我国军事仿真试验床设计建议分析,分析一体化管理平台的理解

我国军事仿真试验床设计建议分析

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摘要:C4ISR体系结构的软件产品开发离不开仿真试验床,试验床本身设计的好坏关系到指挥自动化系统的性能及评估,本文提出两种仿真试验床的设计方法,对两种设计方法在软件集成性能方面的优劣进行比较,通过基于支持软件集成和面向对象技术设计的AAITT案例分析,联系我军指挥自动化系统建设实际,对我军未来开发的仿真试验床的设计提出建议。

1.行业现状和发展趋势目前国内外经多年对CAX等技术的广泛应用,取得了显著的效果,对进一步的发展方向亦达成了相对明确和一致的共识。就现状而言,基本具有如下三个方面:以PLM战略管理整个产品生命周期对应用CAD的设计过程和数据的PDM管理系统已相对成熟对单点的彷真分析技术的掌握已达到一定深度和成熟度就发展趋势而言,有如下六个方面的需求:集成对以信息孤岛形式存在的各系统、工具、数据等进行集成可管理的仿真流程定义好的;规范化的;可重复的;可跟踪的等知识捕获和再利用专家知识的积累和保有;未来项目的借鉴,设计早期的应用所有仿真数据的简易访问数据结构良好,可追溯;院,所级,企业级访问协同研发设计分析的协同多学科联合仿真跨部门,跨地区的协同和供应商的协同Robustdesign(设计变量;DOE,MDO,系统化的比较;模拟分析vs试验)目前,各种针对上述需求而提出的平台方案,如雨后春笋般不断出现,大有乱花渐欲迷人眼之势,本文旨在概述虚拟产品开发的过程、平台的架构、关键技术点和实施等方面之关键点,以期对大家的工作有一定的帮助和借鉴。就虚拟产品开发设计、分析一体化管理平台,其关键词简而言之,就是一个V字型,3个F和BTRI。2.虚拟产品开发的过程-V字型虚拟产品开发平台框架是一个支持自上而下设计,自下而上综合验证过程的V字型系统。具体过程如下:总体方案设计完成并经过仿真分析后将技术要求和指标规范下达给子系统、零组件;零组件根据总体设计的技术指标和要求开展子系统、零组件的方案设计;每部分的子系统、零组件方案设计仿真分析优化后,总体设计汇同各子系统、零组件方案设计人员将各部分设计模型组装在一起,形成功能虚拟样机,进行联合仿真,验证舵机整体性能。满足要求后,开展各子系统、零部件的详细工程设计。如图一和图二所示:

关键词:C4ISR 仿真 试验床 设计 比较
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0引言

永利皇宫app ,图一 V字型产品研制流程示意-1

指挥自动化系统结构设计的目的就是克服“烟囱”式结构,实现真正意义上的“三互”即互联、互通、互操作。在指挥自动化系统的设计和开发中,由于多种原因,使得一些单位开发的软件远离真实的环境,这样必然带来两个问题,一是部分软件的测试被限制,可能发现不了关键性问题;二是软件对于系统的交互操作能力的测试往往也被忽略,因此把软件集成到仿真试验床上进行综合实验非常必要。仿真试验床是为自动化系统结构设计进行测试的重要工具之一,而试验床集成系统本身设计的好坏关系到指挥自动化系统的性能及评估,因此加强对仿真试验床本身设计方法的研究不仅是指挥自动化系统设计的需求,也是软件工程师们的需求。本文首先提出两种试验床的设计方法,其次对两种设计方法在软件集成性能方面的优劣进行比较,然后通过运用美国Rome实验室开发设计的高级人工智能试验床(AAITT)仿真的一个实例说明试验床设计的好坏和仿真性能的关系,最后根据我军指挥自动化系统设计实际,对未来试验床环境的设计提出建议。

图二 V字型产品研制流程示意-2

1两种试验床集成设计的方法及比较

3.虚拟产品开发的内容-3个F虚拟产品开发从阶段上看分为概念设计阶段和详细设计阶段,无论是概念设计还是详细设计阶段均包括三个方面之内容:1.构型、2.虚拟装配、干涉检查和结构布局,和3.功能或性能样机三部分,简称3F。见图三所示:

1.1试验床集成设计的两种方法试验床是为软件运行提供测试环境的工具,试验床集成系统本身设计的好坏影响到指挥自动化系统的性能,也关系到指挥自动化系统的评估。通常试验床集成设计有两种方法:第一种方法,试验床集成的系统是实时的,互操作性不强,系统必须通过封装结合才能够相互协作,因而设计系统时要给试验床强加一种特定的体系结构,这样从经济上说会造成浪费。第二种方法,软件设计是基于面向对象的程序设计思想,所集成的系统在开始设计的时候通过使用统一的协议来通信协作,子系统用集成的方法设计,试验床具有压缩性和完善性,有利于通信的协调和资源共享的开发。两种方法设计的试验床性能各有所长,但从总体上说,第二种方法优于第一种方法,下面从试验床具体软件集成五个方面对二种设计进行比较。

图三虚拟产品开发的3F

1.2两种试验床集成系统的比较

4.虚拟产品开发的设计分析一体化集成架构4.1虚拟产品开发设计分析一体化平台通用集成架构其中,构型可以采用2维和3维CAD工具,如CATIA、UG和PROE等,以及专家经验和专业部件库;虚拟装配、干涉分析和结构布局,如可以采用各CAD供应商提供的工具,进行诸如虚拟装配、运动干涉检查、公差分析、尺寸链计算、布局等设计工作,且1和2均整合在PDM系统之下,成为设计数据和流程的管理平台,实现基于过程的多学科设计技术;.功能或性能样机可采用MSC.SimManager做为功能样机的管理平台,实现多学科仿真分析平台管理技术,且通过其特有的EAI方式,实现与PDM系统的无缝连接和紧密集成,从而达到设计和分析的协同,实现多学科设计、仿真分析的一体化协同平台技术。同时,在虚拟产品开发框架下,物理样机的试验只是起验证的作用,大部分已可用功能样机进行虚拟试验仿真所代替。这些起验证作用的物理样机试验可以用TDM加以管理,且SimManager也可以通过EAI的方式和其进行无缝连接和紧密集成。见图四所示:

系统的集成主要有五个方面的内容:一是技术的集成,即把子系统集成在一起,为系统间交换数据和其它系统初始化提供机制;二是组件结构的集成,即子系统结构对其它系统结构的共享数据和功能如何影响;三是语义集成,即在不同系统里,语义文本的一致性;四是控制策略的集成,即在试验床各种系统如何协调地工作;五是用户界面的集成,即集成系统如何访问用户。

图四 基于PLM的产品设计、仿真一体化研发平台架构

1.2.1集成技术从集成技术上看,集成技术通常把子系统连在一起组成“块”,并提供允许软件系统共享数据和控制通信的服务,它包括低层次集成和高层次集成。第一种方法采用低层次集成技术,用人工操作传递数据,系统通信的速度慢,可靠性差,不过人工操作也有一些优点,例如它具有很好的可伸缩性。第二种方法采用高层次的集成技术,系统间数据、控制和通信透明(或近似透明),集成标准具有独立的数据传输平台,可为将来松散系统的集成打下基础,其实现方式有两个,一是在同类型的、共享的环境中提供所有的试验床组件,诸如Lisp[1]或者Smalltalk[2]环境;二是采用分布式计算机环境,这种环境能够产生支持对象模型的计算,在有信息通道的系统间允许数据和控制交流信息。美国Rome试验室就是把分布式计算机环境作为设计人工智能技术试验床平台。

如图四所示的虚拟开发平台环境,由两个通过EAI无逢连接的系统平台构成,一为管理设计流程和数据的PDM系统,一为管理仿真流程和数据的SimManager系统,两个系统平台之间通过EAI的方式无缝连接,形成一此基于PLM的产品综合设计/分析一体化框架环境。在此框架下,SimManager仿真流程和数据管理这一功能样机平台的分析模型数据,通过EAI的方式与PDM系统中的几何CAD模型、配置和组套关系及其相应的版本号完全保证一致;且不仅是系统级的模型如此,子系统和零组件仿真分析的模型与PDM系统中的CAD模型、配制、组套关系亦如此保持一致,见图五所示:

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