天舟COMAN多学科设计及仿真集成管理系统

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1、天舟COMAN多学科设计及仿真集成管理系统建设复杂产品研发核心能力平台的利器天舟COMAN （原名Simulation-Master）是国内首个完全自主知识产权的多学科设计/仿真集 成管理系统，由北京天舟上元信息技术有限公司开发，其第三版于2007 年正式发布。天舟COMAN主要面向航空、航天、船舶、兵器、核工业等军工行业以及汽车、复杂机电产品 等高新技术产品制造业的专业研发单位，解决这些用户在复杂产品设计领域对于业务流程、 工具、知识、规范和数据的集成管理需求。天舟COMAN可以为复杂产品生命周期中的关键设计环节（如总体方案设计、部件原理设计、 详细设计、基于虚拟样机的分析仿真等）提供管理工

2、具。基于天舟COMAN，用户可以封装集成用于特定专业产品设计/仿真的工具软件，容纳特定专业 产品的多学科设计/仿真业务流程，嵌入特定专业产品的设计知识，融合、继承特定专业产品 的设计方法和设计理念，从而构造出支持特定产品多学科设计/仿真的专业集成设计环境和研 发核心能力平台。如图1 所示。天舟COMAN的需求背景航空、航天、船舶、兵器、核工业等领域所研制的各类产品几乎都属于复杂产品，诸如飞行 器、航天器、车辆等，它们的“客户需求复杂、工作原理复杂、技术基础复杂、结构组成复 杂”，并由此导致产品的开发、试制、试验、生产、维护等过程都非常复杂。因此，这些企业的产品研发工作一般都具有以下特点：1）需

3、要综合多个专业的工作，历经总体方案设计、部件原理设计、详细设计、虚拟样机分析 仿真等多个阶段；2）需要综合使用CAD、CAE软件以及自编的专业设计、计算程序；3）需要执行大量复杂而专业的业务流程，并需要在多种专业设计、计算、仿真软件之间传递 数据；4）知识和经验对于完成产品设计很重要，而传承设计知识和经验又很困难；5）某些设计人员的流失或不在位会导致产品设计过程断链，而培养一个称职的新设计人员又 是一个艰苦漫长的过程；6）尽管已经使用PDM系统，并且能够管理好设计模型和图档的技术状态、控制好审批和更改 工作流、为生产准备出正确的BOM，却发现设计能力并没有获得实质性提高。从上述特点可以看出，复

4、杂产品的研发过程非常复杂，正因为如此，对支持复杂产品研发过 程的信息化系统会有更高的要求。但是，在复杂产品生命周期中的关键阶段，如“总体方案 设计”阶段、“部件原理设计”阶段、“基于虚拟样机三维模型的详细分析仿真”阶段，目前 还缺乏具有针对性的信息化管理手段，并且已经给复杂产品研发单位造成了一系列负面效应， 例如：1）业务流程维护困难：核心业务流程只能依靠人工维系；各设计/仿真软件之间的数据传递 过程只能依靠人工衔接；不仅工作量大、工作繁杂、多专业多学科协作困难，而且业务流程 的维系质量因人对流程的熟练程度而异；降低了设计团队在产品研发过程中的协作效率。2）知识重用困难：缺乏有效的工具来进行产

5、品专业设计过程和相关知识的积累和重用，容易 出现知识断层，阻碍产品研发核心能力的提升。3）计算仿真数据管理困难：发生设计变更时，很难保障同步的对多个学科的设计/仿真数据 进行关联修改；容易导致设计/仿真数据技术状态发生混乱，甚至直接导致错误的设计。上述三方面的问题正在阻碍企业自主开发和创新能力的提高，天舟COMAN则正是为解决复杂 产品研发单位所面临的这些问题而开发的新一代管理信息系统。如图2所示。天舟COMAN的研发背景天舟公司曾经长期致力于PDM、PM、业务流程自动化等技术的开发和应用推广。近五年以来, 在参与航空发动机行业的核心能力平台（航空发动机设计体系）建设过程中，在用户需求的 拉动

6、下，天舟公司深入研究和验证了包括产品数据管理、项目管理、业务流程自动化、仿真 集成管理等技术对核心能力平台建设的作用，通过有效的需求抽象、扎实的技术创新和综合 集成， 逐步发展出了较为完整的设计/仿真集成管理技术体系， 先后推出了 Simulation-Master 1.0、 2.0 产品，并得到了国家科技部创新基金和 863 计划的大力支持。2007年10月，天舟正式发布了 Simulation-Master 3.0并更名为天舟COMAN 设计/仿真 集成管理系统。目前，天舟COMAN除在航空发动机行业继续得到深入应用之外，正迅速在军 用车辆发动机、导弹、机电控制系统、引信等领域得到应用。如

7、图3所示。天舟COMAN的功能范围和技术架构天舟 COMAN 对构造产品研发核心能力平台的作用（小）如图4所示，以天舟COMAN为基础管理框架所构造的复杂产品研发核心能力平台，可以为复 杂产品研发生命周期中的关键设计环节提供管理工具，并实现下述应用目标：* 作为应用集成平台集成、封装并调用各种复杂产品研发所需要的专业设计/仿真应用软 件；* 作为业务流程控制平台定义并管理复杂产品的研发业务流程，并控制研发流程中的设 计/仿真任务对各专业设计/仿真软件的调用过程，控制和维系软件之间的数据流关系；* 作为数据整合平台管理各专业设计/仿真软件所生成的与设计/仿真对象、流程和工况 相关的设计/仿真数据

8、；* 作为设计理念、知识、规范的积累、继承、重用和驱动平台积累和重用复杂产品研发 业务流程，并为积累和重用复杂产品设计/仿真对象模型提供工具和可能性；* 作为协作平台在网络分布式环境中，依据复杂产品研发业务流程，对人员和专业软 / 硬件资源进行有效整合和协同，实现设计/仿真业务流程自动化；天舟COMAN的体系架构如图5所示，天舟COMAN设计/仿真集成管理系统采用了多层体系结构，包括：1）数据层包括数据库服务器和文件服务器，数据库服务器可使用 SQL-Server、 Oracle 等主流数据库。2）数据访问层提供了供其它各层模块调用的通用数据库访问接口，使其它各层的功能与 具体的数据库无关。3

9、）基础逻辑层提供了一系列WebService基础逻辑服务，包括：* 支持智能化判据的任务流程管理引擎* 文件管理引擎* 数据流管理引擎4）核心逻辑和基础界面层该层提供了一系列可供用户通过交互界面使用的 COMAN 核心 功能，包括：* 原理设计对象类型库* 多领域关联的对象模型* 技术状态的关联与同步* 原理设计对象可视化* 设计/仿真流程规划* 流程运行环境5) 应用管理和数据转换层该层提供了一系列与封装、集成专业应用软件，积累和重用专 业业务流程，管理设计/仿真专业数据及其数据流有关的功能，包括：* 设计/ 仿真流程模板库* 应用程序封装库* 应用程序集成接口* 设计/ 仿真数据实时管理*

10、 设计/ 仿真变量管理* 设计/ 仿真结果后处理* 设计/ 仿真结果数据的实时提取与存储* 试验数据管理框架6) 专业应用软件层该层包括用于复杂产品设计、计算和分析仿真的专业应用软件。这些 软件可被COMAN所封装、集成和调用，并完成复杂产品研发中所需要进行的实际设计、计算 和仿真工作。例如：* “遗留系统”和用户自编软件：专业研发单位用Fortran、C、C+等语言自行编写的控制 台或Windows窗口专业设计计算程序。一般是非商品化软件程序，往往用于产品总体方案设 计和部件原理设计；* 流体 CAE 软件：用于基于三维模型的虚拟样机仿真；* 结构 CAE 软件：用于基于三维模型的虚拟样机仿

11、真；* 其它 CAE 软件：用于虚拟样机的其它专业仿真；*三维CAD软件：用于产品详细结构设计或概念设计；* EDA 软件：用于电子电路的设计和仿真；* 数学计算软件：用于产品设计中的复杂数学计算和原理仿真；* Office 软件：如 Word、 Excel 等，用于技术文档的编写； 天舟COMAN设计/仿真集成管理系统的实施与应用目前，已经有一系列复杂产品研发单位采用了天舟COMAN设计/仿真集成管理系统，作为它们 建设各自研发核心能力平台的基础架构，如中国航空动力机械研究所、中国北方发动机研究 所、北京长空机械有限责任公司、西安机电信息研究所等。企业产品研发核心能力平台建设是一个复杂过程，

12、需要将专业过程、工具、规范等与IT技术 进行有效衔接和整合。因此，在参与研发核心能力平台建设实践的过程中，天舟公司和复杂 产品研发单位的合作并非简单的软件产品买卖关系，而是结为深入合作的伙伴关系，以便稳 步、深入、有效的共同推进复杂产品研发单位的研发核心能力平台建设过程。在此过程中,合作伙伴双方如何有效的推动天舟COMAN设计/仿真集成管理系统的专业定制和 应用实施无疑是一个关键。因为只有通过专业定制和应用实施，才可能结合专业研发单位的 产品研制特点和需求，在天舟COMAN中容纳、嵌入特定产品的专业设计过程和规范，封装、 集成用于特定产品设计的设计/仿真软件和专业工具软件，融合、继承特定产品的

13、设计方法和 设计理念，从而为建设特定类型产品的研发核心能力平台提供初始的、可支撑实际产品研发 过程的专业内容。 在天舟公司与复杂产品研发单位共同进行研发核心能力平台建设的实践中，为了确保对 COMAN设计/仿真集成管理系统的专业定制、实施和应用过程顺利进行，特别注意了对下述要 素进行综合保障：1. 复杂产品研发单位最高领导的决心这是是成功的意志力保障。2. 合作双方对系统建设的意义、方式、方法以及需要克服之困难的统一认识这是成功的 思想保障。3. 高效权威的实施领导机构这是成功的组织保障。4. 经过科学整理的业务流程、工具、规范这是是成功的专业内容保障。5. 先进、实用和经过实践验证的基础架构软件一一这是成功的IT技术保障。要降低实施风 险，信息化产品和技术本身必须具备必要的先进性和成熟性，这也是天舟公司在COMAN设计/ 仿真集成管理系统的发展过程中所不断追求的；6. 目标明确、过程规范、反馈及时的实施过程管理一一这是成功的过程保障。