一 702所背景介紹

702所是國內規模最大的船舶試驗研究基地，主要進行試驗仿真和物理試驗，物理試驗分模型試驗和實參試驗兩種。目前我們主要的基礎設施有兩個國防重點實驗室，一個水動力學方面，一個噪聲方面，規模是亞洲第一、世界第三；另外702所擁有26座流體、結構、振動噪聲等專業實驗室，以及一個中國船舶工業艦船總體性能試驗檢測中心，大家從電視上看到蛟龍號總體設計就是出之702所。

圖1 702所基礎設施列舉

二 702所發展歷程

信息化發展之路，2000年以前702所和大部分軍工企業信息中心類似，就是機房管理和管理軟件的實施與維護，2000年以后，我們開始將商用軟件進行二次開發，做成定制軟件，使得通用軟件變成專用軟件，這個工作非常重要的。之后開始我們做自己的平臺，通過學習，開發平臺，形成自己的產品，并在產品上做定制開發。

圖2 信息化發展歷程

我的體會是學習國外先進的東西做二次開發。起初我們做了很多二次開發，包括CAD、CAE，PDM，可以說我對國內現在國內看到的商用軟件非常了解。702所把所有的軟件買了，但到目前為止用的并不多，所以要用自己的平臺，把別人的東西放在后臺，逐步替代，是必由之路。

我們做得螺旋槳快速設計非常漂亮，見下圖。我們在CAE上做了很多東西，這些軟件功能非常好，請大家看CAE案例：東洋制罐。這都流程化了，第一步、第二步、第三步、第四步怎么做下去，每一步都是交互方式，可視化的。現在管理軟件為什么要做自主研發？因為商業軟件解決不了的專業問題；國外軟件因技術封鎖無法引進；已經基于商業軟件積累了大量的二次開發成果，因為商業軟件的更新換代而被迫放棄。所以才要進行大量的二次開發，逐步地替代。

圖3 CAD案例-螺旋槳快速設計

圖4 CAE案例-東洋制罐

現在仿真的自主研發，我們所已經做了兩類軟件，第一前后處理，第二求解器。我們做了前處理和很多的求解器自己用，別人不會用，過了一段時間自己也不用了，前處理非常糟糕；求解器做得非常好，輸入文件后通過求解器進行求解處理，產生輸出文件，我們稱之為后處理。我們自己做的前處理有些地方不是很成熟，所謂的前處理第一步就是幾何，第二步網格，第三步材料，第四步把材料加到文件上。

數據管理類，我們自主研發的軟件一類是試驗數據管理，還有一類科研過程管理。現在我們所里已經完成試驗數據管理軟件，我們所有大量的模型試驗和實場試驗，我們做了自己研發的試驗數據管理軟件。現在我們所有很多的PDM，這些PDM產品很難用，現在我們開始做科研過程管理，科研管理就是三件事，第一件事就是我們今天做什么？第二件事我們怎么做？第三件事做到什么叫好？做什么就是任務的分解，就是一級分解、兩級分解、三級分解，把輸入輸出流程關系建立出來，上下流關系建立出來。第一步做什么就是任務分解。第二步就是任務分解，一個是項目的過程的任務分解，第二個省錢，第二如何做？實際上就是建立模板，第三做到怎么叫好？結果做到符合質量的要求。

總體的思路第一個我們的所有的東西要變成很好用的工具，我們怎樣把試驗方法變成很好的工具？怎樣把買的通用工具變成小的工具？如我們想把一個東西變成一個組件，在界面上形成需要的輸入文件，只要它的幾何、網格、材料夠了，然后生成所需要文件，遠程調用，上網把文件中的數據提出來。很多人只知道在服務器可以調用它，而我們把很多方法套用軟件變成一個個工具，有了工具后我們做一件事情變成了把一個個工具連在一起，形成了計算模板，計算模板不斷變，到后面積累了很多工具組建，積累了很多計算模板，這種隨著變化的需求而變化很方便。

第二個思路是數據問題，研發過程中有三類數據，分別是PDM，SDM，TDM。PDM管過程和數據文檔，我們做仿真的時候，從PDM中輸入就可以，文檔要求數據輸入到SDM中來，我們可以將做好的仿真結果傳回PDM上，然后把有關的數據和任務下載進PDM中，之后把結果提交到PDM數據中。SDM和PDM是什么關系？我們所一直做這件事情，仿真可以指導試驗。先把仿真算一算，邊界條件夠不夠？仿真的地方把哪些東西放在哪一個地方，很多試驗不可能很多地方測點，通過仿真可以做到。試驗攪合仿真，試驗的結果怎么攪合仿真的結果？比如說模型的攪合，通過試驗的結果返航分析，發現模型是否有出入，剛度或者等效有沒有不對的地方？攪合以后算出來對了。

圖5 總體集成

仿真總體上怎么做到？低層是數據，上面是業務和管理，中間層很重要，開始是微觀設計，做宏觀設計用到仿真和優化，總體框架定下來，之后每個分系統具體做。第一步設計，設計完了評估，評估完了仿真計算，計算以后優化，將試驗和仿真進行對比。

總結信息化發展之路，第一件事情是采購商用軟件，變成我們的專用軟件。這一步非常重要，因為商用軟件使用門檻比較高，通過提煉總結出自己的框架，在這個框架上再定制我們自己的產品。我們現在已經建立了四個框架，第一個是前后處理框架，把我們自己的好方法變成好軟件，第二工具節省框架，包括做組建和節省模板兩方，第三個數據管理框架，因為我們的過程都是數據流，都是有結構，我們非常方便把結構變成數據庫系統，第四個是最頂層流程管理框架，怎么樣進行任務的分解？做到分解完了的結果可見，執行任務的結果可見。

圖6 信息化發展歷程總結

三 取得的成果

從產品積累的角度上，我們形成了三個主要產品：iDesigner集成設計系統，TDM試驗數據管理，RDM協同研發管理。在這個基礎上又形成小產品，我們所慢慢的越來越好做，我們在上海做了803、804、535、539的工作。我給船級社做十幾年，一個單位做十幾年變成他們的一部分才是硬道理。

我們做到核心部分衍生的東西，第一個是流程管理框架，用于管理研發全過程的協同流程，從大的階段到具體的活動，解決項目管理精細、狀態反饋不及時、協同效率低等問題。

圖7 流程管理框架

第二個工具集成框架，用于對各類CAD/CAE/自研工程軟件的集成和二次開發，解決模型參數化、過程自動化、以及工具之間數據傳遞的問題。第三個前后處理框架，用于對自研軟件的集成和商品化包裝，解決自研軟件數據可視化、操作簡單化的問題。第四個就是數據管理框架，用于設計、仿真、試驗、知識等工程數據的管理和應用，解決數據的集中管理和多系統的數據整合的問題。

圖8 數字化試驗解決方案

接下來介紹TDM的解決方案是怎么樣的？TDM在實驗室中做哪些事情？第一個是過程的管理，過程的管理分兩類，一類就是任務的分解，還有一類就是節省；第二個是過程數據管理，非常重要，主要是怎么樣建數據庫的問題？數據庫變化了，動態建數據庫，我們做了動態建庫的功能，老的數據庫可以非常方便地加入到新的數據庫中，一個實時，一個是數據怎么進去？包括過程設備的管理，因為做試驗肯定要很多設備，所以我們有設備管理中心，做哪一類事情用到哪些設備關聯自己？第三個，也是我們正在做的是試驗的知識管理，知識是來來回回的過程，按照規范放進去，下次用的時候拿出來再編輯，編輯完了再放進去。總結起來就是三個管理：一個過程管理、數據管理、過程知識管理。

我們做移動TDM，和航天做的，因為他們靶場上有移動，采集和控制，數據分析處理模塊做得非常好，所以我們是開放式的東西，非常重要，讓大家看得見摸得著，讓實驗室的人喜歡，所以實驗解決方案。實驗解決方案主要是流程。怎么審核的，任務怎么分解的？等等，在這個地方非常詳細。

解決方案積累的特色有：支持標準總線接口，包括1553B、PXI、PCI、VXI、RS232、RS485、IEEE488、IEEE1394、OPC、CAN等總線；支持著名廠商設備驅動接口，包括NI、SIEMENS、HORIBA、LMS、鴻格等廠商；支持非標自研驅動接口的定制，包括DCS、PLC等控制系統；ODS（Open Data Service）規范：數據模型及存儲符合ASAM ODS規范標準，支持試驗數據格式統一，且基于ASAM-ODS數據模型提供標準接口；服務器上分解工作，PAD上執行工作，服務器上匯總統計工作。

圖9 多學科仿真解決方案

多學科仿真的解決方案，解決方案包括硬件與支撐平臺。支撐平臺第一是任務分解，第二是每個任務怎么做？怎么做機上模板，機上模板怎么創建？數據知識怎么管？比如從PDM上下載了一個任務，第一件事情進行分解，分解了以后什么事情誰做？每件事用到模板，把模板拓展起來。任務的分解，還有這個任務怎么做？就是流程模板，主要是輸入輸出，非常靈活，每個地方都是一樣的。第一任務分解非常具體，知識庫里是否有任務分解的過程，有拖上來，有模板知識庫，怎么想辦法和工作流以及業務流緊密結合？不能把管理的要求和業務流程分離，不能從PDM上下載一個任務到商業系統做，做完了以后再上去很麻煩。我們所有的PDM系統和SBM仿真、事業TDM完全融合在一起，設置質量控制點。我們也建立很多庫，如產品信息庫、項目信息庫、流程圖等，用起來很方便。

大家關心宏觀計劃就可以了，覺得某一個計劃有問題馬上到專業系統查看，從宏觀到微觀非常方便。仿真中模板庫非常重要，水平比較高的人專門做模板傳上去，讓設計人員非常方便地下載模板，用模板。所以解決方案的第一個特點就是我們做很多組建，做很多機上模板，第二個輕量化服務，第三個是數據分析可視化。

四 對工程信息化的建議

最后對工程信息化提一些建議，第一點工程信息化最重要的是積累，積累完了共享，這樣才能提高效率。實際上每個單位的積累都是非常少的，其實積累可以創新，可以積累數據、模型和方法。我們把方法變成很好用的工具，把通用的軟件也變成很好用的工具，把它變成一個個模板積累出來，讓大家共享，做到自動化。

圖10 仿真建設的四個階段

每個單位的仿真建設應該經歷四個階段，第一個階段就是買工具，第二個階段就是怎么樣解決問題？最好的辦法是在工具中做定制，變成專用軟件，因為現在一個軟件解決不了所有問題，如CAD、CFD軟件，幾個軟件加上優化軟件一起，把數據打通，第三個階段把手工流程變成固化流程，固化流程再變成自動化的流程，自動化的流程再加入專家的經驗，反復使用變成可靠的流程。可靠的流程就是所謂的規程，有了規程什么事好辦了。

我的理解虛擬水池怎么做？第一個來自仿真，就是計算，但比仿真高，就要做出規程。這個源于仿真，高于仿真，既然是水池，應該像物理水池一樣做分析，物理水池怎么做試驗？試驗前有試驗準備，試驗后就是分析報告。虛擬水池也是一樣，第一步做準備，怎么樣做分析報告，怎么樣分析？按照試驗規程做試驗求解。第二步像物理試驗做心理試驗。第三步全過程要可視化，現在可視化在我們所里看的很重，把仿真結果實時出來，但是很難，仿真沒有辦法實施，我們現在正在做虛擬水池這件事。

圖11 試驗建設的四個階段

試驗第一個階段每個單位都會做物理試驗，交給別人報告，報告是數據文件，第二個階段把數據文件保存出來，就是數據庫，一部分做到了，還有一部分單位沒有做到，第三個階段就是TDM，把實驗過程和實驗過程的數據拿出來，最后一步數字化試驗平臺，這個很不容易做到，需要有了很多數據積累了再進行數據挖掘分析。

本文根據中船重工702所CIO冷文浩先生在2015年中國制造業仿真技術應用研討會上演講內容整理而成，未經本人確認。