一 702所背景介紹

702所是國內(nèi)規(guī)模最大的船舶試驗研究基地，主要進(jìn)行試驗仿真和物理試驗，物理試驗分模型試驗和實參試驗兩種。目前我們主要的基礎(chǔ)設(shè)施有兩個國防重點(diǎn)實驗室，一個水動力學(xué)方面，一個噪聲方面，規(guī)模是亞洲第一、世界第三；另外702所擁有26座流體、結(jié)構(gòu)、振動噪聲等專業(yè)實驗室，以及一個中國船舶工業(yè)艦船總體性能試驗檢測中心，大家從電視上看到蛟龍?zhí)柨傮w設(shè)計就是出之702所。

圖1 702所基礎(chǔ)設(shè)施列舉

二 702所發(fā)展歷程

信息化發(fā)展之路，2000年以前702所和大部分軍工企業(yè)信息中心類似，就是機(jī)房管理和管理軟件的實施與維護(hù)，2000年以后，我們開始將商用軟件進(jìn)行二次開發(fā)，做成定制軟件，使得通用軟件變成專用軟件，這個工作非常重要的。之后開始我們做自己的平臺，通過學(xué)習(xí)，開發(fā)平臺，形成自己的產(chǎn)品，并在產(chǎn)品上做定制開發(fā)。

圖2 信息化發(fā)展歷程

我的體會是學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的東西做二次開發(fā)。起初我們做了很多二次開發(fā)，包括CAD、CAE，PDM，可以說我對國內(nèi)現(xiàn)在國內(nèi)看到的商用軟件非常了解。702所把所有的軟件買了，但到目前為止用的并不多，所以要用自己的平臺，把別人的東西放在后臺，逐步替代，是必由之路。

我們做得螺旋槳快速設(shè)計非常漂亮，見下圖。我們在CAE上做了很多東西，這些軟件功能非常好，請大家看CAE案例：東洋制罐。這都流程化了，第一步、第二步、第三步、第四步怎么做下去，每一步都是交互方式，可視化的。現(xiàn)在管理軟件為什么要做自主研發(fā)？因為商業(yè)軟件解決不了的專業(yè)問題；國外軟件因技術(shù)封鎖無法引進(jìn)；已經(jīng)基于商業(yè)軟件積累了大量的二次開發(fā)成果，因為商業(yè)軟件的更新?lián)Q代而被迫放棄。所以才要進(jìn)行大量的二次開發(fā)，逐步地替代。

圖3 CAD案例-螺旋槳快速設(shè)計

圖4 CAE案例-東洋制罐

現(xiàn)在仿真的自主研發(fā)，我們所已經(jīng)做了兩類軟件，第一前后處理，第二求解器。我們做了前處理和很多的求解器自己用，別人不會用，過了一段時間自己也不用了，前處理非常糟糕；求解器做得非常好，輸入文件后通過求解器進(jìn)行求解處理，產(chǎn)生輸出文件，我們稱之為后處理。我們自己做的前處理有些地方不是很成熟，所謂的前處理第一步就是幾何，第二步網(wǎng)格，第三步材料，第四步把材料加到文件上。

數(shù)據(jù)管理類，我們自主研發(fā)的軟件一類是試驗數(shù)據(jù)管理，還有一類科研過程管理。現(xiàn)在我們所里已經(jīng)完成試驗數(shù)據(jù)管理軟件，我們所有大量的模型試驗和實場試驗，我們做了自己研發(fā)的試驗數(shù)據(jù)管理軟件?，F(xiàn)在我們所有很多的PDM，這些PDM產(chǎn)品很難用，現(xiàn)在我們開始做科研過程管理，科研管理就是三件事，第一件事就是我們今天做什么？第二件事我們怎么做？第三件事做到什么叫好？做什么就是任務(wù)的分解，就是一級分解、兩級分解、三級分解，把輸入輸出流程關(guān)系建立出來，上下流關(guān)系建立出來。第一步做什么就是任務(wù)分解。第二步就是任務(wù)分解，一個是項目的過程的任務(wù)分解，第二個省錢，第二如何做？實際上就是建立模板，第三做到怎么叫好？結(jié)果做到符合質(zhì)量的要求。

總體的思路第一個我們的所有的東西要變成很好用的工具，我們怎樣把試驗方法變成很好的工具？怎樣把買的通用工具變成小的工具？如我們想把一個東西變成一個組件，在界面上形成需要的輸入文件，只要它的幾何、網(wǎng)格、材料夠了，然后生成所需要文件，遠(yuǎn)程調(diào)用，上網(wǎng)把文件中的數(shù)據(jù)提出來。很多人只知道在服務(wù)器可以調(diào)用它，而我們把很多方法套用軟件變成一個個工具，有了工具后我們做一件事情變成了把一個個工具連在一起，形成了計算模板，計算模板不斷變，到后面積累了很多工具組建，積累了很多計算模板，這種隨著變化的需求而變化很方便。

第二個思路是數(shù)據(jù)問題，研發(fā)過程中有三類數(shù)據(jù)，分別是PDM，SDM，TDM。PDM管過程和數(shù)據(jù)文檔，我們做仿真的時候，從PDM中輸入就可以，文檔要求數(shù)據(jù)輸入到SDM中來，我們可以將做好的仿真結(jié)果傳回PDM上，然后把有關(guān)的數(shù)據(jù)和任務(wù)下載進(jìn)PDM中，之后把結(jié)果提交到PDM數(shù)據(jù)中。SDM和PDM是什么關(guān)系？我們所一直做這件事情，仿真可以指導(dǎo)試驗。先把仿真算一算，邊界條件夠不夠？仿真的地方把哪些東西放在哪一個地方，很多試驗不可能很多地方測點(diǎn)，通過仿真可以做到。試驗攪合仿真，試驗的結(jié)果怎么攪合仿真的結(jié)果？比如說模型的攪合，通過試驗的結(jié)果返航分析，發(fā)現(xiàn)模型是否有出入，剛度或者等效有沒有不對的地方？攪合以后算出來對了。

圖5 總體集成

仿真總體上怎么做到？低層是數(shù)據(jù)，上面是業(yè)務(wù)和管理，中間層很重要，開始是微觀設(shè)計，做宏觀設(shè)計用到仿真和優(yōu)化，總體框架定下來，之后每個分系統(tǒng)具體做。第一步設(shè)計，設(shè)計完了評估，評估完了仿真計算，計算以后優(yōu)化，將試驗和仿真進(jìn)行對比。

總結(jié)信息化發(fā)展之路，第一件事情是采購商用軟件，變成我們的專用軟件。這一步非常重要，因為商用軟件使用門檻比較高，通過提煉總結(jié)出自己的框架，在這個框架上再定制我們自己的產(chǎn)品。我們現(xiàn)在已經(jīng)建立了四個框架，第一個是前后處理框架，把我們自己的好方法變成好軟件，第二工具節(jié)省框架，包括做組建和節(jié)省模板兩方，第三個數(shù)據(jù)管理框架，因為我們的過程都是數(shù)據(jù)流，都是有結(jié)構(gòu)，我們非常方便把結(jié)構(gòu)變成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，第四個是最頂層流程管理框架，怎么樣進(jìn)行任務(wù)的分解？做到分解完了的結(jié)果可見，執(zhí)行任務(wù)的結(jié)果可見。

圖6 信息化發(fā)展歷程總結(jié)

三 取得的成果

從產(chǎn)品積累的角度上，我們形成了三個主要產(chǎn)品：iDesigner集成設(shè)計系統(tǒng)，TDM試驗數(shù)據(jù)管理，RDM協(xié)同研發(fā)管理。在這個基礎(chǔ)上又形成小產(chǎn)品，我們所慢慢的越來越好做，我們在上海做了803、804、535、539的工作。我給船級社做十幾年，一個單位做十幾年變成他們的一部分才是硬道理。

我們做到核心部分衍生的東西，第一個是流程管理框架，用于管理研發(fā)全過程的協(xié)同流程，從大的階段到具體的活動，解決項目管理精細(xì)、狀態(tài)反饋不及時、協(xié)同效率低等問題。

圖7 流程管理框架

第二個工具集成框架，用于對各類CAD/CAE/自研工程軟件的集成和二次開發(fā)，解決模型參數(shù)化、過程自動化、以及工具之間數(shù)據(jù)傳遞的問題。第三個前后處理框架，用于對自研軟件的集成和商品化包裝，解決自研軟件數(shù)據(jù)可視化、操作簡單化的問題。第四個就是數(shù)據(jù)管理框架，用于設(shè)計、仿真、試驗、知識等工程數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用，解決數(shù)據(jù)的集中管理和多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合的問題。

圖8 數(shù)字化試驗解決方案

接下來介紹TDM的解決方案是怎么樣的？TDM在實驗室中做哪些事情？第一個是過程的管理，過程的管理分兩類，一類就是任務(wù)的分解，還有一類就是節(jié)??；第二個是過程數(shù)據(jù)管理，非常重要，主要是怎么樣建數(shù)據(jù)庫的問題？數(shù)據(jù)庫變化了，動態(tài)建數(shù)據(jù)庫，我們做了動態(tài)建庫的功能，老的數(shù)據(jù)庫可以非常方便地加入到新的數(shù)據(jù)庫中，一個實時，一個是數(shù)據(jù)怎么進(jìn)去？包括過程設(shè)備的管理，因為做試驗肯定要很多設(shè)備，所以我們有設(shè)備管理中心，做哪一類事情用到哪些設(shè)備關(guān)聯(lián)自己？第三個，也是我們正在做的是試驗的知識管理，知識是來來回回的過程，按照規(guī)范放進(jìn)去，下次用的時候拿出來再編輯，編輯完了再放進(jìn)去?？偨Y(jié)起來就是三個管理：一個過程管理、數(shù)據(jù)管理、過程知識管理。

我們做移動TDM，和航天做的，因為他們靶場上有移動，采集和控制，數(shù)據(jù)分析處理模塊做得非常好，所以我們是開放式的東西，非常重要，讓大家看得見摸得著，讓實驗室的人喜歡，所以實驗解決方案。實驗解決方案主要是流程。怎么審核的，任務(wù)怎么分解的？等等，在這個地方非常詳細(xì)。

解決方案積累的特色有：支持標(biāo)準(zhǔn)總線接口，包括1553B、PXI、PCI、VXI、RS232、RS485、IEEE488、IEEE1394、OPC、CAN等總線；支持著名廠商設(shè)備驅(qū)動接口，包括NI、SIEMENS、HORIBA、LMS、鴻格等廠商；支持非標(biāo)自研驅(qū)動接口的定制，包括DCS、PLC等控制系統(tǒng)；ODS（Open Data Service）規(guī)范：數(shù)據(jù)模型及存儲符合ASAM ODS規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，支持試驗數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，且基于ASAM-ODS數(shù)據(jù)模型提供標(biāo)準(zhǔn)接口；服務(wù)器上分解工作，PAD上執(zhí)行工作，服務(wù)器上匯總統(tǒng)計工作。

圖9 多學(xué)科仿真解決方案

多學(xué)科仿真的解決方案，解決方案包括硬件與支撐平臺。支撐平臺第一是任務(wù)分解，第二是每個任務(wù)怎么做？怎么做機(jī)上模板，機(jī)上模板怎么創(chuàng)建？數(shù)據(jù)知識怎么管？比如從PDM上下載了一個任務(wù)，第一件事情進(jìn)行分解，分解了以后什么事情誰做？每件事用到模板，把模板拓展起來。任務(wù)的分解，還有這個任務(wù)怎么做？就是流程模板，主要是輸入輸出，非常靈活，每個地方都是一樣的。第一任務(wù)分解非常具體，知識庫里是否有任務(wù)分解的過程，有拖上來，有模板知識庫，怎么想辦法和工作流以及業(yè)務(wù)流緊密結(jié)合？不能把管理的要求和業(yè)務(wù)流程分離，不能從PDM上下載一個任務(wù)到商業(yè)系統(tǒng)做，做完了以后再上去很麻煩。我們所有的PDM系統(tǒng)和SBM仿真、事業(yè)TDM完全融合在一起，設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)。我們也建立很多庫，如產(chǎn)品信息庫、項目信息庫、流程圖等，用起來很方便。

大家關(guān)心宏觀計劃就可以了，覺得某一個計劃有問題馬上到專業(yè)系統(tǒng)查看，從宏觀到微觀非常方便。仿真中模板庫非常重要，水平比較高的人專門做模板傳上去，讓設(shè)計人員非常方便地下載模板，用模板。所以解決方案的第一個特點(diǎn)就是我們做很多組建，做很多機(jī)上模板，第二個輕量化服務(wù)，第三個是數(shù)據(jù)分析可視化。

四 對工程信息化的建議

最后對工程信息化提一些建議，第一點(diǎn)工程信息化最重要的是積累，積累完了共享，這樣才能提高效率。實際上每個單位的積累都是非常少的，其實積累可以創(chuàng)新，可以積累數(shù)據(jù)、模型和方法。我們把方法變成很好用的工具，把通用的軟件也變成很好用的工具，把它變成一個個模板積累出來，讓大家共享，做到自動化。

圖10 仿真建設(shè)的四個階段

每個單位的仿真建設(shè)應(yīng)該經(jīng)歷四個階段，第一個階段就是買工具，第二個階段就是怎么樣解決問題？最好的辦法是在工具中做定制，變成專用軟件，因為現(xiàn)在一個軟件解決不了所有問題，如CAD、CFD軟件，幾個軟件加上優(yōu)化軟件一起，把數(shù)據(jù)打通，第三個階段把手工流程變成固化流程，固化流程再變成自動化的流程，自動化的流程再加入專家的經(jīng)驗，反復(fù)使用變成可靠的流程?？煽康牧鞒叹褪撬^的規(guī)程，有了規(guī)程什么事好辦了。

我的理解虛擬水池怎么做？第一個來自仿真，就是計算，但比仿真高，就要做出規(guī)程。這個源于仿真，高于仿真，既然是水池，應(yīng)該像物理水池一樣做分析，物理水池怎么做試驗？試驗前有試驗準(zhǔn)備，試驗后就是分析報告。虛擬水池也是一樣，第一步做準(zhǔn)備，怎么樣做分析報告，怎么樣分析？按照試驗規(guī)程做試驗求解。第二步像物理試驗做心理試驗。第三步全過程要可視化，現(xiàn)在可視化在我們所里看的很重，把仿真結(jié)果實時出來，但是很難，仿真沒有辦法實施，我們現(xiàn)在正在做虛擬水池這件事。

圖11 試驗建設(shè)的四個階段

試驗第一個階段每個單位都會做物理試驗，交給別人報告，報告是數(shù)據(jù)文件，第二個階段把數(shù)據(jù)文件保存出來，就是數(shù)據(jù)庫，一部分做到了，還有一部分單位沒有做到，第三個階段就是TDM，把實驗過程和實驗過程的數(shù)據(jù)拿出來，最后一步數(shù)字化試驗平臺，這個很不容易做到，需要有了很多數(shù)據(jù)積累了再進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析。

本文根據(jù)中船重工702所CIO冷文浩先生在2015年中國制造業(yè)仿真技術(shù)應(yīng)用研討會上演講內(nèi)容整理而成，未經(jīng)本人確認(rèn)。