复杂产品虚拟样机工程标准体系的科学构建

'型号研制标准化复杂产品虚拟样机工程标准体系的科学构建TheScientificdesignofthestandardsystemforvirtualprototypeengineeringofcomplexproduct陶栾侯宝存渊北京电子工程总体研究所袁北京袁100854冤文摘院介绍虚拟样机技术研究背景和国内外现状袁重点阐述复杂产品虚拟样机工程标准体系的设计原则和体系结构袁构建虚拟样机工程的标准体系表袁以满足虚拟样机工程标准化需求遥关键词院虚拟样机曰体系结构曰标准体系遥复杂产品虚拟样机工程的关键基础性工作是0引言标准化遥标准化是一项综合性的技术基础工作袁复杂产品虚拟样机技术是融合产品有关的专既是科学组织研制与生产的重要手段袁又是研业领域技术与建模/仿真技术尧信息技术尧多媒制尧生产技术工作的重要组成部分遥特别是开放体/虚拟现实技术尧人工智能技术尧系统工程技术尧式体系结构更要强调标准化袁这样可使虚拟样机管理技术等多学科技术的一门综合性技术遥利用工程的研究尧开发和应用工作有一个共同的依据虚拟样机可代替物理样机对武器装备进行创新设与约束袁有利于资源/系统集成和共享袁使虚拟计尧测试和评估袁可有效缩短武器装备开发周期袁样机系统能高效尧协调地开发袁也有利于在更大降低成本袁改进武器系统设计质量袁提高战术技范围内推广和应用虚拟样机技术遥随着科学技术术性能指标遥目前袁复杂产品虚拟样机的开发工作的迅猛发展袁尤其是信息技术的发展袁标准化工已构成一个系统工程袁即复杂产品虚拟样机工程遥作被赋予了新内容遥标准化不再只是制定各类产复杂产品虚拟样机工程应用领域很广泛袁尤品标准袁更重要的是制定各种技术和管理的野游其是在航天领域袁通过型号研制应用项目的牵引戏规则冶袁这些野游戏规则冶就是复杂产品虚拟和技改等项目的建设袁航天企业很多骨干厂所都样机工程正常进行的支撑性技术标准遥复杂产品已经初步构建了虚拟样机的协同设计与试验验证虚拟样机工程需要哪些标准袁这些标准需要规定环境袁在一定范围内建立了虚拟样机系统袁并在什么内容袁才能支撑复杂产品虚拟样机工程的有多个型号中实现了局部专业和研制环节的虚拟样效运行袁是我们要解决的主要问题遥机设计与验证遥复杂产品虚拟样机技术的应用可1国内外虚拟样机的研究现状以有效地支撑武器系统或子系统的参数与性能指标进行快速尧及时尧有效的设计和验证袁从而提1.1国外高武器系统设计水平袁缩短研制周期遥自20世纪90年代初虚拟样机的概念提出以-14-叶航天标准化曳圆园13年增刊 来袁欧美等发达国家纷纷投入大量人力尧物力尧技术尧方法和工具袁旨在支持快速研制复杂产品资金进行虚拟样机技术研究与应用袁在复杂产渊系统冤遥品袁特别是武器装备研制中取得了显著的经济效国内军工企业在多年研究与应用数字化设益遥在虚拟样机技术研究与应用过程中袁发达国计尧制造技术的基础上袁加紧虚拟样机技术的研家十分重视标准的研究与制定遥但由于虚拟样机究与应用袁在型号产品研制中取得较大的进展遥技术标准研究与制定工作滞后于该技术的研究与但由于缺乏必要的标准与规范的参照和指导袁各应用袁没有统一的虚拟样机标准和规范可遵循袁企业结合自身的研究和认识袁在各自领域相对独制造企业和软件开发商则根据自身产品开发的需立地开展工作袁结果导致虚拟样机技术的应用范求袁研究提出了各自的标准袁在产品中应用验围和领域十分有限袁无法保证信息有效传递和共证袁并进一步希望能够以自己企业的标准作为行享袁且无法实现跨领域尧学科的复杂产品虚拟样业标准遥因此袁导致标准种类繁多袁相互交叉袁机开发遥覆盖范围有限等袁在虚拟样机研究与应用过程中经过几年的研究与应用袁国内军工企业越来出现建模与仿真尧信息集成尧数据交换尧共享等越认识到统一虚拟样机标准与规范的重要性袁迫问题仍没有很好解决遥鉴于此袁20世纪90年代切希望能尽快开展符合中国国情的复杂产品虚拟末袁国际标准化组织和发达国家开始虚拟样机标样机工程标准体系研究与标准制定工作袁研究提准化体系研究和相关标准制定工作袁以解决目前出复杂产品虚拟样机工程的标准体系袁确定虚拟标准体系不健全尧层次不清尧标准欠缺等问题袁样机工程标准层次及标准的相互关系袁制定相关从而妥善解决了虚拟样机技术应用问题遥的标准遥尤其考虑到成体系研究并推动形成一批目前袁已有的相关标准体系有CALS标准对复杂系统工程的研究尧实施和应用具有重渊ContinuousAcquisitionandLife-cycleSupport袁要意义袁并保证技术研究和应用与相关标准研究连续采办与全生命周期支援冤标准体系尧建模与和制定的协调同步性遥以便为军工企业尽快规范仿真标准体系等遥美国国防部90年代提出了化实施复杂产品虚拟样机工程袁实现复杂产品多CALS战略袁CALS实施的策略是尽量利用可用的学科虚拟样机设计奠定基础袁从而支持武器装备现行的工业标准尧国家标准和国际标准袁并审慎的快速研制遥地开发一些必要的标准遥CALS标准可以分为两2复杂产品虚拟样机工程标准体系大类院一类是政策袁指的是实施CALS的相关行政命令文件和对实施CALS总的指导性文件袁主在对虚拟样机工程领域已有的相关标准体系要有DoD5000.2-R渊美国国防部文件冤尧MIL-及其设计原则尧构成尧内容等方面进行调研后了HDBK-59B曰另一类是为相关信息技术而制定的解到袁有代表性的包括CALS标准体系尧建模与规范袁通常也称为标准遥还有一些标准不能包括在仿真标准体系尧美国军用系统工程标准体系和以上范围之内袁如电子交互技术手册系统渊IETM冤CIMS标准体系等遥CALS标准体系的核心问题是等遥但这些标准总的目的是一致的袁就是实现不同计信息共享尧产品数据的集成袁建模与仿真标准体算机软尧硬件平台间数据传递袁以便能够协调工作遥系主要规定了虚拟样机系统建模与仿真的相关规1.2国内范袁而没有从系统工程的角度袁给出支持虚拟样国内自20世纪80年代后期开始实施863计机工程全生命周期的标准体系曰美国军用系统工划袁863/CIMS主题专家编制了叶计算机集成制程标准体系则是从软件系统工程的角度提出了相造系统渊CIMS冤约定尧标准与实施指南曳袁汇关标准袁需要在虚拟样机工程领域进行应用袁支集了几十位专家尧学者和2000多人的实践经验袁持虚拟样机工程标准体系的建立曰计算机集成制为以系统集成为主要特征的CIMS实施与推广奠造系统渊CIMS冤标准体系总结国内自20世纪80定了基础遥作为信息化工程的有机组成部分袁国年代后期开始实施863计划中的CIMS工程袁给内从20世纪90年代末开始研究和应用虚拟样机出了CIMS的相关约定尧标准与实施指南袁但对叶航天标准化曳圆园13年增刊-15- 虚拟样机工程的支持还需要进一步的细化和深入工艺尧新材料尧新制造尧新管理等的新制定标准研究遥为此袁我们急需在已有相关技术领域标准或修订标准遥体系成果的基础上袁研究尧制定虚拟样机工程的野成套冶即GB/T13016-1991中野编制原则冶标准体系袁解决在目前复杂系统开发过程中袁基的野全面成套冶袁即标准体系不但要包括现有标于系统工程袁多学科尧多层次尧多组织渊部门冤准袁而且还要包括应有和预计发展的标准袁要瞄协同开发虚拟样机的标准化问题遥准世界范围的先进标准体系袁与国际接轨遥笔者参考了院GB/T13016-1991叶标准体系2.2复杂产品虚拟样机工程体系结构表编制原则和要求曳尧GB/T13017-1991叶企业目前袁复杂产品虚拟样机工程呈现出如下特点院标准体系表编制指南曳尧HB/Z221-1992叶企业荫强调虚拟环境下产品设计尧开发尧应用全标准体系表的编制与管理曳尧ISO12207叶软件工生命周期的虚拟化曰程过程架构曳尧IEEE1220叶系统工程规范曳袁对复荫涉及复杂的管理技术袁包括各类数据尧各杂产品虚拟样机工程标准体系建设阐述如下遥类模型尧各类工具尧各类人员以及过程的管理与2.1复杂产品虚拟样机工程标准体系的设计原则优化曰在复杂产品虚拟样机工程标准体系的研究工荫复杂产品虚拟样机工程是团队/组织尧技作中袁除了要有先行意识外袁还要有相当的前瞻术尧经营管理和资源等要素和先进建模/仿真技性袁应从宏观角度出发袁掌握并应用复杂产品虚术尧现代信息技术尧先进设计制造技术和现代管拟样机工程基本技术遥通过超前研究袁明确复杂理技术有机集成与优化的工程曰产品虚拟样机工程研究可能涉及的各种问题袁确荫复杂产品虚拟样机工程的支撑环境是实现定标准制定原则曰要积极采用国际标准或国外先诸要素和多种技术有机集成与优化袁支持虚拟样进标准袁分层次尧分阶段地完成复杂产品虚拟样机工程的协同开发环境遥机工程标准体系的制修订遥在进行标准体系研究对复杂产品虚拟样机工程体系结构的研究采中袁应以新思想尧新方法认真对待标准化工作袁用DoDArchitectureFrameworkDocumentation努力通过对新领域的探索袁更快尧更好地制定出渊DI-MGMT-81644冤标准袁从系统层次和技术层符合型号研制向前发展所需的标准袁推动复杂产次两个角度进行分析遥品虚拟样机工程的向前发展遥2.2.1复杂产品虚拟样机工程系统层次结构GB/T15496要1995叶企业标准化工作指南曳复杂产品虚拟样机工程系统层次结构主要描提出野编制标准体系表应参照GB/T13016要述支持虚拟样机工程的系统组成结构尧连接关系1991叶标准体系表编制原则和要求曳尧GB/T和互操作接口遥研究中虚拟样机工程系统结构图13017要1995叶企业标准体系表编制指南曳所规采用分层的风格袁每一层为上层提供服务袁同时定的概念尧原理尧编制要求和方法进行遥冶复杂调用下层的服务遥这种层次化的体系结构具有以产品虚拟样机工程标准体系的设计将在复杂产品下的优点院虚拟样机工程的背景需求下袁参考这两项标准的荫支持基于抽象程度递增的系统设计袁使设计规定开展工作袁力争使设计的标准体系达到科者可以把一个复杂系统按递增的步骤进行分解曰学尧先进和成套遥荫支持功能增强袁因为每一层至多和相邻的野科学冶主要是要求体系结构合理袁层次恰上下层交互袁因此功能的改变最多影响相邻的上当袁而且设计的体系结构和标准明细表格式都是下层曰中性的或广泛适用的袁即对任何性质尧规模尧生荫支持灵活的实现和重用袁只要提供的服务产环境和条件的虚拟样机工程都适用遥接口定义不变袁同一层可以交换使用遥这样袁可野先进冶主要指标准体系必须具有相当的先以定义一组标准的接口袁而允许各种不同的实现进性和创新性曰同时袁必须支持标准和标准体系方法曰新发展袁即支持和兼容有关新产品尧新设计尧新基于分层风格的复杂产品虚拟样机工程系统-16-叶航天标准化曳圆园13年增刊 结构图如图1所示袁从底层到最高层分为4层院和应用门户层遥上层建立在下层基础上袁使用下基础设施层尧共用支撑层尧面向专业服务平台层层的服务袁又为更上一层提供服务遥图1复杂产品虚拟样机工程系统结构图基础设施层院提供虚拟样机工程调度使用的提供浏览器和桌面形式的门户/工具袁支持开发尧各类设施和资源袁包括网络/OA尧信息安全设部署尧运行复杂产品虚拟样机工程应用遥施尧已有标准/规范和与应用全过程相关的模型2.2.2复杂产品虚拟样机工程技术层次结构资源尧工具软件资源尧计算资源袁存储资源袁数复杂产品虚拟样机工程技术层次结构主要描据资源袁知识资源和各类模拟器尧科学仪器等遥述虚拟样机工程系统结构实现中必须采用遵循的共用支撑层院综合采用PM/PLM/EAI/协同仿技术尧标准尧规则和约定袁以指导复杂产品虚拟真平台COSIM/WEB/网格等各类信息平台/技术袁样机工程的开发实施遥实现虚拟样机工程或项目设计尧生产加工尧管复杂产品虚拟样机工程技术结构图也采用分理尧试验等全生命周期活动领域的信息流尧物层的结构袁与系统结构图的分层相对应袁复杂产流尧资金流尧知识流的集成袁企业中管理尧技品虚拟样机工程技术结构图如图2所示遥术尧人等三者之间有机集成的袁一体化尧网格化2.3复杂产品虚拟样机工程标准体系构建的一种复杂产品异地尧协同尧网络化共用支撑集在上述复杂产品虚拟样机工程标准体系设计成平台遥原则和体系结构研究的基础上袁以CIMS标准体面向专业服务平台层院提供面向实施复杂产系和中国航天科工集团公司信息化标准体系为指品虚拟样机工程的核心服务袁包括协同建模/仿导与参考袁初步构建了复杂产品虚拟样机工程标真服务尧虚拟设计与优化服务尧试验验证与评估准体系袁如图3所示遥图3中袁各类标准内涵见服务等遥这些核心服务区别于部署在基础设施层表1遥的各类工具软件袁其作用是分解和执行应用门户复杂产品虚拟样机工程标准分为四大类院虚层的虚拟样机工程应用袁并根据应用的需求袁调拟样机工程总体技术类渊A冤曰面向专业服务技度运行相应的虚拟样机工程资源渊包括工具软件术类渊B冤曰虚拟样机工程共性支撑环境类渊C冤曰资源冤遥虚拟样机工程基础标准类渊D冤遥应用门户层院为用户进行虚拟样机工程活动a冤虚拟样机工程总体技术类院这类标准直叶航天标准化曳圆园13年增刊-17- 图2复杂产品虚拟样机工程技术结构图虚拟样机工程标准体系结构框架A虚拟样机工程B面向专业服务C虚拟样机工程共D虚拟样机工程总体技术标准技术标准性支撑环境标准基础标准AABA真BB标CA传CB集CC术CDDB编DC标DDDABBBDAE标准CD递/成平码准虚多单虚虚虚虚虚虚虚虚虚学准学虚试拟控拟标拟台虚拟标拟拟拟拟科拟验样制样准样标拟拟准样拟样样科及准样样样样样机机虚虚设验机机机机机机机机机拟计证工交工工工工工拟样与与换程程工工工工程工程程样机优评程标资协程程程程数程体实机建化估数准源同管术信通据安系施建模标标据共仿理语息讯库全结要模仿准准访享真标标分网标标构求仿真问/与技准准类络准准图3复杂产品虚拟样机工程标准体系接影响虚拟样机工程总体结构及其构成与实施遥c冤虚拟样机工程共性支撑环境类院这类标b冤面向专业服务技术类院这类标准直接影准直接影响虚拟样机工程的功能和性能及其集成响面向虚拟样机应用的建模仿真环境袁是体系结方法袁是体系结构中共用支撑层需要遵循的标准构中面向专业服务平台层需要遵循的标准规范遥规范遥具体来说袁虚拟样机工程管理标准用于规其中袁多学科虚拟样机建模仿真标准中的模型描范和指导项目管理渊PM冤和虚拟样机全生命周述与交换标准指导协同建模与仿真服务中的系统期管理渊VPLM冤的开发实现曰数据访问/传递/层建模功能的实现曰多学科虚拟样机协同仿真标控制及交换标准用于规范和指导企业应用集成准则用于规范和指导协同建模与仿真服务中协同渊EAI冤的开发实现曰协同仿真技术平台标准用仿真运行功能的实现遥于规范和指导协同仿真平台渊COSIM冤的开发实-18-叶航天标准化曳圆园13年增刊 表1复杂产品虚拟样机工程标准体系各类标准内涵标准分类标准内涵A包括院虚拟样机工程体系结构尧工程实施要求等总体技术相关的标准AA定义虚拟样机工程体系结构AB定义虚拟样机工程实施方面的标准袁指导虚拟样机工程的具体实施袁是下一步要开展的研究内容B包括院虚拟样机建模仿真尧虚拟设计与优化和试验验证与评估等面向专业服务的相关标准定义多学科虚拟样机建模与协同仿真相关标准袁主要包括多学科虚拟样机协同仿真标准和模型描述与交换BA标准等定义多学科虚拟样机协同仿真方面的标准渊此部分内容课题组已经在野十五冶项目中完成了相关的研究内BA1容袁并给出了标准草案冤BA2定义虚拟样机工程任务空间模型尧概念空间模型尧仿真空间模型和实现空间模型的描述与交换标准BB定义机械尧电子尧控制等单学科领域虚拟样机建模与仿真相关标准BC定义虚拟设计与优化相关标准BD定义试验验证方法与评估方法的相关标准C包括虚拟样机工程共用支撑环境相关的标准1冤复杂产品虚拟样机工程数据格式标准曰CA2冤复杂产品虚拟样机工程数据访问/传递控制标准曰3冤复杂产品虚拟样机工程数据交换标准1冤复杂产品虚拟样机工程资源描述要求曰2冤复杂产品虚拟样机工程资源封装标准曰CB3冤复杂产品虚拟样机工程资源发布/发现标准曰4冤复杂产品虚拟样机工程资源调度标准1冤虚拟样机工程协同仿真技术平台协同建模仿真接口要求曰CC2冤虚拟样机工程协同仿真技术平台专业学科建模接口要求等CD1要要要需求管理标准曰CD2要要要项目管理标准曰CDCD3要要要虚拟样机全生命周期管理标准院虚拟产品全生命周期管理渊VPLM冤系统体系结构曰VPLM系统接口曰VPLM系统集成技术接口定义虚拟样机工程基础设施相关的标准院DA渊虚拟样机工程术语标准冤院定义虚拟样机工程所涉及的相关术语曰DB渊虚拟样机工程信息分类编码标准冤院定义虚拟样机工程中所涉及信息的分类袁并加以编码曰DDC渊虚拟样机工程通讯网络标准冤院定义虚拟样机工程通讯网络方面的相关标准曰DD渊虚拟样机工程数据库标准冤院定义虚拟样机工程开发实施中数据库方面的相关标准曰DE渊虚拟样机工程安全标准冤院包括已有的GSI安全标准尧X.509认证尧SecureSocketLayer渊SSL冤协议等现曰资源共享与集成标准用于规范和指导公共服品虚拟样机工程标准体系的构建我们看到袁已有的务平台的开发实现遥相关标准体系不能满足虚拟样机工程的需求袁如d冤虚拟样机工程基础标准类院这类标准直CALS标准体系和建模与仿真标准体系都不能从系接影响虚拟样机工程基础相关的共同语言尧编码统工程的角度支持虚拟样机工程全生命周期袁计算规范尧安全等技术方面遥机集成制造系统渊CIMS冤标准体系对虚拟样机工复杂产品虚拟样机工程技术已深入渗透到武器程的支持还需要进一步的细化和深入遥而本课题研装备的科研生产尧设计当中袁而标准化工作是虚拟究提出的复杂产品虚拟样机工程标准体系面向多学样机技术延续和发展的基础和依据遥通过对复杂产科袁覆盖虚拟样机工程中的渊下转第24页冤叶航天标准化曳圆园13年增刊-19- 体系的建立奠定了技术基础遥武器系统设计与试3武器系统设计与试验标准体系工作展望验标准体系的研究为相关标准的实施和制修订进武器系统设计与试验规范体系的研究袁能行规划并提供依据袁标准的制定尧使用和维护将够为我国防空导弹武器系统工程的标准化工作有利于引导标准体系新的研究方向尧补充新的内提供指导和依据袁为研制单位和管理部门提供容并带来新的作用效果遥协调完善的武器系统设系统支持遥建立武器系统设计与试验规范体系计和试验规范体系是型号管理的基础袁也是提高框架袁有利于标准化规划工作的深入袁为企业产品质量的保证遥后续需要研制单位尧用户以及和部门标准化工作的开展描绘蓝图袁使其明确管理部门应共同努力袁继续开展武器系统设计和科研生产和产品研制应该具备尧使用的标准袁试验标准的深入研究与分析袁加强标准的使用尧明确今后标准化工作的努力方向及工作重点遥推广和应用袁全面促进标准体系建设的深入开通过对标准体系的完善和研究工作的深入袁一展袁以提高防空导弹武器系统的研制水平袁获取方面可促进工程研制的技术和管理工作科学化尧最佳的社会效益遥规范化袁另一方面可提升武器系统研制水平袁参考文献从而确保产品质量遥标准体系架构的动态管理是一项长期的任[1]石翌袁刘欢袁孙文超.跨平台自动测试系统务遥武器系统设计与试验标准体系应适应武器标准信息框架研究.计算机测量与控制袁系统技术的发展和型号研制工程的推进而不断2011.完善袁体系表中的具体标准和规范需要根据型[2]苏宏杰.国内外安全标准体系的现状研究.号研制技术的发展而不断更新和同步遥需要有中国安全生产科学技术,2008.计划尧有组织地逐步深入研究尧制修订型号标[3]何薇,冯叶素,梁丹.航天制造企业数字化准袁规范武器系统产品实现中的设计尧试验和标准体系的研究与实践.信息化技术袁2011.管理过程袁指导和保障武器系统产品研制任务[4]孙育军袁谢萱.数字化环境中型号标准体系的实施袁牵引设计和试验技术水平的提升遥同建设.航天标准化袁2008渊2冤.时袁需要以先进技术和成果经验为基础袁及时[5]李冬航袁李辉袁刘学孔.我国卫星导航标准收集和总结最新型号研制工作的需求和使用意体系的现状与展望.航天标准袁2008渊2冤.见袁不断动态进行标准的修正和完善工作袁从而促进综合标准化的进展遥作者简介院为适应市场经济激烈竞争形势袁建立并不断梅金芬渊1973要冤袁女袁硕士研究生袁高级完善武器系统设计与试验标准体系至关重要遥标工程师遥准体系架构的建设是标准化的顶层设计工作袁我刘海军渊1974要冤袁男袁博士袁研究员遥国防空导弹武器系统经历数十年的发展袁为标准刘谭军渊1968要冤袁男袁硕士研究生袁研究员遥渊上接第19页冤人/组织尧管理和技术袁并基于系统工程的理念袁要约定尧标准与实施指南.北京院兵器工业可以支持虚拟样机工程的全生命周期活动袁支持虚出版社袁1994.拟样机工程中多学科尧多层次尧多组织渊部门冤的集成互操作尧协同共享和规范化管理袁满足虚拟样作者简介院机工程标准化需求袁可以指导虚拟样机工程相关工陶栾渊1979要冤袁女袁硕士研究生袁高级工作的开展遥程师遥参考文献侯宝存渊1978要冤袁男袁博士研究生袁高级[1]李伯虎主编袁计算机集成制造系统渊CIMS冤工程师遥-24-叶航天标准化曳圆园13年增刊'