2007PLM征文之7：国防科技工业数字化仿真技术应用标准的初步研究

一、前言

在产品设计和制造的过程中，数字化仿真一直是不可缺少的工具，它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。制造业竞争的日趋激烈，促使各国研究和应用先进制造技术。先进制造技术的应用和发展，为数字化仿真的应用提供新的舞台，提出更高的要求。从发展的历程来看，仿真技术应用的领域空前扩大，已从传统的制造领域（生产计划制定、加工、装配、测试）扩展到产品设计开发和销售领域。而与网络技术结合所带来的仿真的分布性、与图形和传感器技术相结合所带来的仿真的交互性、以及仿真技术应用的集成化，是仿真技术在制造业中应用的新趋势。在国防科技工业企业的产品研制过程中，开展数字化仿真技术应用标准的研究，对于推动数字化仿真技术在国防科技工业应用的意义重大，可以提高国防科技工业的整体产品研制能力。

二、仿真技术的发展

仿真技术经过半个多世纪的发展，从研究简单系统到现在已经成为人们研究复杂系统的有力工具，大致经历了三个阶段。

1、发展阶段

二次大战末期，火炮控制与飞行控制动力学系统的研究促进了仿真技术的发展，20世纪40年代研制成功第一台通用电子模拟计算机。50年代末期到60年代，导弹和宇宙飞船的姿态及轨道动力学的研究、仿真技术在阿波罗登月计划及核电站的广泛应用、以及50年代末第一台混合计算机系统用于洲际导弹的仿真，促进了仿真技术的发展。这是仿真技术的发展阶段。

2、成熟阶段

在军事需求推动下，70年代中期，仿真技术不但在军事领域迅速发展，而且扩展到许多领域。在这个时期出现了用于培训民航客机驾驶员和军用飞机飞行员的飞行训练模拟器和培训复杂工业系统操作人员的仿真系统等产品。相继出现了一些从事仿真设备和仿真系统生产的专业化公司。例如美国的GSE公司、E＆S公司、ABB公司、Dynetics公司等，使仿真技术达到了产业化阶段。这标志着仿真技术进入了成熟阶段。

3、高级阶段

20世纪80年代初以美国国防高级研究计划局(DARPA)和美国陆军共同制定和执行的SIMNET(Simulation Networking)研究计划和美国三军建立先进的半实物仿真试验室为标志，标志着仿真技术发展到了一个新的高级阶段。SIMNET计划是分布交互仿真的初型和开始。到90年代，为了更好的实现信息、资源共享，促进仿真系统的互操作和重用，以美国为代表的发达国家在分布交互仿真、先进的并行分布交互仿真以及聚合级仿真的基础上，仿真技术开始向仿真的高层体系结构(HLA)发展。

随着仿真技术的发展，仿真技术的应用也已经渗透到人们生产、生活的各个方面，宏观上可以主要分为尖端科研领域、军事/工程/交通/社会等中端领域，以及生活/娱乐领域三个应用层面。在工程领域中，大量引入仿真是先进制造技术的重要发展趋势之一。

三、数字化仿真技术在国防科技工业的应用概况

数字化仿真技术在国防科技工业中的应用起步于上世纪60年代，在80年代得到了初步的发展，90年代以来得到了迅猛的发展，尤其是在进入21世纪的这短短几年内，越来越多的企业纷纷开展数字化仿真技术的应用工作，取得了前所未有的成绩。到目前为止，约80%的国防科技工业企业在产品研制的过程中采用了数字化仿真技术。数字化仿真技术在国防科技工业中应用的具体情况如图1所示。图1表示的是，各个时期应用数字化仿真技术的国防科技工业企业总数。其中，横轴代表的是年代，具体指的是60年代、70年代、80年代、90年代、21世纪的2000—2006年；纵轴代表的是应用该技术的企业总数。

国防科技工业企业运用数字化仿真技术研制的产品种类繁多，不仅包括机械、电子和控制类简单产品，还包括飞机、发动机、飞航导弹、航天飞机等大型复杂产品。另外，在开展数字化仿真技术应用的企业中，大部分企业都在机械、电子和控制等单领域仿真方面开展了工作，并取得了显著的经济效益。而在多领域协同仿真方面，只有25%的企业进行了该方面的研究和应用工作。目前，多领域协同仿真技术的应用已经受到了国防科技工业企业的高度重视，正处于初步应用阶段。

图1 数字化仿真技术在国防科技工业的应用情况

注：本节中的所有数据，均来自作者于2007年4月份开展的“数字化仿真技术在国防科技工业的应用情况”问卷调研的反馈信息分析。

国防科技工业企业开展数字化仿真技术应用工作，往往都要借助大量的仿真软件，才能完成产品研制所需的各种仿真任务。从目前情况来看，各企业应用的仿真软件种类繁多，数量庞大。只是在机械、电子和控制等单领域仿真领域，一些为数不多的通用仿真软件得到了广泛的应用，如机械系统仿真软件ANSYS、NASTRAN、ADAMS和ABAQUS等，电子系统仿真软件MATLAB、Matrix、Mentor和Ansoft等，控制系统仿真软件MATAB、EASY5和Matrix等。除了这些通用软件之外，其他软件都是和专业知识联系比较密切的专用软件。专用软件种类繁多，通常只有一两个单位使用，其中还有很多软件是各企业根据自己的实际需求自主开发的。