胡浩 劉昱 鄭舒陽(yáng)

摘要：仿真是制造業(yè)企業(yè)研發(fā)水平重要的衡量指標(biāo)，對(duì)于集團(tuán)型制造業(yè)企業(yè)，整合異地分布子企業(yè)的仿真力量形成集團(tuán)企業(yè)的仿真研發(fā)合力，是集團(tuán)企業(yè)提升科研實(shí)力的一項(xiàng)重要關(guān)切點(diǎn)?；谏鲜鲂枨螅疚奶岢隽艘环N基于云計(jì)算技術(shù)的集團(tuán)企業(yè)異地協(xié)同仿真平臺(tái)方案，平臺(tái)連接異地分布的子企業(yè)，通過(guò)構(gòu)建基于云計(jì)算的仿真資源層，平臺(tái)管理層以及仿真應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)仿真設(shè)計(jì)的資源協(xié)同、任務(wù)協(xié)同以及人員協(xié)同，助力集團(tuán)型企業(yè)提升整體仿真研發(fā)水平。

關(guān)鍵詞：協(xié)同仿真;云計(jì)算;集團(tuán)型企業(yè)

一、引言

改革開(kāi)發(fā)40年來(lái)，伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)，我國(guó)企業(yè)形態(tài)也逐步由企業(yè)個(gè)體向集團(tuán)型企業(yè)發(fā)展。集團(tuán)型企業(yè)典型特征是擁有眾多生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)子公司、子公司分布范圍廣及子公司競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)各異等。隨著我國(guó)集團(tuán)企業(yè)的規(guī)模和經(jīng)濟(jì)總量的增加，如何通過(guò)挖掘集團(tuán)內(nèi)各子公司的協(xié)同潛力做到“1+1>2”的效益提升，促進(jìn)集團(tuán)進(jìn)一步增強(qiáng)整體競(jìng)爭(zhēng)力，成為新時(shí)代我國(guó)各類型集團(tuán)型企業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)。對(duì)于集團(tuán)型制造業(yè)企業(yè)，研發(fā)能力是衡量該類型企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)，如何在各子企業(yè)構(gòu)建的研發(fā)體系基礎(chǔ)上，進(jìn)一步整合集團(tuán)內(nèi)部研發(fā)資源，形成研發(fā)合力，共同應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，需要企業(yè)深入進(jìn)行探索。

仿真技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)為載體，通過(guò)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，分析和研究系統(tǒng)性能的手段和方法。它是建立在相似原理等理論基礎(chǔ)之上，涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的一種分析和解決問(wèn)題的綜合性技術(shù)。仿真技術(shù)自誕生以來(lái)，作為驗(yàn)證和優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要手段，協(xié)助企業(yè)設(shè)計(jì)更出色的產(chǎn)品和降低物理試驗(yàn)成本，大幅降低了企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和研制成本，獲得越來(lái)越多工業(yè)企業(yè)的認(rèn)可和應(yīng)用。目前，仿真技術(shù)已成為大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)研發(fā)的核心關(guān)鍵手段，一個(gè)企業(yè)的仿真技術(shù)水平已成為衡量其研發(fā)實(shí)力的重要指標(biāo)，許多企業(yè)認(rèn)識(shí)到仿真的重要性，花費(fèi)大量的資源投入到企業(yè)的仿真能力建設(shè)之中。

對(duì)于集團(tuán)型制造企業(yè)而言，許多子企業(yè)基于自身業(yè)務(wù)需求，各自建設(shè)了服務(wù)自身的研發(fā)需求的仿真資源，包含仿真硬件、仿真軟件以及專職的仿真業(yè)務(wù)人員。隨著裝備的復(fù)雜度越來(lái)越高，企業(yè)的仿真資源難以支持仿真業(yè)務(wù)需求，需要持續(xù)投入大量資金進(jìn)行仿真資源的建設(shè)。但同時(shí)各子企業(yè)的仿真資源又存在平均使用率低，忙閑不均的情況。這樣就造成了企業(yè)仿真資源投資大利用率低的問(wèn)題，造成了浪費(fèi)。如何形成一種企業(yè)集團(tuán)內(nèi)部“仿真人員——仿真硬件——仿真軟件”的協(xié)同，在提升企業(yè)仿真資源利用率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步整合企業(yè)的仿真優(yōu)勢(shì)，成為集團(tuán)企業(yè)考慮的重點(diǎn)。

二、集團(tuán)企業(yè)協(xié)同仿真平臺(tái)應(yīng)用需求

隨著產(chǎn)品的復(fù)雜度越來(lái)越高，制造業(yè)企業(yè)對(duì)仿真技術(shù)的要求也越來(lái)越高，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

裝備產(chǎn)品的復(fù)雜度提高，意味著產(chǎn)品零部件的大幅增加，對(duì)產(chǎn)品的仿真而言意味著需要更加龐大的仿真計(jì)算資源對(duì)產(chǎn)品仿真任務(wù)進(jìn)行支撐。

裝備產(chǎn)品的復(fù)雜度提高，意味產(chǎn)品設(shè)計(jì)涉及的學(xué)科領(lǐng)域增多，需要更多的仿真領(lǐng)域軟件進(jìn)行支撐，如高速動(dòng)車組在設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮空氣動(dòng)力學(xué)的影響進(jìn)行外型設(shè)計(jì)，而蒸汽機(jī)車時(shí)代的列車設(shè)計(jì)基本不涉及空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)和仿真。

裝備產(chǎn)品的復(fù)雜度提高，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的學(xué)科領(lǐng)域增多，也意味著對(duì)專業(yè)人才的技能或領(lǐng)域知識(shí)的需求增加。以仿真為例，企業(yè)仿真能力的建設(shè)不僅僅依靠仿真軟硬件的采購(gòu)，還需要投入大量的時(shí)間和精力對(duì)企業(yè)員工進(jìn)行仿真軟件培訓(xùn)，以及不斷的實(shí)踐積累相關(guān)仿真領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)，企業(yè)的仿真能力才能逐步形成支撐研發(fā)設(shè)計(jì)的有力條件。

對(duì)于集團(tuán)型制造業(yè)企業(yè)的仿真能力建設(shè)，除了基于以上具體仿真業(yè)務(wù)需求，還需要結(jié)合集團(tuán)資企業(yè)的仿真資源、仿真優(yōu)勢(shì)及相關(guān)配置情況綜合考量。集團(tuán)仿真平臺(tái)可基于最新的云計(jì)算技術(shù)，連接各子企業(yè)的仿真軟硬件資源，構(gòu)建統(tǒng)一的仿真資源共享平臺(tái)。各子企業(yè)無(wú)需增加投入即享用更強(qiáng)大的仿真計(jì)算存儲(chǔ)能力和更多的仿真軟件服務(wù)，實(shí)現(xiàn)全集團(tuán)的仿真能力的集約建設(shè)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)打造統(tǒng)一的仿真流程規(guī)范和仿真全過(guò)程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)仿真人員、仿真學(xué)科優(yōu)勢(shì)（或仿真知識(shí)）共享的仿真任務(wù)協(xié)同以及項(xiàng)目協(xié)同，構(gòu)建集團(tuán)內(nèi)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的產(chǎn)品聯(lián)合研發(fā)模式，提升集團(tuán)研發(fā)管理能力和研發(fā)水平。

三、集團(tuán)企業(yè)協(xié)同仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于集團(tuán)型制造企業(yè)仿真需求，一種新型的異地協(xié)同仿真平臺(tái)亟需建立。根據(jù)研發(fā)協(xié)同的三個(gè)層次：平臺(tái)協(xié)同、應(yīng)用協(xié)同和數(shù)據(jù)協(xié)同，異地協(xié)同仿真平臺(tái)應(yīng)實(shí)現(xiàn)仿真資源協(xié)同、仿真項(xiàng)目協(xié)同以及仿真知識(shí)協(xié)同三個(gè)維度，平臺(tái)的架構(gòu)圖如圖1所示。

集團(tuán)異地協(xié)同仿真平臺(tái)基于協(xié)同的三個(gè)維度可設(shè)計(jì)三層，分別是仿真資源層，平臺(tái)管理層以及資源仿真應(yīng)用層。仿真資源層是通過(guò)云計(jì)算技術(shù)將企業(yè)的仿真軟硬件資源連接和管理，形成統(tǒng)一的仿真資源池，可供子企業(yè)按需申請(qǐng)使用，具體包含仿真硬件資源和仿真軟件資源兩個(gè)部分。平臺(tái)管理層通過(guò)對(duì)仿真資源層的調(diào)度管理，支撐仿真應(yīng)用層的具體仿真應(yīng)用，具體包含平臺(tái)資源調(diào)度、平臺(tái)系統(tǒng)管理等內(nèi)容。仿真應(yīng)用層服務(wù)集團(tuán)內(nèi)企業(yè)開(kāi)展具體仿真應(yīng)用任務(wù)，包含項(xiàng)目管理、仿真流程管理和仿真知識(shí)庫(kù)管理等方面內(nèi)容，其中，仿真資源層和平臺(tái)管理層實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的協(xié)同，仿真應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)應(yīng)用協(xié)同和數(shù)據(jù)協(xié)同，以下具體介紹。

1、仿真資源層

仿真硬件資源包含分布在各個(gè)子公司的刀片服務(wù)器、小型機(jī)、GPU節(jié)點(diǎn)以及存儲(chǔ)設(shè)備等，這些仿真硬件設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)形成統(tǒng)一的仿真硬件資源池，為集團(tuán)公司仿真業(yè)務(wù)提供可供異地調(diào)配的計(jì)算、存儲(chǔ)服務(wù)。通過(guò)仿真資源部署/注冊(cè)、批作業(yè)凋度、監(jiān)控和目錄服務(wù)等功能，實(shí)現(xiàn)基于仿真任務(wù)的仿真硬件的統(tǒng)一申請(qǐng)及凋配。

仿真軟件資源包括服務(wù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的仿真分析工具集，主要包含商業(yè)仿真軟件以及自研仿真工具等。其中商業(yè)仿真軟件包括Abaqus、Nastran、Adams、Ansys和MATLAB等，主要實(shí)現(xiàn)包括結(jié)構(gòu)、碰撞、熱、流體和電磁等不同學(xué)科領(lǐng)域的仿真。這些軟件資源分布在集團(tuán)的各個(gè)子企業(yè)中，可基于仿真云平臺(tái)相關(guān)策略對(duì)仿真軟件License資源進(jìn)行異地調(diào)度使用，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)仿真軟件的集約充分利用。