基于模型的协同设计通用要求.docx

ICSXX.XX.XXJXX团体标准T/BIAIMXXXXX-20XX基于模型的协同设计通用要求GeneraIrequirementsforModeI-basedcolIaborativedesign（征求意见稿）20××-××-×X发布20××-×X-XX实施北京智能制造创新联盟发布基于模型的协同设计通用要求1范围本文件规定了大型成套复杂装备基于模型定义协同设计的一般要求、工作划分与流程、模型协同以及平台应用框架。本文件适用于以三维模型为载体的协同设计的实施、应用与管理。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。SJ/T21222-2016电子装备基于模型定义的协同设计通用要求3术语与定义SJ/T21222-2016界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1协同设计colIaborativedesign在计算机技术支持的环境下，由多个设计主体，通过一定的信息交换和互相协调机制，采用适当的流程，分别承担不同方面(范围或领域)的设计任务，共同完成一个设计目标的一种设计方式。4缩略语下列缩略语适用于本文件。MBD：基于模型定义(ModelBasedDefinitiion)1.CPT：产品全生命周期集成开发团队(1.ifeCycleProductTeam)CTRS：产品开发信息的完整记录与高度共享(CooperatedInformationRecordandShare)DPD：数字化产品定义(DigitalProductDefinition)DPA：数字化预装配(DigitalPre-Assembly)DAD：数字化装配过程设计(DigitalAssembly)DTD：数字化工装设计(DigitalToolingDesign)SPC：质量保证计划(StatisticalProcessControl)AQS：质量保证计划(AcceptableQualityStandards)5一般要求大型成套复杂装备基于模型定义的协同设计应符合以下要求：a）仿真为核心：应关注仿真经验知识的沉淀，通过仿真手段的组合，实现对产品全面的虚拟化评估与快速的迭代优化；b）流程协同：通过流程驱动不同专业人员，面向产品研发的核心业务开展协同与协作，同时实现对工具的统型集成，并提供专业知识的推送；c）统一建模工具：宜导入统一建模工具，以提供系统、专业间协同沟通的统一表达，消除专业间对系统理解上的误差，实现对产品更加全面的定义，同时设计要素应全面显性化,利于知识沉淀，但需要体系化的构建，包含与仿真、专业设计间的协同，模型数据技术状态管控等问题；d）机电软协同：解决详细设计阶段的学科间协同与协作，以提升产品的实现质量，通过多场耦合对产品的物理性能提供综合评估；e）载体显性：模型作为协同的载体以及多专业、多学科间沟通的桥梁，通过统一的语言对系统进行定义描述，减少理解上的分歧；f）过程有序：应考虑将全新的建模方法、手段、标准落入企业的研发流程中，通过流程牵引设计协作过程有序开展；g）快速迭代：虚拟验证，通过仿真分析手段分层级引入，构建产品各阶段快速优化迭代模型，以提升设计质量；h）连续传递：模型集成，应整合企业现有研发能力建设成果，以业务串通为向导，构建基于模型信息网络，以确保研发信息在完整研发体系中的无损、完整传递；i）体系构建：应推动企业研发模式的数字化转型，对企业各方面（文化、人才、规范等）带来影响，因此需要多维度、体系化的进行构建。6工作划分与流程6.1工作划分MBD技术以标注与属性表达的方法使产品非几何制造信息集成在三维实体模型中，使三维模型成为协同设计过程中产品信息表达的唯一载体。MBD驱动的协同设计工程的基本方式是以MBD模型为核心，通过组建跨部门的产品全生命周期集成开发团队（1.CPT）,并保证整个研制过程中团队内部成员对产品开发信息的完整记录与高度共享（CIRS）,以协同工作方式开展产品及其相关制造、服务过程的设计，使设计出来的产品不仅具有良好的性能，而且具有很好的可加工性、可装配性、可检测性和可维修性，从而达到并行协同设计的总体目标。1.CPT组各成员根据职责分工，在企业信息管理平台的支持下，通过数字化产品定义（DPD）、数字化预装配（DPA）、数字化装配过程设计（DAD）、数字化工装设计（DTD）及质量保证计划（SPCAQS）等工作步骤，得到产品设计及制造过程的完整数据。产品并行协同设计工作划分如图1所示。图1产品协同设计工作要素6. 2工作流程在产品协同设计过程中，设计人员应与1.CPT组中的其他专业人员一起进行产品结构设计，从不同专业角度提出改进产品结构的意见，使设计出来的产品具有更好的使用、制造与维护性能。同时，工艺与工装设计人员根据不同等级的结构设计信息应同步开展工艺规划与工装设计等传统在研制下游完成的工作。MBD模型作为产品几何与非几何信息的唯一载体，是产品设计过程中同一零部件设计对象的唯一输出结果，也是工艺、工装等部门直接开展工艺和工装设计工作的唯一数据源，为实现产品结构设计、工艺设计、工装设计工作的一体化管理提供技术条件，以形成可操作、可实施的产品协同设计过程，如图2所示。I初生设计H详编段计装配件兀划分总体设计|H匐(IJ结分面总MBD模”装配分工路线加工分工路线M量信总级MBD模,W安装定位计划及零件交付状念甘加工方案装配序规划r奘申诉图2工艺设计流程协同设计一方面强调产品及其工艺、工装设计同步进行，使工艺人员、工装人员全面参与产品结构设计，及时向设计部门提供反馈意见并加以修改，使产品结构满足制造工艺性要求，减少设计返工；另一方面，在不同等级的产品结构数据支持下，工艺、工装人员预先开展设计工作，提出工艺、工装设计思路，反馈给结构设计人员，使MBD模型具有完整的工艺、工装设计信息，成为后继工艺、工装设计的工作依据。在MBD支持下的协同设计过程中，通过对设计任务的不断分解及各个任务的分布式并行处理，协作完成整个复杂的研制工作，同时生成完备的结构数据与工艺工装信息。7模型协同7.1统一设计表达以对象化、结构化的模型/数字机样作为跨专业协同的载体,推进基于模型的协同设计与仿真。通过描述模型以结构化建模的方式对整个系统的需求、行为、架构、性质以及相互关系进行统一描述；通过分析模型针对描述模型所定义的架构、场景、功能性能参数等，以仿真的方式进行分析、验证，如图3所示。模型描述（铮态）模型分析（动态）模型需求模型体系模型架构模型物理模型场景仿真模型系统仿真模型性能仿真模型d方案设计参数-1.l总体设计参数d应用环境模型-I运行场景模型功能组成模型-I用例模型-I状态机模型H硬件模型H结构模型1.l软件模型场景分析模型效能评估模型气动分析载荷计算有限元分析模型载荷计算图3模型定义其中，描述模型是指通过结构化建模的方式表示整个系统的需求、行为、架构、性质以及相互关系的一种手段，主要通过需求模型、体系模型、架构模型和物理模型来完成。分析模型是指针对描述模型所定义的架构、场景、功能性能参数等，通过仿真的方式进行分析、验证。通过数学表达支撑系统的分析计算与仿真，最终实现对于技术/产品各层级数字化的验证，优化设计过程及设计结果。7. 2流程驱动设计将企业研发流程与系统工程专业研发流程深度融合，驱动设计工作有序开展，通过对流程的分层分级定义，满足各层级协同工作开展的需要，因此对于流程也应进行分层分级定义（从顶层的总体流程到底层专业设计活动）。将企业内已梳理的流程在协同研发平台中进行固化与管理，同时，对专业级的研发流程进行细化，用以指导设计活动开展，如图4所示。主流程：总体流程（定制开发、产品开发、CCB开发、技术开发）项目管理流程需求管理流程案计程方设流机细计整详设结构设计流程验证程试脸流硬件设计加重软件设计流程配置管理流程专业流程：如天线设计流程、电源设计流程图4流程的分层定义其中，流程分类和流程组用于流程管理，考虑“为什么做”的问题，支撑战略和业务目标实现。体现业务模型，并覆盖研制的全部业务。流程和子流程用于落实方针政策和管控要求，考虑“做什么”的问题，聚焦战略执行，体现创造客户价值的主要业务流以及实现主业务流高效和低成本运作，所需要的支撑业务。活动和任务用于将流程要求落实到人（角色）可执行，考虑“怎么做”的问题，完成流程目标所需要的具体活动及任务，体现业务的多样化和灵活性。7. 3知识沉淀重用基于全过程关联的结构化模型/方法/知识进行研发经验积累和快速重用，以实现“模型知识化、知识模型化”O通过模型将过去文档中的设计要素显性化呈现，通过对模型知识的分类沉淀,构建基于模型要素的产品研发知识图谱，并基于重组后的知识相关性，通过重组建模，面向业务提供丰富的知识应用，应用产生的模型数据再沉淀转化为知识，形成循环应用的知识创新模式，如图5所示。设计要素模型化<0图5知识沉淀与重用7.4数据信息集成框架通过整合企业内部各研发要素（流程、设计/仿真工具、知识、平台、方法等），构建集成化研发环境，协同研发平台在整个协同研发体系中至少应具备以下核心能力，如图6所示：a）通过建立统一的模型树，管理面向一个型号研发过程中产生的各类模型；b）通过设计、仿真流程模型的构建，建立业务活动间的数据流转关系，并通过与工具的打通，实现模型数据在各专业建模工具间的流转。分析模型系统仿真算法仿真机电液控制仿真1.流程串联12.FMI/FMu模型交换专业仿真AbaqsAdamsANSYSMSCNastran1.S-DYNA流程串联各专业仿真工具测试用例与需求条口关联模型协同建立需求与系统模型间的关联y行为模型1.系统组成结构2.接口关系，2.接11关系1.系统组成结构fW-需求条目模型间相功能模型互关系物理模型理实现模型间关联11.系统组成结构构模型2.结构设计约束三J测试用例标准输出格式集成/基于AP【的实时同步一体彳;模型协同与管控平台物理安装模型存储,描述模型需求建模IyII需求条目体系/系统架构建模结构建模电气/管路建模软件建模图6模型集成与数据流转7. 5创新方法体系基于模型的协同研发模式的转型，宜在平台构建过程中，同步梳理符合企业创新研发模式的方法体系，应从顶层的规范性文件，至底层作业级的标准指南进行全面的更新与创建，并在平台推广过程中，持续推动方法体系的应用与优化，如图7所示。方法体系乂级国、军标及算他相关标准通用要求、配套政策颓量体系文件组织架构手册设计组织手册生产组织手册维修组织手册部门机构组织手册程序性文件、流程和指南指导性手册文件和材料方法、技术、工具、手段要求确认、分解和传递研发流程描述可操作层面文件底层实施准则和作业规范指南工作描述图7创新方法体系构建其中，战略层面文件应在企业己具备的基础上进行修改；过程层面文件应根据业务模式变革转型新增下列文件，包括但不限于：一产品研制流程（分层分级）；MBSE建模规范；系统建模规范；一系统功能分解指南；一接口建模分析指南；一需求开发过程指南；一需求管理过程指南；一模型合并操作指导说明；一异构模型交换标准规范。8平台应用框架8.1通则通过构建创新研发环境，以确保模型是未来研发过程交互、管理的核心载体，同时保障模型信息无损、准确地逐层传播。创新研发环境框架主要由协同研发、多专业协同设计仿真、集成化测试验证以及一体化模型协同与管控四部分组成，如图8所示。，程骤动的一同研发知识库|研发门户管理|项目计划管理一|研发流程管理|项目风险管理一|质量保证管理一|项目资源管耳管员技术协同基于模型的多4业协同设计仿真六性设计工具常求管理需求转换输出产品线,.谱系管理系统系统架构设计系统指标管理-系统H系统工Il接口建模Il程蝇那总体与专业称同讯计具电设工文档1.生成J参数传递e协同仿真系统此程理仿流窗仿效分A据析测结一参数传递.编制转换仿真设计工具集讯Jf具电仿工构计具结设工多专业详细设计协同（机电软等）需求模型TT售求模型结仿工其他IA工艺设计工具集工艺设计工具工艺战划工艺仿真设计测试协同专业设计模里J一体化模型协同与管拄模型分类定义I模型约束定义I模型全而追溯I技术状态管理测试收证计最保证系统测试般证工具集剃成脸证运行系统测试验证调度系统图8平台应用框架8.2协同研发以业务流程作为基础支撑能力，同时引入综合项目管理要素，通过流程将产品研发与项目执行紧密关联，将产品结构分解与任务分解、目标成本分解紧密结合，实现计划任务流程一体化管理、研发流程管理、风险、质量、人力资源、目标成本等。8.3多专业协同设计仿真基于模型的多专业协同设计仿真至少应包括：a）需求管理系统：主要用以接收外部需求的输入，包含军方、用户、市场等，对此类需求进行结构化管理，并作为系统分析建模的输入。研发过程中的需求，应结合建模过程一同管理；b）体系级分析工具集：参考DODAF框架，提供大系统级别的建模与分析能力，对产品顶层能力的形成进行作战场景、应用场景建模分析，明确产品能力要求；c）产品线/谱系管理系统：面向研发的不同产品线，通过市场分析、军队发展分析，规划不同产品线的谱系发展，以基础平台以及不同配置要求的开发，最终满足改型、变种的要求。通过产品线/谱系，对产品的架构、技术、物理产品进行集中管理，实现新变种的快速孵化和产品质量的有效保障；d）系统架构设计系统：支撑系统设计过程的架构建模、工作组级的在线协同与审阅、接口信息的统一管理、模型数据的输出、模型数据的关联与技术状态控制，以及构建产品的指标体系，实现总体设计的快速优化与迭代；C）协同仿真系统：通过流程的封装，构建不同层级的协同设计仿真流程，通过流程实现工具的调用、参数的传递，并最终对仿真数据进行管理与分析；f）设计仿真工具集：构建设计师统一的工作入口，实现各企业现有工具资源的集成整合。促进企业专业工具的统型，有利于模型上下游接口的打通。8.4集成化测试验证集成化测试验证至少应包括：a）以测试任务流程为主线，覆盖测试业务全过程的规范化、信息化管理；b）以需求指标为牵引，指导测试活动的开展，形成需求、设计、虚拟验证、实物测试的有效闭环优化；c）构建统一的测试资源池，实现测试资源全过程高效运营管控；d）建立统一的测试数据存储中心，支撑测试数据采集、存储、管理、分析、知识转换的全过程。8.5零部件检索通过模型树的构建将需求、功能、逻辑、物理、仿真等模型进行集中关联组织。通过长周期模型的存储归档，保障模型与文档信息的技术状态关联控制。参考文献1周秋忠，樊庆春.MBD支持的产品协同设计及协同信息表达J.制造业自动化，2011,33(01):55-59.