精于专业,化繁至简

“繁杂与昂贵不具备商业可行性。”

Airbus系统通用工程副总裁Bruno Darboux(右)与Airbus建模与仿真资深专家Pascal Gendre(左)一同向我们娓娓道出了,这家航空巨头如何采用仿真技术有效管理和集成日益复杂的分布式智能系统(包含现代喷气飞机)。

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Dimensions:航空业的最大挑战是什么?Airbus如何应对?

Bruno Darboux:在过去十年间,大型飞机的系统不断变得更为复杂。这些系统已从松散耦合转变成更为紧密的耦合。在执行任务时,过去的系统设计很少与其他系统交换信息(松散耦合)。它们在某种程度上算是独立系统。现在的情况已经迥然不同。目前所有的机载系统日益紧密互连。而且它们共享许多公共资源,例如计算平台与接口设备,这让各方面变得紧密耦合并且相当复杂。不但资源共享,而且功能也会跨越多个系统。

Pascal Gendre:与此同时,系统与现实世界连接的方式也日新月异。Airbus目前以更高精度测量更多物理现象,如:结冰、EMI/EMC、热环境、材料行为和流固耦合等,这有助于相互作用的系统实现更佳的整体飞行体验。您无法驾驶一架不稳定的飞机。然而,通过采用紧密连接现实世界的高级飞行控制系统,您就能安全地实现最佳飞行性能。

BD:这种复杂性使我们不得不实施繁杂而又昂贵的程序来开发新型飞机,但是繁杂与昂贵不具备商业可行性。因此,我们引入了高级系统工程方法来化繁为简,同时也在努力采用更多有效方法。为了能成功开发出A350,我们已开始部署基于模型的系统工程方法,同时希望针对我们的未来产品开发工作进行更多部署。

Dimensions:您简要地提到了安全性。显而易见,管理嵌入式软件对于确保飞机的安全性至关重要,那么Airbus为管理嵌入式软件实施了哪些程序?

BD:通过遵守航空标准,可以充分确保嵌入式软件的安全性。其中包括DO-178C、SAE ARP 4754A等外部标准以及我们自己的内部标准。不过,遵守这些标准存在相关的成本与研发周期挑战。全面达到合规性要求需要高昂的成本,因此我们不希望重复证明10次,因为软件随着每次的迭代设计不断发展变化。我们需要快速迭代循环。而且,随着设计走向成熟,我们必须对软件进行微调,甚至在开发的最后阶段(如飞行测试阶段等)也不例外。

“我们已经开始部署基于模型的系统工程,同时希望采用更多方法。”

2011年11月泰国国际航空公司首架A380喷气客机的各个部分在法国图卢兹空客总装线完成组装。
Dimensions:那么您在这么晚的阶段也能修改软件?

BD: 当然。这正是仿真软件的价值所在。ANSYS SCADE Suite、ANSYS SCADE Display等嵌入式软件建模工具使工程师和设计人员都能非常正式地表达设计规范。这些工具可以从模型自动生成现行的飞行软件。利用这种方法,我们能够以大幅降低的认证成本编制软件,同时减少极其昂贵的测试验证次数。软件建模与仿真已将飞行测试过程中的软件生成时间从两周大幅缩短到短短两天。这不仅能实现巨大的改进,而且还可获得显著的上市时间优势。

Dimensions:仿真如何适应开发过程?

PG: 先从子系统设计入手,每个设计团队都需要对自己环境进行建模,才能解决迫切的具体问题并找到可实现最佳性能的解决方案。在开发的集成阶段,我们需要在称为“Iron Bird”的单个仿真器中高度整合大量仿真结果。此仿真器必须支持多个独立的系统及其不同物理场和互动方式。

Airbus一瞥

→创立时间:1967年
→总部:位于法国图卢兹
→全球员工:58000人 (来自100个国家)
→ 影响力:目前有8340架空客飞机正在服役

Dimensions:由于一架飞机由众多模型制造而成,如何才能将这些独立的模型完美结合在一起?

BD:显然,每个团队不但需要自己的模型,而且还需要与模型相关的表现方案。例如,水力系统团队需要清楚地表现发动机性能、动力侧引擎机舱环境以及用户侧的起落架收放顺序。这就促使我们开发了一套不仅能共享模型,而且还可将其装配到更大型系统中的方案。

然后我们进行端到端仿真,并且只需根据相关结果调整控制逻辑或者迭代到架构设计。

PG:无论您希望检查控制面的运动学、研究驾驶舱设计的人为因素还是设计与校正空调或通风系统,您都需要采用不同的建模方法,而且必须仿真各种不同组合的参数。要点是在设计的微调过程中提前采用建模与仿真实施大部分集成工作,并在最终测试阶段减少整架飞机在地面或空中的测试点数量。

Dimensions:您如何看待将物理测试与建模融合在一起的最佳方法?

PG:我们拥有真正懂得如何解释仿真结果的专家。对实际飞机或模型进行的大部分物理测试旨在重复检查仿真结果是否与实际情况一致。然后,我们就可采用仿真技术来验证飞机在完整设计与非设计封装 (off-design envelope) 中的行为。

“软件建模与仿真已将飞行测试过程中的软件生成时间从两周缩短到短短两天。”

Dimensions: 您还遇到过哪些其它挑战?

BD:Airbus不仅在内部拥有许多非常厉害的团队,而且我们还与供应商的工程团队开展众多协作。我们负责系统架构与集成,同时将95%的系统详细设计与设备制造进行外包。我们内部完成5%,采购95%。供应商提供技术与智能设计解决方案,而且参与集成工作。因此我们必须与供应商交换模型,以帮助我们在上游完成更多仿真并减少成品测试。

PG:为了交换模型,我们需要依靠强大可靠的标准。我们已经实施了Airbus AP2633等交换标准,但我们还不能说我们已具备完美实现任务所需的名符其实的优良标准。我们在努力针对整个行业制定相关标准;例如MOSSEC计划等。MOSSEC代表协作式系统工程环境下的建模与仿真信息。

Dimensions:在航空业,您认为哪些技术趋势会在未来5年或10年发挥至关重要的作用?

BD:我们很难预测到创新。不过,我们通常在能够为我们的飞机客户带来增值的领域实现创新:卓越的乘客体验、飞机性能的持续改进以及无缝的机队运营等。
毋庸置疑,数字化是所有这些方面的大势所趋,即:以最睿智的方法使用数据设计出最佳解决方案。另外很重要的一点是采集和传输最佳数据,以便为最终用户提供最佳实时服务。

2015 Ambience A350 XWB发动机

无论您希望进行多物理场优化,还是跨机载与地面计算平台设置分布式功能,建模与仿真技术都能使我们的业务获益良多。这样我们就能减少部署周期与成本,从而更快速地在市场推陈出新。凭借建模与仿真功能,我们能不断开发更好的产品,如:最新的A320 Neo在燃油效率方面提高了逾15%。

Bruno Darboux曾就职于Thales、ATR与Airbus,曾参与过众多民用与军用平台的工程与编程开发工作。Bruno Darboux目前负责管理空客系统开发工艺、方法与工具的制定工作,同时还管理着空客飞机安全与资格认证团队。
 
Pascal Gendre 获得航空计算流体动力学博士学位后,曾就职于Lacroix与Airbus公司。在投身开发建模与仿真程序之前,负责采用建模与仿真技术来开发产品。Pascal Gendre目前负责管理空客飞机项目中各个工程方面所需的建模与仿真研发项目。
A380驾驶舱

“凭借建模与仿真功能,我们能够不断开发更出色的产品。”

ANSYS公司成立于1970年,目前雇员人数近3000人,其中大部分是有限元分析、计算流体动力学、电子、半导体、嵌入式软件和设计优化等领域的专家硕士和博士工程师。ANSYS的杰出员工热衷于推进世界一流的仿真技术,让我们的客户能够将他们的设计理念以更低成本、更快地转化为成功的创新产品。 作为衡量公司成功实现上述目标的一大指标,ANSYS已被享誉盛名的 《商业周刊》《财富》评定为世界上最具创新性的公司之一。

欲了解更多详情,敬请访问ANSYS 公司手册

工程仿真是我们唯一的关注重点。在过去的45年,我们一直推进这项技术,以满足不断变化的客户需求。
ANSYS致力于研发、销售和支持能够预测产品设计在现实环境中如何表现的工程仿真软件。我们正通过各种方法不断优化仿真解决方案:

  • 开发或并购最好的技术;
  • 整合成能够求解复杂多物理场的统一可定制仿真平台;
  • 为管理仿真流程和数据提供高性能计算(HPC)和云解决方案等系统服务。

在世界各地使用ANSYS软件的客户超过40,000家,其中包括96家来自《财富》 500强名单上排名前100位的工业企业。我们的客户涉及的行业范围广泛,包括航空航天、汽车、电子、能源、材料和化学处理、涡轮机械、消费类产品、医疗保健、体育等。

客户利用我们的技术设计用于太空探索的新火箭、自主汽车、先进的可植入医疗设备和特定病人的治疗程序、超音速列车、更高效的风力涡轮机和太阳能解决方案、用于智能手机和电脑的更智能电子设备、用于物联网设备的嵌入式软件,不一而足。

自公司成立至今,ANSYS已从一个容纳工程师小组的办公室演变成为在三大洲设有办事处的国际公司。

ANSYS公司总部位于美国宾夕法尼亚州卡侬斯堡的匹兹堡南部。我们在世界各地有超过75个战略销售部门,渠道合作伙伴网络遍及40多个国家和地区。ANSYS公司致力于和客户形成密切合作的伙伴关系,并在当地提供增值服务和支持。

在中国,ANSYS拥有北京/上海/深圳/成都四个分公司,两百余名员工,与我们的合作伙伴共同为中国制造业提供最先进的仿真技术,通过仿真技术支撑中国2025。欲了解更多详情,敬请访问www.ansys.com.cn。

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通过帮助客户在构建原型之前验证其新产品的工作表现,我们帮助他们节省了大量时间和成本。也许更重要的是,我们的技术让他们能够充分相信其产品能够在工作中完美无缺地运行,这是一项宝贵的商业资产。我们将这个过程称之为仿真驱动的产品研发。

ANSYS软件涵盖了整个物理学范围,可以帮助解决任何产品设计难题。我们的软件不仅提高了效率,还推动创新。它可减少或消除物理的限制,使其它方式不可能实现的仿真测试变为可能。它能够促进工程师的假设分析思考,帮助他们更容易地探索最佳的设计解决方案。因为我们的软件能够让客户在构建单个原型之前测试成千上万种设计方案,所以具有无限可能性。探索工作完成后,仿真驱动产品研发将会指引您获得唯一的最佳解决方案。

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