， MUNSON M J， HOPPUS G W， et al. The integrated hypersonic aeromechanics tool[C]//Proc 10th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Anal and Optimization Conf， AIAA20044565， New York， 2004.
[3]MONELL D， VERHAGE M， KAM J V， et al. The advanced engineering environment project for NASA’s next generation launch technologies program[C]//Proc AIAA 42nd Aerospace Sciences Meeting， AIAA20040202， Reno， 2004.
[4]陈敏， 张为华， 戴金海. 导弹系统集成设计通用平台及关键技术[J]. 弹箭与制导学报， 2008， 28（2）： 15.
[5]李国正， 陈敏， 张为华. 动态可扩充的导弹集成设计平台及其关键技术研究[J]. 弹箭与制导学报， 2008， 28（5）： 1418.
[6]龚春林， 谷良贤， 孙建勋， 等. 基于多学科设计优化技术的导弹方案设计[J]. 计算机集成制造系统， 2009， 15（5）： 842848.
[7]王丽芹， 王志勇， 贺飞. 复杂产品的仿真数据管理研究[J]. 微型计算机， 2010， 26（7）： 157159. （编辑于杰）第22卷 增刊22013年10月计 算 机 辅 助 工 程Computer Aided EngineeringVol.22 Suppl.2Oct. 2013