仿真验模数据管理系统方案（上）
文 | 喻强
配图 | 来自某企业SIMV&Ver应用项目
1技术需求背景
近年来，在全球能源紧缺和日益突出的环境问题背景下，新能源的开发与利用不断得到重视。我国也积极参与到全球新能源研发的队伍中，重视新能源企业的发展，并给与政策和经济上的扶持。新能源企业在国民经济中有着重要的战略性地位。
随着科学技术的不断发展，人们对风机使用的要求也愈来愈高，就目前国外风机技术发展趋势而言，将朝着风机容量不断增大、高效化、高速小型化和低噪音方向发展，同时这也是国内风机行业在技术方面的努力方向。
根据风机的产品设计需求，大多数是通过计算机数学模型对风机改型设计和产品设计的合理性进行工程实验论证。一方面，在保证风机性能强度的前提下，降低风机设计成本和制造成本，提高风机制造企业的经济效益；另一方面，通过传统方法设计产品的风机模型级性能试验和计算机模拟试验进行比较，论证计算机参数化设计与模拟实验取代传统设计的可行性，为从事计算机实现产品虚拟样机开发提供事实依据。
虚拟样机技术是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法，这些数字模型即虚拟样机（VirtuaI Prototype，VP），能从产品功能、性能和行为上模拟真实产品。复杂产品虚拟样机技术涉及多系统运动学、动力学、气动、热学、电磁学、控制等建模理论及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域协同仿真技术、信息集成与管理技术、工程设计分析技术和虚拟现实技术的综合应用技术。
在这样的市场背景下，北京安怀信股份有限公司自主研发的SimV&Ver仿真验模数据管理系统是一套基于置信度的性能虚拟样机数据管理系统,包含了仿真规划、仿真验证规划、仿真验模、虚拟样机库管理等几大功能模块，可应用于结构静力学、结构动力学、流体力学、传热学、数学模型、电磁学等多种学科的仿真验模应用。
工程师可以采用相应仿真分析工具，对风机的性能进行仿真分析。借助于SimV&Ver系统，可以对仿真模型进行验模研究。利用确认试验数据对仿真模型的精度水平进行评估，提升仿真模型的精度水平，减少仿真的不确定性。并且对仿真验模的过程数据进行管理，对验模所得到的高精度模型进行保存，形成风机的仿真知识库，建立风机的虚拟样机库。
2风机企业实现V&V的必要性
市场竞争的核心是产品创新，产品创新主要体现在对客户的响应速度和响应品质上。传统的物理样机设计流程在产品研发中已经越来越无法满足多变的、持续发展的市场需求，要想在市场竞争中获胜，缩短产品开发周期、快速响应市场，降低产品的生命周期成本，提高产品质量成为企业追求的目标。在持续性发展战略下，为提高核心竞争力，制造企业必须解决其新产品的“T（上市时间）”、“Q（质量）”、“C（成本）”、“S（服务）”、“E（环境）”、“F（柔性）”等难题。虚拟样机技术（Virtual Prototyping Technology，简称VPT）正是在这种市场背景下产生的。
虚拟样机技术从并行工程角度出发，融合了先进建模技术、信息管理技术、多领域协同设计与仿真技术、交互式用户界面技术和虚拟现实技术。虚拟样机技术实现了产品开发过程的信息化、可视化及智能化，使得产品设计的可塑性更加灵活，是未来工程设计技术发展的主导趋势，目前已被广泛应用于多个工业领域，如航空航天、汽车工程、国防装备、电力电子、纺织机械及生物医学等。
传统研发模式下，风机的研制通常需要大量的物理试验，测得产品在各类载荷条件下的性能参数，并根据物理试验结果对设计进行改型和优化。物理试验是获取所设计的产品性能最直接的手段，但是，某些特殊条件的载荷无法通过实验室条件下的物理试验获得，或者此类载荷会对设备造成永久性破坏。此外，大量的物理试验在时间、人力、物力和财力上都会造成大量消耗。
在产品的正向设计研发流程中，如何更多的依赖于虚拟试验的手段，在产品设计过程中，采用虚拟试验和物理实验相结合，充分的发挥虚拟试验速度快、成本低、可以进行更多复杂工况条件模拟的特点，减少物理试验的投入，提升客户产品创新设计的能力，是目前面临的一个难题。
目前，国际上通常采用对仿真模型V&V（Verification & Validation）的方法，对仿真模型进行验模。利用V&V的工具对多学科仿真建模过程的误差进行识别和控制。并且通过设计层级物理试验，利用层级物理实验数据对仿真模型的预测精度进行评估，基于层级物理实验数据对仿真模型进行修正，提升仿真模型的置信度。
因此，建设仿真验模数据管理系统，通过V&V的方法，实现仿真和试验的协同，利用层级物理实验数据评估仿真模型的精度，并且进行仿真置信度提升，帮助客户建立高精度的性能虚拟样机库。在型号产品的正向研发流程中，在数字化环境下更多的借助多学科性能虚拟样机模型，进行产品的创新设计和优化。
3simV&Ver的工作原理
SimV&Ver仿真验模数据管理系统的工作原理如下图所示。
1）进行风机的仿真和验证层级规划。将复杂对象分解成层级模型，并分别进行仿真计算。根据实际需求，依据仿真规划的内容以及需要进行精度评估的模型对象，生成验证规划。创建模型V&V的验证金字塔模型。
2）执行建模与仿真，并进行模型V&V研究。根据仿真规划和验证规划的要求，进行仿真建模。集成仿真模型和试验模型，按照一定的V&V流程进行仿真模型的验证和确认，基于试验数据评估仿真模型的精度水平。
3）模型V&V结果的保存。对仿真验模的结果以金字塔的形式进行层级管理，形成产品的虚拟样机库。进入虚拟样机库，可以查看所保存模型的精度水平、模型的重要参数、仿真建模和验模规范的数据。
- END -
相关文章，在仿真秀官网搜索：
1） CAE快速建模工具：Easy2Sim产品概述
2） 飞机试验数据管理系统的实现
