多领域物理统一建模语言与MWORKS实践 课件 01-现代复杂工程系统的数字化研制模式（6学时） .pptx

;工业系统建模与仿真;本章要点;;1系统;1系统;1系统;1系统;;2.1现代复杂工程系统;2.1现代复杂工程系统;2.2数字化建设需求;;信息化;8;2.3数字化技术发展1——信息化时代工业软件;2.3数字化技术发展1——信息化时代工业软件;2.3数字化技术发展1——信息化时代工业软件;2.3数字化技术发展2——Modelica与系统建模仿真;2.3数字化技术发展2——Modelica与系统建模仿真;2.3数字化技术发展2——Modelica与系统建模仿真;欧美系统设计仿真发展模式—政、企、工、研共建生态;系统建模仿真让知识与工具分离，知识模型库成为数字化核心;2012美国DARPA通过系统设计与仿真实现“构造即正确”;;2.4工业系统研发过程——基于模型的系统工程（MBSE）;装备数字化特征与要素;2.4工业系统研发过程——MBSE支持的装备数字化工业软件;物理与数字的融合（虚实融合与数字孪生）;;数字孪生应用场景;装备数字孪生技术框架;装备数字孪生技术框架;进气

压缩

燃烧

增压

排气

燃料供给

油门控制

空气预热

矢量控制

反推控制

辅助动力装置

;2.6工业系统研发过程—以发动机为例;9;组成复杂：大量分系统、多专业;早期的产品结构设计主要采用手工绘图的方式，按分系统、组件之间的组成和接口关系，分配任务

一张复杂图纸可能需要数月的时间才能完成，完全采用纸质保存，检查、确认不变，错误纠正成本巨大;1971年，计算机科学家帕特里克·汉德瑞博士在通用汽车研究实验室，推出了cad软件，称为自动绘图机械（Automateddraftingandmachinery）或Adam

二维CAD制图，提升了效率，解决了纸质文件过于庞杂的问题，但是依然没有解决接口、尺寸一致性等装配检查问题;1970年，CATIA实现了在特定计算机上的三维CAD，1982年，约翰·沃克创立了Autodesk，同年推出了第一个重要的计算机辅助设计程序Autocad，后续诞生了大量的CAD平台软件，扩展出大量的辅助功能

在结构设计类软件之外，还需要电气、液压、散热等其他专业设计，涉及到大量复杂的性能计算分析;计算机效率的提高，促进了有限元、有限体积法等数值计算方法的发展

计算机技术、数值计算技术以及各种专业技术结合，诞生了有限元、??算流体力学、计算电磁学等数值计算工具，支撑各种详细计算（CAE工具等）

解决了局部强度、温度、电气等专业分析难题;组成复杂：大量分系统、多专业;自动化技术与制造技术结合形成数控加工技术，实现了复杂结构零件的自动加工

CAD软件功能延申到制造环节，形成CAM技术，通过CAD模型自动生成数控加工程序，可以自动分析刀具路径、加工效率、加工误差，驱动数控机床自动完成加工过程（CAM技术）

结合机器人、自动化产线、数字工厂等技术，能够支持大规模复杂装备与批量交付;组成复杂：大量分系统、多专业;矩阵代数;;2.6工业系统研发过程—以发动机为例;工业软件;技术研究;;什么是系统仿真？;系统、模型、仿真的关系;系统建模：指在对实际系统分析的基础上，通过必要的简化与抽象，建立能描述或模拟系统结构或行为过程且具有一定逻辑关系或数量关系的系统模型。;系统建模一般流程：;1、面向方程的非因果建模;2、面向对象（非因果）的物理建模;3、面向对象的多领域系统建模;部件及子系统建模;多领域系统建模;定义1：仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术，其包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或系统在若干周期内的特征。（雷诺，1966年）;按实现方法和手段分类;系统

数学仿真;;以某型号飞机升降舵作动系统性能仿真为例，阐述联合仿真与多领域统一仿真的差别;1、基于联合仿真的系统分析;基于联合仿真的结果分析;2、基于多领域统一仿真的系统分析;多领域系统统一仿真的结果分析;;4.1产品研制过程中的应用定位;自1995年开始，洛克希德·马丁公司为美空军研发空中作战指挥控制系统，最典型的就是战区战役管理核心系统（TBMCS）在内的空中任务指挥能力现代化。

作为“空中作战中心的引擎”，TBMCS能够指挥所有机载武器，包括战斗机，轰炸机，加油机，无人机，直升机和巡航导弹。

2015年，洛克希德马丁获得空军合同，升级“空中任务指挥管理系统”(ATOMS)，更新超过250个空中任务要求;以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，提升物理实体的研制效率、性能，增加或扩展新的能力。数字孪生充分利用模型、数据、智能并集成多学科技术，面向产品全生命周期提供虚实融合服务。;;;4.2产品研