軍工產(chǎn)業(yè)作為高科技產(chǎn)業(yè)和先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分，是一個國家經(jīng)濟(jì)科技水平和綜合國力的集中體現(xiàn)，發(fā)展軍工將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

    近年來，我國軍工產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷從“機(jī)械軍工”向“數(shù)字軍工”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，力圖依靠科技進(jìn)步，積極提高軍工制造業(yè)核心競爭力和科技創(chuàng)新能力。在航空、船舶、航天產(chǎn)品及其他軍工領(lǐng)域，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個方面，特別是在一些重大工程方面，目的就是提高我國軍工產(chǎn)品的研制水平，增強(qiáng)我國國防科技的核心競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。

    要真正實現(xiàn)數(shù)字軍工的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，大力推進(jìn)以軍工產(chǎn)品全生命周期管理為核心的信息化建設(shè)是必有之路。產(chǎn)品全生命周期管理又稱PLM，是Product Lifecycle Management的縮寫。

1 軍工產(chǎn)品研制特點

    航空、航天、船舶、兵器、核工業(yè)等領(lǐng)域所研制的各類軍品，無論是飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星還是船舶等，幾乎都屬于復(fù)雜產(chǎn)品，“客戶需求復(fù)雜、工作原理復(fù)雜、技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜”，并由此導(dǎo)致產(chǎn)品的開發(fā)、試制、試驗、生產(chǎn)、維護(hù)等過程都非常復(fù)雜。研制周期長、涉及學(xué)科廣、參與人員多、技術(shù)難度大、地域分布廣，并且對于產(chǎn)品研制過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)管理要求高，是軍工產(chǎn)品研制的普遍特點。

    軍工產(chǎn)品研制特點使得這樣的趨勢越來越明顯，即某種軍工產(chǎn)品能否研制成功，會更明顯地依賴于軍工企業(yè)針對此類產(chǎn)品在專業(yè)業(yè)務(wù)流程、工具、知識、規(guī)范和專業(yè)參考數(shù)據(jù)等方面的積累狀況，這些無疑是構(gòu)成軍工企業(yè)核心研發(fā)能力的關(guān)鍵。

    復(fù)雜軍品的研制特點，高度綜合化、協(xié)同化及全程化的發(fā)展趨勢，使得產(chǎn)品全生命周期管理(PLM)在軍工領(lǐng)域異�；钴S。

2 我國軍工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

    我國的軍品生產(chǎn)組織長期沿用計劃經(jīng)濟(jì)體制下固有的、粗放的生產(chǎn)組織方式和管理模式，雖然也在不斷更新和改進(jìn)，但畢竟影響深遠(yuǎn)，制約了企業(yè)管理進(jìn)步和管理水平的提高。由于在研制、試驗和生產(chǎn)各階段存在時間與周期上的交叉，許多產(chǎn)品在設(shè)計定型前乃至定型后還有許多技術(shù)狀態(tài)不斷變動的情況，加之軍品多品種、小批量的特點，給軍品研制生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化造成了一定的困難。

    我國軍工產(chǎn)業(yè)目前正處于快速發(fā)展時期，任務(wù)重、要求高，能否短周期、高質(zhì)量完成軍品科研任務(wù)已經(jīng)成為軍工企業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)正在對軍工企業(yè)的核心能力提出更高的要求。但是，與世界發(fā)達(dá)國家的軍工企業(yè)相比，我國軍工企業(yè)的核心研發(fā)能力明顯不足，具體表現(xiàn)在各系統(tǒng)的集成、協(xié)同及多部門協(xié)同與并行研發(fā)的能力還遠(yuǎn)沒有形成：研發(fā)流程還沒有利用數(shù)字化手段有效地進(jìn)行集成化、完善化和系統(tǒng)化的管理；管理不能覆蓋研發(fā)全流程；研發(fā)缺少知識的支持，知識管理與產(chǎn)品研發(fā)各行其是；當(dāng)前的體制造成研發(fā)難以實現(xiàn)多項目、多場所、跨地域的并行協(xié)同架構(gòu)；企業(yè)信息化缺少標(biāo)準(zhǔn)體系等。

圖1 MSC公司PLM架構(gòu)

3 PLM對軍工產(chǎn)品研制的幫助

    根據(jù)業(yè)界權(quán)威的CIMDATA的定義，PLM主要包含三部分，即產(chǎn)品創(chuàng)新的工具類軟件（CAX軟件）、產(chǎn)品創(chuàng)新的管理類軟件（PDM和在網(wǎng)上共享產(chǎn)品模型信息的協(xié)同軟件等）、以及相關(guān)的咨詢服務(wù)，PLM與技術(shù)信息化基本上指的是同樣的領(lǐng)域，即與產(chǎn)品創(chuàng)新有關(guān)的信息技術(shù)的總稱。

    PLM對軍工產(chǎn)品的研制生產(chǎn)的項目管理、過程管理與控制、復(fù)雜產(chǎn)品配置結(jié)構(gòu)管理、可追溯的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等方面提供全方位的幫助。

    通過將企業(yè)的各類應(yīng)用系統(tǒng)集成起來，形成協(xié)調(diào)一致的PLM系統(tǒng)，市場、設(shè)計、制造和服務(wù)等企業(yè)經(jīng)營過程的各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)都構(gòu)造在PLM系統(tǒng)之上，管理整個企業(yè)的所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)，支持產(chǎn)品各個生命周期的數(shù)據(jù)管理過程。利用統(tǒng)一的PLM平臺，不但能夠加強(qiáng)軍工產(chǎn)品型號項目的規(guī)劃、執(zhí)行、變更和監(jiān)控，直觀地進(jìn)行多項目、多任務(wù)的計劃管理，方便管理人員進(jìn)行項目進(jìn)度和資源的統(tǒng)一規(guī)劃和資源平衡，還能夠管理計劃任務(wù)的內(nèi)部細(xì)節(jié)，如產(chǎn)品數(shù)據(jù)、零部件清單、工程變更、采購和質(zhì)量認(rèn)定，詳細(xì)的文檔審批和歸檔流程等，從而實現(xiàn)宏觀研發(fā)過程控制和微觀數(shù)據(jù)管理過程的結(jié)合，加強(qiáng)軍工企業(yè)內(nèi)部的協(xié)同和研發(fā)的創(chuàng)新，提升核心研發(fā)能力。

4 MSC軍工產(chǎn)品PLM解決方案

    MSC.Software（以下簡稱“MSC”）公司創(chuàng)建于1963年，總部設(shè)在美國洛杉磯，是世界領(lǐng)先的虛擬產(chǎn)品開發(fā)(Virtual Product Development，VPD)技術(shù)提供商。MSC公司的第一個客戶是美國國家航空航天局(NASA)，第一款產(chǎn)品因此得名“Nastran”，從中我們可以看到MSC具有非常深厚的軍工背景。

圖2 CCS海虹之彩

    4.1 MSC公司PLM架構(gòu)

    作為一個老牌的、專業(yè)化很強(qiáng)的PLM廠商，MSC專注于產(chǎn)品生命周期中與產(chǎn)品性能設(shè)計及仿真測試相關(guān)的領(lǐng)域，提供的解決方案涵蓋軟件工具軟件（主要是CAE工具）、管理軟件（主要是仿真數(shù)據(jù)管理）以及相關(guān)的咨詢服務(wù)。

    4.2 MSC公司PLM解決方案的優(yōu)勢

    軍工產(chǎn)品研制過程中，實物試驗費用昂貴，獲得的試驗數(shù)據(jù)也十分有限，有些甚至不可能進(jìn)行試驗，或者試驗不可重復(fù)，利用CAE仿真技術(shù)，不但可重現(xiàn)試驗現(xiàn)象和過程，而且比較容易得到一些試驗難以獲得的數(shù)據(jù)，解釋一些復(fù)雜的試驗現(xiàn)象。因此，軍品研制大量借助CAE仿真手段。

    MSC公司作為CAE領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，倡導(dǎo)的理念是“仿真真實”，所提供的CAE工具能夠準(zhǔn)確、可靠地預(yù)測產(chǎn)品在未來現(xiàn)實世界中的表現(xiàn)，以幫助工程師可以設(shè)計更好、更創(chuàng)新的產(chǎn)品。

    具體地講，MSC公司PLM解決方案的優(yōu)勢表現(xiàn)在如下方面：

    (1)MSC公司為軍工企業(yè)提供最完善的CAE工具軟件產(chǎn)品線，很多還是相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的CAE仿真標(biāo)準(zhǔn)。

    MSC公司提供的CAE工具軟件包括線性和非線性有限元分析(FEA)、多體動力學(xué)、控制系統(tǒng)、流體、熱、復(fù)合材料及其它，其中的翹楚當(dāng)屬MSC Nastran和MSC Adams。

    MSC Nastran是公認(rèn)的有限元分析標(biāo)準(zhǔn)。源于美國國家航空航天局(NASA)，是全球各國航天工業(yè)指定的CAE分析軟件，是唯一通過美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)認(rèn)證為領(lǐng)取飛行器適航證指定的唯一驗證軟件，在船舶行業(yè)MSC Nastran是中國船級社指定的船舶分析驗證軟件，國際船級社協(xié)會的10個成員(世界十大船級社)中有8家采用MSC Nastran軟件作為船舶分析的驗證軟件，包括：美國船級社ABS、英國勞氏船級社LR、日本船級社NK、挪威船級社DNV、韓國船級社KR、法國船級社BV、德國勞氏船級社GL、中國船級社CCS。

    MSC Adams是公認(rèn)的虛擬樣機(jī)仿真標(biāo)準(zhǔn)。MSC Adams軟件由于其領(lǐng)先的“功能化數(shù)字樣機(jī)”技術(shù)，迅速發(fā)展成為CAE領(lǐng)域中使用范圍最廣、應(yīng)用行業(yè)最多的機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真工具，占據(jù)了全球該分析領(lǐng)域絕大部分的市場份額，被廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車、鐵道、兵器、船舶、工程設(shè)備及重型機(jī)械等行業(yè)，眾多國際化大型公司、企業(yè)均采用MSC Adams軟件作為其產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計過程中機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真的平臺。

    (2)MSC公司為軍工企業(yè)提供最成功的仿真數(shù)據(jù)及流程管理系統(tǒng)。

    MSC SimManager公認(rèn)的仿真數(shù)據(jù)管理軟件標(biāo)桿，是軍工領(lǐng)域應(yīng)用最為成功的仿真管理系統(tǒng)，Boeing，Alenia，Airbus，EADS，Bell，Sikorsky，General Dynamics，engine mfg，GE Aircraft Engines，GKN Aerospace這些響當(dāng)當(dāng)?shù)氖澜缂壾姽て髽I(yè)，無一不是采用MSC SimManager來作為其企業(yè)級PLM平臺上的仿真數(shù)據(jù)及流程管理系統(tǒng)。

    (3)MSC公司為軍工企業(yè)提供最專業(yè)的CAE工程咨詢服務(wù)。

    MSC公司因參與美國國家航空航天局(NASA)的阿波羅登月計劃中的結(jié)構(gòu)分析工程咨詢服務(wù)，誕生了后來的MSC Nastran，并由Nastran發(fā)展至今成為全球最完善的CAE軟件及服務(wù)提供商。MSC公司50年的發(fā)展歷史中，從未中斷與世界級軍工企業(yè)的合作，包括軟件及工程咨詢服務(wù)，長期專業(yè)的CAE工程咨詢也在不斷成就MSC軟件的完善和發(fā)展。

    4.3 MSC公司PLM解決方案如何滿足客戶定制化需求

    行業(yè)中有一個這樣的共識，PLM解決方案不是即上即用的軟件，而是需要進(jìn)行大量定制化的應(yīng)用系統(tǒng)。MSC公司PLM解決方案在滿足客戶定制化需求方面有充分的考慮。

    首先，MSC公司全線CAE工具軟件都具有強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，比如Patran的PCL、Nastran的DMAP和Adams的Macro等。中國船級社(CCS)很早就利用Patran PCL功能，基于CCS《船體結(jié)構(gòu)直接計算指南》開發(fā)了船體結(jié)構(gòu)快速建模分析系統(tǒng)海虹之彩，適用于散貨船、油船、集裝箱船的船體結(jié)構(gòu)分析，內(nèi)建有CCS船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度準(zhǔn)則，可以獲得專家級的評估結(jié)果。

    其次，MSC公司的數(shù)據(jù)及流程管理平臺軟件具有強(qiáng)大的客戶化部署能力，比如MSC SimXpert具有強(qiáng)大的CAE分析流程定制及管理能力，SimManager具有完全基于客戶業(yè)務(wù)流程的仿真數(shù)據(jù)管理定制功能，實現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)的追蹤、仿真流程的標(biāo)準(zhǔn)化及自動化。

    最后，MSC公司經(jīng)驗豐富的工程服務(wù)團(tuán)隊，能夠為客戶提供專業(yè)的CAE客戶化定制指導(dǎo)及咨詢服務(wù)，MSC公司為國內(nèi)軍工企業(yè)包括航空、航天、船舶和兵器等大量客戶提供過成功的客戶化定制技術(shù)支持及實施服務(wù)。

5 MSC公司軟件發(fā)展方向及目標(biāo)

    MSC公司未來在PLM軟件研發(fā)方向的技術(shù)重點還是集中在優(yōu)勢的CAE工具軟件領(lǐng)域及仿真數(shù)據(jù)管理軟件領(lǐng)域，主要在這樣的三個方向：(1)面對目前大量分散的CAE軟件，致力于集成求解器的開發(fā)：(2)針對仿真領(lǐng)域的海量仿真數(shù)據(jù)，不斷研發(fā)功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理軟件；(3)跨行業(yè)、跨地區(qū)的HPC(高性能計算)開發(fā)。

    MSC Nastran將發(fā)展成一款真正的多學(xué)科CAE求解器，能夠覆蓋專業(yè)的線性和非線性全領(lǐng)域仿真，包括靜力學(xué)、振動和動力學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、氣彈和顫振、爆炸>中擊、熱、疲勞、流體、優(yōu)化等功能。

    仿真數(shù)據(jù)管理工具SimManager能夠通過對幾何模型、網(wǎng)格模型、裝配信息、各類仿真結(jié)果等數(shù)據(jù)的有效管理，使用先進(jìn)的信息技術(shù)把各部門協(xié)同到一起，形成多學(xué)科的解決方案，提高仿真數(shù)據(jù)的可重用性，并通過客戶化的SDM實施，定義各種仿真分析流程。

    MSC公司始終以計算更精確、容量更大、規(guī)模更大，解決更復(fù)雜的工程問題為技術(shù)發(fā)展目標(biāo)，在用戶端分布式仿真計算基礎(chǔ)上，發(fā)展GPGPU及云計算技術(shù)，不斷滿足客戶對高性能計算(HPC)的需求。

    其它發(fā)展，比如不斷完善Adams虛擬樣機(jī)功能，大力發(fā)展專業(yè)模塊和專業(yè)工具，比如風(fēng)電機(jī)組、履帶等專業(yè)模塊，齒輪、軸承、鏈傳動、帶傳動、繩索等專業(yè)工具，將行業(yè)工程經(jīng)驗和建模流程、技巧集成到軟件功能中，在提高虛擬仿真保真度的同時，降低使用門檻，使工程師將更多的精力仿真專業(yè)知識上，而不是軟件操作技巧上。

    另外，通過市場收購，不斷完善MSC公司解決方案，比如MSC公司剛剛收購了著名的比利時E-xstream公司，其Digimat軟件專注于復(fù)合材料仿真，MSC公司的目標(biāo)是，模糊材料設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的界限，實現(xiàn)高端材料更廣泛的使用，同時幫助制造商大幅降低驗證新材料體系所需的物理試驗成本。

6 結(jié)語

    為了提高我國軍工產(chǎn)品的核心研發(fā)能力，縮小與世界軍工企業(yè)的差距，數(shù)字軍工發(fā)展戰(zhàn)略正當(dāng)其時，要實現(xiàn)這一戰(zhàn)略，離不開以PLM為核心的信息化建設(shè)。MSC公司PLM解決方案為軍工產(chǎn)品設(shè)計性能分析及測試領(lǐng)域提供全生命周期管理服務(wù)，幫助企業(yè)縮短研制周期、節(jié)約研制成本、提高研制質(zhì)量。

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本文標(biāo)題：淺談MSC軍工產(chǎn)品PLM解決方案及發(fā)展方向

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