軍工產(chǎn)業(yè)作為高科技產(chǎn)業(yè)和先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分,是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)科技水平和綜合國(guó)力的集中體現(xiàn),發(fā)展軍工將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
近年來(lái),我國(guó)軍工產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷從“機(jī)械軍工”向“數(shù)字軍工”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變,力圖依靠科技進(jìn)步,積極提高軍工制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力和科技創(chuàng)新能力。在航空、船舶、航天產(chǎn)品及其他軍工領(lǐng)域,數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)方面,特別是在一些重大工程方面,目的就是提高我國(guó)軍工產(chǎn)品的研制水平,增強(qiáng)我國(guó)國(guó)防科技的核心競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)發(fā)展能力。
要真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字軍工的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變,大力推進(jìn)以軍工產(chǎn)品全生命周期管理為核心的信息化建設(shè)是必有之路。產(chǎn)品全生命周期管理又稱PLM,是Product Lifecycle Management的縮寫。
1 軍工產(chǎn)品研制特點(diǎn)
航空、航天、船舶、兵器、核工業(yè)等領(lǐng)域所研制的各類軍品,無(wú)論是飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星還是船舶等,幾乎都屬于復(fù)雜產(chǎn)品,“客戶需求復(fù)雜、工作原理復(fù)雜、技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜”,并由此導(dǎo)致產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、試制、試驗(yàn)、生產(chǎn)、維護(hù)等過(guò)程都非常復(fù)雜。研制周期長(zhǎng)、涉及學(xué)科廣、參與人員多、技術(shù)難度大、地域分布廣,并且對(duì)于產(chǎn)品研制過(guò)程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)管理要求高,是軍工產(chǎn)品研制的普遍特點(diǎn)。
軍工產(chǎn)品研制特點(diǎn)使得這樣的趨勢(shì)越來(lái)越明顯,即某種軍工產(chǎn)品能否研制成功,會(huì)更明顯地依賴于軍工企業(yè)針對(duì)此類產(chǎn)品在專業(yè)業(yè)務(wù)流程、工具、知識(shí)、規(guī)范和專業(yè)參考數(shù)據(jù)等方面的積累狀況,這些無(wú)疑是構(gòu)成軍工企業(yè)核心研發(fā)能力的關(guān)鍵。
復(fù)雜軍品的研制特點(diǎn),高度綜合化、協(xié)同化及全程化的發(fā)展趨勢(shì),使得產(chǎn)品全生命周期管理(PLM)在軍工領(lǐng)域異;钴S。
2 我國(guó)軍工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
我國(guó)的軍品生產(chǎn)組織長(zhǎng)期沿用計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下固有的、粗放的生產(chǎn)組織方式和管理模式,雖然也在不斷更新和改進(jìn),但畢竟影響深遠(yuǎn),制約了企業(yè)管理進(jìn)步和管理水平的提高。由于在研制、試驗(yàn)和生產(chǎn)各階段存在時(shí)間與周期上的交叉,許多產(chǎn)品在設(shè)計(jì)定型前乃至定型后還有許多技術(shù)狀態(tài)不斷變動(dòng)的情況,加之軍品多品種、小批量的特點(diǎn),給軍品研制生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化造成了一定的困難。
我國(guó)軍工產(chǎn)業(yè)目前正處于快速發(fā)展時(shí)期,任務(wù)重、要求高,能否短周期、高質(zhì)量完成軍品科研任務(wù)已經(jīng)成為軍工企業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn),這種挑戰(zhàn)正在對(duì)軍工企業(yè)的核心能力提出更高的要求。但是,與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的軍工企業(yè)相比,我國(guó)軍工企業(yè)的核心研發(fā)能力明顯不足,具體表現(xiàn)在各系統(tǒng)的集成、協(xié)同及多部門協(xié)同與并行研發(fā)的能力還遠(yuǎn)沒(méi)有形成:研發(fā)流程還沒(méi)有利用數(shù)字化手段有效地進(jìn)行集成化、完善化和系統(tǒng)化的管理;管理不能覆蓋研發(fā)全流程;研發(fā)缺少知識(shí)的支持,知識(shí)管理與產(chǎn)品研發(fā)各行其是;當(dāng)前的體制造成研發(fā)難以實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目、多場(chǎng)所、跨地域的并行協(xié)同架構(gòu);企業(yè)信息化缺少標(biāo)準(zhǔn)體系等。
圖1 MSC公司PLM架構(gòu)
3 PLM對(duì)軍工產(chǎn)品研制的幫助
根據(jù)業(yè)界權(quán)威的CIMDATA的定義,PLM主要包含三部分,即產(chǎn)品創(chuàng)新的工具類軟件(CAX軟件)、產(chǎn)品創(chuàng)新的管理類軟件(PDM和在網(wǎng)上共享產(chǎn)品模型信息的協(xié)同軟件等)、以及相關(guān)的咨詢服務(wù),PLM與技術(shù)信息化基本上指的是同樣的領(lǐng)域,即與產(chǎn)品創(chuàng)新有關(guān)的信息技術(shù)的總稱。
PLM對(duì)軍工產(chǎn)品的研制生產(chǎn)的項(xiàng)目管理、過(guò)程管理與控制、復(fù)雜產(chǎn)品配置結(jié)構(gòu)管理、可追溯的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等方面提供全方位的幫助。
通過(guò)將企業(yè)的各類應(yīng)用系統(tǒng)集成起來(lái),形成協(xié)調(diào)一致的PLM系統(tǒng),市場(chǎng)、設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)等企業(yè)經(jīng)營(yíng)過(guò)程的各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)都構(gòu)造在PLM系統(tǒng)之上,管理整個(gè)企業(yè)的所有產(chǎn)品數(shù)據(jù),支持產(chǎn)品各個(gè)生命周期的數(shù)據(jù)管理過(guò)程。利用統(tǒng)一的PLM平臺(tái),不但能夠加強(qiáng)軍工產(chǎn)品型號(hào)項(xiàng)目的規(guī)劃、執(zhí)行、變更和監(jiān)控,直觀地進(jìn)行多項(xiàng)目、多任務(wù)的計(jì)劃管理,方便管理人員進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度和資源的統(tǒng)一規(guī)劃和資源平衡,還能夠管理計(jì)劃任務(wù)的內(nèi)部細(xì)節(jié),如產(chǎn)品數(shù)據(jù)、零部件清單、工程變更、采購(gòu)和質(zhì)量認(rèn)定,詳細(xì)的文檔審批和歸檔流程等,從而實(shí)現(xiàn)宏觀研發(fā)過(guò)程控制和微觀數(shù)據(jù)管理過(guò)程的結(jié)合,加強(qiáng)軍工企業(yè)內(nèi)部的協(xié)同和研發(fā)的創(chuàng)新,提升核心研發(fā)能力。
4 MSC軍工產(chǎn)品PLM解決方案
MSC.Software(以下簡(jiǎn)稱“MSC”)公司創(chuàng)建于1963年,總部設(shè)在美國(guó)洛杉磯,是世界領(lǐng)先的虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)(Virtual Product Development,VPD)技術(shù)提供商。MSC公司的第一個(gè)客戶是美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA),第一款產(chǎn)品因此得名“Nastran”,從中我們可以看到MSC具有非常深厚的軍工背景。
圖2 CCS海虹之彩
4.1 MSC公司PLM架構(gòu)
作為一個(gè)老牌的、專業(yè)化很強(qiáng)的PLM廠商,MSC專注于產(chǎn)品生命周期中與產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)及仿真測(cè)試相關(guān)的領(lǐng)域,提供的解決方案涵蓋軟件工具軟件(主要是CAE工具)、管理軟件(主要是仿真數(shù)據(jù)管理)以及相關(guān)的咨詢服務(wù)。
4.2 MSC公司PLM解決方案的優(yōu)勢(shì)
軍工產(chǎn)品研制過(guò)程中,實(shí)物試驗(yàn)費(fèi)用昂貴,獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也十分有限,有些甚至不可能進(jìn)行試驗(yàn),或者試驗(yàn)不可重復(fù),利用CAE仿真技術(shù),不但可重現(xiàn)試驗(yàn)現(xiàn)象和過(guò)程,而且比較容易得到一些試驗(yàn)難以獲得的數(shù)據(jù),解釋一些復(fù)雜的試驗(yàn)現(xiàn)象。因此,軍品研制大量借助CAE仿真手段。
MSC公司作為CAE領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者,倡導(dǎo)的理念是“仿真真實(shí)”,所提供的CAE工具能夠準(zhǔn)確、可靠地預(yù)測(cè)產(chǎn)品在未來(lái)現(xiàn)實(shí)世界中的表現(xiàn),以幫助工程師可以設(shè)計(jì)更好、更創(chuàng)新的產(chǎn)品。
具體地講,MSC公司PLM解決方案的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在如下方面:
(1)MSC公司為軍工企業(yè)提供最完善的CAE工具軟件產(chǎn)品線,很多還是相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的CAE仿真標(biāo)準(zhǔn)。
MSC公司提供的CAE工具軟件包括線性和非線性有限元分析(FEA)、多體動(dòng)力學(xué)、控制系統(tǒng)、流體、熱、復(fù)合材料及其它,其中的翹楚當(dāng)屬M(fèi)SC Nastran和MSC Adams。
MSC Nastran是公認(rèn)的有限元分析標(biāo)準(zhǔn)。源于美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA),是全球各國(guó)航天工業(yè)指定的CAE分析軟件,是唯一通過(guò)美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)認(rèn)證為領(lǐng)取飛行器適航證指定的唯一驗(yàn)證軟件,在船舶行業(yè)MSC Nastran是中國(guó)船級(jí)社指定的船舶分析驗(yàn)證軟件,國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)的10個(gè)成員(世界十大船級(jí)社)中有8家采用MSC Nastran軟件作為船舶分析的驗(yàn)證軟件,包括:美國(guó)船級(jí)社ABS、英國(guó)勞氏船級(jí)社LR、日本船級(jí)社NK、挪威船級(jí)社DNV、韓國(guó)船級(jí)社KR、法國(guó)船級(jí)社BV、德國(guó)勞氏船級(jí)社GL、中國(guó)船級(jí)社CCS。
MSC Adams是公認(rèn)的虛擬樣機(jī)仿真標(biāo)準(zhǔn)。MSC Adams軟件由于其領(lǐng)先的“功能化數(shù)字樣機(jī)”技術(shù),迅速發(fā)展成為CAE領(lǐng)域中使用范圍最廣、應(yīng)用行業(yè)最多的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真工具,占據(jù)了全球該分析領(lǐng)域絕大部分的市場(chǎng)份額,被廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車、鐵道、兵器、船舶、工程設(shè)備及重型機(jī)械等行業(yè),眾多國(guó)際化大型公司、企業(yè)均采用MSC Adams軟件作為其產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)過(guò)程中機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的平臺(tái)。
(2)MSC公司為軍工企業(yè)提供最成功的仿真數(shù)據(jù)及流程管理系統(tǒng)。
MSC SimManager公認(rèn)的仿真數(shù)據(jù)管理軟件標(biāo)桿,是軍工領(lǐng)域應(yīng)用最為成功的仿真管理系統(tǒng),Boeing,Alenia,Airbus,EADS,Bell,Sikorsky,General Dynamics,engine mfg,GE Aircraft Engines,GKN Aerospace這些響當(dāng)當(dāng)?shù)氖澜缂?jí)軍工企業(yè),無(wú)一不是采用MSC SimManager來(lái)作為其企業(yè)級(jí)PLM平臺(tái)上的仿真數(shù)據(jù)及流程管理系統(tǒng)。
(3)MSC公司為軍工企業(yè)提供最專業(yè)的CAE工程咨詢服務(wù)。
MSC公司因參與美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的阿波羅登月計(jì)劃中的結(jié)構(gòu)分析工程咨詢服務(wù),誕生了后來(lái)的MSC Nastran,并由Nastran發(fā)展至今成為全球最完善的CAE軟件及服務(wù)提供商。MSC公司50年的發(fā)展歷史中,從未中斷與世界級(jí)軍工企業(yè)的合作,包括軟件及工程咨詢服務(wù),長(zhǎng)期專業(yè)的CAE工程咨詢也在不斷成就MSC軟件的完善和發(fā)展。
4.3 MSC公司PLM解決方案如何滿足客戶定制化需求
行業(yè)中有一個(gè)這樣的共識(shí),PLM解決方案不是即上即用的軟件,而是需要進(jìn)行大量定制化的應(yīng)用系統(tǒng)。MSC公司PLM解決方案在滿足客戶定制化需求方面有充分的考慮。
首先,MSC公司全線CAE工具軟件都具有強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)功能,比如Patran的PCL、Nastran的DMAP和Adams的Macro等。中國(guó)船級(jí)社(CCS)很早就利用Patran PCL功能,基于CCS《船體結(jié)構(gòu)直接計(jì)算指南》開(kāi)發(fā)了船體結(jié)構(gòu)快速建模分析系統(tǒng)海虹之彩,適用于散貨船、油船、集裝箱船的船體結(jié)構(gòu)分析,內(nèi)建有CCS船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度準(zhǔn)則,可以獲得專家級(jí)的評(píng)估結(jié)果。
其次,MSC公司的數(shù)據(jù)及流程管理平臺(tái)軟件具有強(qiáng)大的客戶化部署能力,比如MSC SimXpert具有強(qiáng)大的CAE分析流程定制及管理能力,SimManager具有完全基于客戶業(yè)務(wù)流程的仿真數(shù)據(jù)管理定制功能,實(shí)現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)的追蹤、仿真流程的標(biāo)準(zhǔn)化及自動(dòng)化。
最后,MSC公司經(jīng)驗(yàn)豐富的工程服務(wù)團(tuán)隊(duì),能夠?yàn)榭蛻籼峁⿲I(yè)的CAE客戶化定制指導(dǎo)及咨詢服務(wù),MSC公司為國(guó)內(nèi)軍工企業(yè)包括航空、航天、船舶和兵器等大量客戶提供過(guò)成功的客戶化定制技術(shù)支持及實(shí)施服務(wù)。
5 MSC公司軟件發(fā)展方向及目標(biāo)
MSC公司未來(lái)在PLM軟件研發(fā)方向的技術(shù)重點(diǎn)還是集中在優(yōu)勢(shì)的CAE工具軟件領(lǐng)域及仿真數(shù)據(jù)管理軟件領(lǐng)域,主要在這樣的三個(gè)方向:(1)面對(duì)目前大量分散的CAE軟件,致力于集成求解器的開(kāi)發(fā):(2)針對(duì)仿真領(lǐng)域的海量仿真數(shù)據(jù),不斷研發(fā)功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理軟件;(3)跨行業(yè)、跨地區(qū)的HPC(高性能計(jì)算)開(kāi)發(fā)。
MSC Nastran將發(fā)展成一款真正的多學(xué)科CAE求解器,能夠覆蓋專業(yè)的線性和非線性全領(lǐng)域仿真,包括靜力學(xué)、振動(dòng)和動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、氣彈和顫振、爆炸>中擊、熱、疲勞、流體、優(yōu)化等功能。
仿真數(shù)據(jù)管理工具SimManager能夠通過(guò)對(duì)幾何模型、網(wǎng)格模型、裝配信息、各類仿真結(jié)果等數(shù)據(jù)的有效管理,使用先進(jìn)的信息技術(shù)把各部門協(xié)同到一起,形成多學(xué)科的解決方案,提高仿真數(shù)據(jù)的可重用性,并通過(guò)客戶化的SDM實(shí)施,定義各種仿真分析流程。
MSC公司始終以計(jì)算更精確、容量更大、規(guī)模更大,解決更復(fù)雜的工程問(wèn)題為技術(shù)發(fā)展目標(biāo),在用戶端分布式仿真計(jì)算基礎(chǔ)上,發(fā)展GPGPU及云計(jì)算技術(shù),不斷滿足客戶對(duì)高性能計(jì)算(HPC)的需求。
其它發(fā)展,比如不斷完善Adams虛擬樣機(jī)功能,大力發(fā)展專業(yè)模塊和專業(yè)工具,比如風(fēng)電機(jī)組、履帶等專業(yè)模塊,齒輪、軸承、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、繩索等專業(yè)工具,將行業(yè)工程經(jīng)驗(yàn)和建模流程、技巧集成到軟件功能中,在提高虛擬仿真保真度的同時(shí),降低使用門檻,使工程師將更多的精力仿真專業(yè)知識(shí)上,而不是軟件操作技巧上。
另外,通過(guò)市場(chǎng)收購(gòu),不斷完善MSC公司解決方案,比如MSC公司剛剛收購(gòu)了著名的比利時(shí)E-xstream公司,其Digimat軟件專注于復(fù)合材料仿真,MSC公司的目標(biāo)是,模糊材料設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的界限,實(shí)現(xiàn)高端材料更廣泛的使用,同時(shí)幫助制造商大幅降低驗(yàn)證新材料體系所需的物理試驗(yàn)成本。
6 結(jié)語(yǔ)
為了提高我國(guó)軍工產(chǎn)品的核心研發(fā)能力,縮小與世界軍工企業(yè)的差距,數(shù)字軍工發(fā)展戰(zhàn)略正當(dāng)其時(shí),要實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略,離不開(kāi)以PLM為核心的信息化建設(shè)。MSC公司PLM解決方案為軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能分析及測(cè)試領(lǐng)域提供全生命周期管理服務(wù),幫助企業(yè)縮短研制周期、節(jié)約研制成本、提高研制質(zhì)量。
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本文標(biāo)題:淺談MSC軍工產(chǎn)品PLM解決方案及發(fā)展方向
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