国产系统设计工具链赋能复杂装备研制

       11月21日，2023开源和信息消费大赛颁奖典礼暨“智生产 慧生活 i消费”产业峰会（以下简称“大赛”）在湖南株洲举办。本届大赛以“提质消费供给 智造美好生活”为主题，由中国电子信息产业发展研究院、湖南省工业和信息化厅、株洲市人民政府共同承办。

      北京世冠金洋科技发展有限公司总经理张桥在会上做主题为“国产系统设计工具链赋能复杂装备研制”的演讲。张桥表示，针对复杂装备数字孪生的工业应用需求，基于MBSE（基于模型的系统工程）业务架构自主研发的国产工业软件，能够帮助用户提高设计生产效率和产品价值，同时为我国制造业转型升级提供核心技术支撑。

北京世冠金洋科技发展有限公司总经理  张桥 
 

复杂装备研发的挑战

        以航空航天、汽车为代表的复杂装备研发难度日益增大。以航空系统为例，飞机设计从早期以总体、气动为核心，发展至以飞控系统为核心，再到现在的以任务或使命为核心。

会上，张桥列举了两个典型系统案例。

      一是飞控，目前飞控主控系统代码量达到800万行级别，系统复杂度极高，多专业紧密协同设计成为刚需。

      二是汽车电控。新能源汽车和智能网联汽车是行业趋势，车载系统正经历从离散控制器向域控制器为核心的转变，软件开发模式和能力要求同样在改变，如AUTOSAR（汽车开放系统架构）已成为开发能力门槛。未来势必将出现软件定义装备和软件定义汽车的现象。

      张桥指出，系统/子系统层级工作在MBSE流程中的定位，系统级和子系统级层级的设计工作对复杂装备研发来说至关重要，是复杂装备实现集成创新的关键。
 

汽车用户应用场景分析

       在汽车电池、电机和底盘零件的创新之外，还需要关注车外环境的变化。具体而言，需要深入研究感知、定位、计划、控制和安全性等关键技术。在面向未来的MBSE中，连续性和一致性问题值得系统设计工程师进一步关注和探索。其中，不可避免地会遇到两个挑战：

        一是所设非所需，即从需求模型到系统设计之间存在断点。从需求到架构再到系统设计的路径上需要解决设计结果完整集成需求信息、承载架构信息，交付设计符合原始需求等软件相关问题。

       二是V型开发流程左半边和右半边，左半边基于模型设计仿真，从顶到底细化输出数字化设计结果，而右半边基于模型测试验证，从底到顶集成测试，与左半边有很大区别，而如何保证右半边的测试验证与左半边的设计仿真连续、一致，是MBSE工具链厂家必须解决的问题。
 

新一代MBD工具链

     张桥表示：“我们构建了一条涵盖了需求承接、架构承接、系统构建、系统设计、仿真、优化迭代、测试验证一体化工具链，即GCAir工具链，可以实现系统研发全过程的打通。”

      新一代MBD（基于模型的设计）工具链电控系统开发业务流程，对标或替代国外供应链产品，而在汽车领域里进行算法开发、仿真模型开发、对象模型建立，构建虚拟装备，实现模型在环过程。控制系统模型自动生成产品级真实控制器代码，集成被控对象实时仿真模型，实现虚拟实时仿真，验证被控对象。

       新一代MBD工具链工具1：GCkontrol——可替代Matlab（商业数学软件）。这款产品现已实现商业化转型并已在国内赢得第一批用户的青睐。

       GCkontrol支持Simulink（可视化仿真工具）存量业务迁移——迁移后的模型与Simulink的模型相似，用户可以轻松实现他们之前累积的知识和经验的传递。这对于拥有研究历史的大型研究机构，尤其是大院大所这类研究机构来说，具有不可忽视的重要意义。

       新一代MBD工具链工具2：GCAir——可集成多源异构模型，构建复杂装备系统设计，包括机、电、液、热、运动、控制等。引入真实硬件系统，构建软硬混合、虚实融合的混合系统，进行控制系统开发早期的设计仿真、系统分析和概念评估。实现虚实一键切换，打通物理世界和数字世界的描述。可集成实时仿真模型，同时接入真实平台变成纯虚拟和真实物理对象的测试验证系统，快速实现产品迭代。解决所设非所需、所测非所设的问题，打通向上承接SysML需求和架构的模型，确保设计出来的产品是用户所需要的。

       最后，张桥强调，世冠科技新一代的MBD工具链实现了纵向、横向以及历史集成。该工具链具有仿测一体、软件一体、虚实一体的特点，并凝聚了公司20年的经验，能够迁移用户MBD业务框架和流程。

      此外，在华为云iDME底座赋能下，该产品已完成云部署和适配，并开展了实际产品研发应用工作。