一 702所背景介紹

702所是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的船舶試驗(yàn)研究基地，主要進(jìn)行試驗(yàn)仿真和物理試驗(yàn)，物理試驗(yàn)分模型試驗(yàn)和實(shí)參試驗(yàn)兩種。目前我們主要的基礎(chǔ)設(shè)施有兩個(gè)國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)水動(dòng)力學(xué)方面，一個(gè)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(dòng)噪聲等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，以及一個(gè)中國(guó)船舶工業(yè)艦船總體性能試驗(yàn)檢測(cè)中心，大家從電視上看到蛟龍?zhí)柨傮w設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)工作非常重要的。之后開始我們做自己的平臺(tái)，通過學(xué)習(xí)，開發(fā)平臺(tái)，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(huì)是學(xué)習(xí)國(guó)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(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)在國(guó)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(tái)，把別人的東西放在后臺(tái)，逐步替代，是必由之路。

我們做得螺旋槳快速設(shè)計(jì)非常漂亮，見下圖。我們?cè)贑AE上做了很多東西，這些軟件功能非常好，請(qǐng)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?yàn)樯虡I(yè)軟件解決不了的專業(yè)問題；國(guó)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?yàn)樯虡I(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(jì)

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(huì)用，過了一段時(shí)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(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)管理軟件，我們所有大量的模型試驗(yàn)和實(shí)場(chǎng)試驗(yàn)，我們做了自己研發(fā)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理軟件。現(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?cè)趺醋觯康谌伦龅绞裁唇泻茫孔鍪裁淳褪侨蝿?wù)的分解，就是一級(jí)分解、兩級(jí)分解、三級(jí)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(gè)是項(xiàng)目的過程的任務(wù)分解，第二個(gè)省錢，第二如何做？實(shí)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(gè)我們的所有的東西要變成很好用的工具，我們?cè)鯓影言囼?yàn)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(gè)東西變成一個(gè)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(gè)個(gè)工具，有了工具后我們做一件事情變成了把一個(gè)個(gè)工具連在一起，形成了計(jì)算模板，計(jì)算模板不斷變，到后面積累了很多工具組建，積累了很多計(jì)算模板，這種隨著變化的需求而變化很方便。

第二個(gè)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(shí)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(yàn)。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(gè)地方，很多試驗(yàn)不可能很多地方測(cè)點(diǎn)，通過仿真可以做到。試驗(yàn)攪合仿真，試驗(yàn)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(yàn)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(duì)的地方？攪合以后算出來對(duì)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(jì)，做宏觀設(shè)計(jì)用到仿真和優(yōu)化，總體框架定下來，之后每個(gè)分系統(tǒng)具體做。第一步設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完了評(píng)估，評(píng)估完了仿真計(jì)算，計(jì)算以后優(yōu)化，將試驗(yàn)和仿真進(jìn)行對(duì)比。

總結(jié)信息化發(fā)展之路，第一件事情是采購(gòu)商用軟件，變成我們的專用軟件。這一步非常重要，因?yàn)樯逃密浖褂瞄T檻比較高，通過提煉總結(jié)出自己的框架，在這個(gè)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(gè)框架，第一個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)管理框架，因?yàn)槲覀兊倪^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(kù)系統(tǒng)，第四個(gè)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(gè)主要產(chǎn)品：iDesigner集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)，TDM試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理，RDM協(xié)同研發(fā)管理。在這個(gè)基礎(chǔ)上又形成小產(chǎn)品，我們所慢慢的越來越好做，我們?cè)谏虾Ｗ隽?03、804、535、539的工作。我給船級(jí)社做十幾年，一個(gè)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(gè)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(dòng)，解決項(xiàng)目管理精細(xì)、狀態(tài)反饋不及時(shí)、協(xié)同效率低等問題。

圖7 流程管理框架

第二個(gè)工具集成框架，用于對(duì)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(dòng)化、以及工具之間數(shù)據(jù)傳遞的問題。第三個(gè)前后處理框架，用于對(duì)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(jiǎn)單化的問題。第四個(gè)就是數(shù)據(jù)管理框架，用于設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)、知識(shí)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(yàn)解決方案

接下來介紹TDM的解決方案是怎么樣的？TDM在實(shí)驗(yàn)室中做哪些事情？第一個(gè)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)省；第二個(gè)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(kù)的問題？數(shù)據(jù)庫(kù)變化了，動(dòng)態(tài)建數(shù)據(jù)庫(kù)，我們做了動(dòng)態(tài)建庫(kù)的功能，老的數(shù)據(jù)庫(kù)可以非常方便地加入到新的數(shù)據(jù)庫(kù)中，一個(gè)實(shí)時(shí)，一個(gè)是數(shù)據(jù)怎么進(jìn)去？包括過程設(shè)備的管理，因?yàn)樽鲈囼?yàn)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(gè)，也是我們正在做的是試驗(yàn)的知識(shí)管理，知識(shí)是來來回回的過程，按照規(guī)范放進(jìn)去，下次用的時(shí)候拿出來再編輯，編輯完了再放進(jìn)去。總結(jié)起來就是三個(gè)管理：一個(gè)過程管理、數(shù)據(jù)管理、過程知識(shí)管理。

我們做移動(dòng)TDM，和航天做的，因?yàn)樗麄儼袌?chǎng)上有移動(dòng)，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(shí)驗(yàn)室的人喜歡，所以實(shí)驗(yàn)解決方案。實(shí)驗(yàn)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(gè)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(dòng)接口，包括NI、SIEMENS、HORIBA、LMS、鴻格等廠商；支持非標(biāo)自研驅(qū)動(dòng)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(chǔ)符合ASAM ODS規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，支持試驗(yàn)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(jì)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(tái)。支撐平臺(tái)第一是任務(wù)分解，第二是每個(gè)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(shí)怎么管？比如從PDM上下載了一個(gè)任務(wù)，第一件事情進(jìn)行分解，分解了以后什么事情誰(shuí)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(gè)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(gè)地方都是一樣的。第一任務(wù)分解非常具體，知識(shí)庫(kù)里是否有任務(wù)分解的過程，有拖上來，有模板知識(shí)庫(kù)，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(gè)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(kù)，如產(chǎn)品信息庫(kù)、項(xiàng)目信息庫(kù)、流程圖等，用起來很方便。

大家關(guān)心宏觀計(jì)劃就可以了，覺得某一個(gè)計(jì)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(kù)非常重要，水平比較高的人專門做模板傳上去，讓設(shè)計(jì)人員非常方便地下載模板，用模板。所以解決方案的第一個(gè)特點(diǎn)就是我們做很多組建，做很多機(jī)上模板，第二個(gè)輕量化服務(wù)，第三個(gè)是數(shù)據(jù)分析可視化。

四 對(duì)工程信息化的建議

最后對(duì)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(shí)際上每個(gè)單位的積累都是非常少的，其實(shí)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(gè)個(gè)模板積累出來，讓大家共享，做到自動(dòng)化。

圖10 仿真建設(shè)的四個(gè)階段

每個(gè)單位的仿真建設(shè)應(yīng)該經(jīng)歷四個(gè)階段，第一個(gè)階段就是買工具，第二個(gè)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?yàn)楝F(xiàn)在一個(gè)軟件解決不了所有問題，如CAD、CFD軟件，幾個(gè)軟件加上優(yōu)化軟件一起，把數(shù)據(jù)打通，第三個(gè)階段把手工流程變成固化流程，固化流程再變成自動(dòng)化的流程，自動(dòng)化的流程再加入專家的經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)使用變成可靠的流程。可靠的流程就是所謂的規(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(gè)來自仿真，就是計(jì)算，但比仿真高，就要做出規(guī)程。這個(gè)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(yàn)？試驗(yàn)前有試驗(yàn)準(zhǔn)備，試驗(yàn)后就是分析報(bào)告。虛擬水池也是一樣，第一步做準(zhǔn)備，怎么樣做分析報(bào)告，怎么樣分析？按照試驗(yàn)規(guī)程做試驗(yàn)求解。第二步像物理試驗(yàn)做心理試驗(yàn)。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(shí)時(shí)出來，但是很難，仿真沒有辦法實(shí)施，我們現(xiàn)在正在做虛擬水池這件事。

圖11 試驗(yàn)建設(shè)的四個(gè)階段

試驗(yàn)第一個(gè)階段每個(gè)單位都會(huì)做物理試驗(yàn)，交給別人報(bào)告，報(bào)告是數(shù)據(jù)文件，第二個(gè)階段把數(shù)據(jù)文件保存出來，就是數(shù)據(jù)庫(kù)，一部分做到了，還有一部分單位沒有做到，第三個(gè)階段就是TDM，把實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)拿出來，最后一步數(shù)字化試驗(yàn)平臺(tái)，這個(gè)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(guó)制造業(yè)仿真技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)上演講內(nèi)容整理而成，未經(jīng)本人確認(rèn)。