CN106528998A - 一种虚拟采办一体化模型描述方法及其实现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种虚拟采办一体化模型描述方法及其实现系统，该系统包括：功能视图模块、性能视图模块、构造视图模块、费用视图模块、进度视图模块和工程视图模块。该方法包括：构建虚拟采办一体化系统；不同的视图模块分别对相应的不同信息进行描述。本发明适用于复杂装备系统的虚拟采办应用，实现基于虚拟样机的装备系统设计与仿真应用、使用与保障过程仿真应用，以及费用、进度风险预测与仿真分析应用中数据、模型、知识等信息的统一管理，实现面向不同采办项目、不同采办部门间的数据信息共享及一致性维护，能实现对复杂装备虚拟采办系统的数据信息进行多视图、层次化、一体化的统一描述。

Description

一种虚拟采办一体化模型描述方法及其实现系统

技术领域

本发明涉及模型描述方法及其实现系统。更具体地，涉及一种虚拟采办一体化模型描述方法及其实现系统。

背景技术

装备系统采办过程包括全寿命周期多个阶段。复杂装备的采办是为了达到某项使用目标或任务要求，完成对所需装备及相关系统的需求分析、概念设计、详细设计、生产制造、测试评估、使用保障直至销毁的全过程。

虚拟采办是基于仿真的采办(Simulation Based Acquisition，SBA)，是美国国防部(DoD)于1997年正式提出的一种新型的装备系统采办模式。虚拟采办(又称基于仿真的采办)旨在将建模与仿真技术与国防采办全过程充分融合，从而为国防采办提供支持。SBA包括虚拟设计、虚拟制造、虚拟装配、虚拟测试、虚拟训练和虚拟作战等方面，可服务于武器装备的需求分析、设计、制造、测试、训练和作战概念研究的全过程。在资源相对减少、技术越来越复杂、对抗环境变化越来越快的情况下，这种技术的使用可以达到缩短开发周期、降低成本和开发风险、提高武器性能的目的。

面向复杂系统的虚拟采办是将建模与仿真技术强健、协同、集成化地应用于装备系统采办各部门、各个采办项目及项目采办全过程的一种新型采办模式。具体地，虚拟采办是在上述过程中，通过建立全寿命周期各个阶段的仿真系统，使一切论证、设计、研制、试验和使用都通过仿真模型在仿真环境下“虚拟完成”。虚拟采办通过将建模与仿真技术作为支撑性技术，全面应用于上述装备系统全寿命周期的各个阶段，在新型的并行化、不断迭代的柔性过程中，将装备系统采办所需的技术、管理、人员等要素综合集成，实现采办方、研制方及使用方之间的协同，提高决策的质量，辅助实现装备系统采办“更好、更快、更省”的目标。

目前，在全寿命周期中的不同阶段，装备系统的不同领域的不同分系统具有不同的模型性质及属性信息数据，缺少一种一体化的虚拟采办模型描述方法以及多层次、多视图的一体化模型构建系统，使得该建模方法及其实现系统具有以下优点：1.能够支持全寿命周期的仿真分析应用；2.支持多阶段、多维度(技术、管理)、多学科模型的一体化描述；3.支持数据/模型/知识等多种形式仿真资源的综合应用；4.支持采办过程中全寿命周期信息数据的一致性维护。

因此，需要提供一种一体化的虚拟采办模型描述方法以及多层次、多视图的一体化模型实现系统。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种虚拟采办一体化模型描述方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种虚拟采办一体化模型描述方法，该方法包括：

S1：构建虚拟采办一体化系统，并在该系统内进一步构建功能视图模块、性能视图模块、构造视图模块、费用视图模块、进度视图模块和工程视图模块；

S2：功能视图模块对装备系统采办的使用需求信息进行描述；

S3：性能视图模块对虚拟采办一体化系统的性能指标信息进行描述；

S4：构造视图模块对与生产制造相关的虚拟采办一体化系统的结构和工艺信息进行描述；

S5：费用视图模块对虚拟采办一体化系统的费用组成信息进行描述；

S6：进度视图模块对虚拟采办一体化系统的任务进度信息进行描述；

S7：工程视图模块对虚拟采办一体化系统的维修保障过程及备件仿真信息进行描述。

优选地，使用需求信息包括装备采办总体描述信息、具体需求信息和参考装备信息，其中

装备采办总体描述信息采用定性的文本描述方式，包括：装备的标识、类别、概要描述、使命目标；

具体需求信息包括采用列表实现的能力需求、任务需求和技术指标；

参考装备信息用于为装备采办论证提供对标信息，包括：参考装备的名称、型号、国别、研制费用、研制周期、各项技术指标。

优选地，性能视图模块对虚拟采办一体化系统不同研制阶段的性能指标信息进行描述，研制阶段包括方案设计阶段和工程研制阶段，虚拟采办一体化系统在研制阶段包括至少一个分系统，分系统包括至少一个仿真模型，仿真模型的性能描述信息包括技术指标、设计参数、输入参数、输出参数、设计方法和仿真可信度。

优选地，构造视图模块对不同研制阶段装备的三维模型信息进行描述，三维模型包括至少一个分系统，分系统包括至少一个部组件模型，部组件模型的构造描述信息包括：物理参数、工艺仿真和装配仿真信息，其中

物理参数信息包括参数名称、数值范围和度量单位描述信息；

工艺仿真信息包括工艺名称及其工艺条件描述信息；

装配仿真信息包括装配路径及其装配空间位置姿态描述信息。

优选地，费用组成信息包括采办总费用、阶段费用、年度费用、费用率参数及费用分解结构信息。

优选地，进度视图模块针对每个采办任务建立进度仿真模型及任务进度列表，任务进度列表包括：子任务名称、子任务ID、子任务中内嵌任务名称、内嵌任务ID、内嵌任务工作分解结构的序号、内嵌任务工期分布函数、内嵌任务预测工期、内嵌任务实际工期和内嵌任务是否是关键路径节点。

优选地，维修保障过程及备件仿真信息包括任务剖面、维修保障方案和装备系统组成，其中

任务剖面描述装备要执行的具体任务名称及任务要求；

维修保障方案包括要求名称、数值范围和度量单位描述信息；

装备系统组成为层次化的列表描述结构，第一层为系统中包含的装备名称，第二层为装备包含的子系统名称，第三层为子系统包含的部组件名称，每个部组件的描述信息包括：工作失效率、停机失效率、维修类型、维修时间和价格。

本发明的另一个目的在于提供一种虚拟采办一体化模型实现系统。

一种虚拟采办一体化模型实现系统，该系统包括：

功能视图模块，用于对装备系统采办的使用需求信息进行描述；

性能视图模块，用于对虚拟采办一体化系统的性能指标信息进行描述；

构造视图模块，用于对与生产制造相关的虚拟采办一体化系统的结构和工艺信息进行描述；

费用视图模块，用于对虚拟采办一体化系统的费用组成信息进行描述；

进度视图模块，用于对虚拟采办一体化系统的任务进度信息进行描述；

工程视图模块，用于对虚拟采办一体化系统的维修保障过程及备件仿真信息进行描述。

本发明的有益效果如下：

本发明通过建立功能视图、性能视图、构造视图、费用视图、进度视图和工程视图，对复杂装备虚拟采办系统的数据信息进行多视图、层次化、一体化的统一描述。使用该方法建立的虚拟采办一体化模型，能够覆盖装备系统全寿命周期的各个阶段，全系统组成，以及费用、进度、质量、产品、流程全方位管理要求。

本发明适用于复杂装备系统的虚拟采办应用，实现基于虚拟样机的装备系统设计与仿真应用、使用与保障过程仿真应用，以及费用、进度风险预测与仿真分析应用中数据、模型、知识等信息的统一管理，实现面向不同采办项目、不同采办部门间的数据信息共享及一致性维护。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出一种虚拟采办一体化模型描述方法步骤图。

图2示出一种虚拟采办一体化模型实现系统框架图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种虚拟采办一体化模型描述方法，该方法包括：

S1：构建虚拟采办一体化系统，并在该系统内进一步构建功能视图模块、性能视图模块、构造视图模块、费用视图模块、进度视图模块和工程视图模块.

S2：功能视图模块对装备系统采办的使用需求信息进行描述，使用需求信息包括装备采办总体描述信息、具体需求信息和参考装备信息，其中装备采办总体描述信息采用定性的文本描述方式，包括：装备的标识、类别、概要描述、使命目标；具体需求信息包括采用列表实现的能力需求、任务需求和技术指标；参考装备信息用于为装备采办论证提供对标信息，包括：参考装备的名称、型号、国别、研制费用、研制周期、各项技术指标。

S3：性能视图模块对虚拟采办一体化系统的性能指标信息进行描述，性能视图模块对虚拟采办一体化系统不同研制阶段的性能指标信息进行描述，研制阶段包括方案设计阶段和工程研制阶段，虚拟采办一体化系统在研制阶段包括至少一个分系统，分系统包括至少一个仿真模型，仿真模型的性能描述信息包括技术指标、设计参数、输入参数、输出参数、设计方法和仿真可信度。

S4：构造视图模块对与生产制造相关的虚拟采办一体化系统的结构和工艺信息进行描述，构造视图模块对不同研制阶段装备的三维模型信息进行描述，三维模型包括至少一个分系统，分系统包括至少一个部组件模型，部组件模型的构造描述信息包括：物理参数、工艺仿真和装配仿真信息，其中物理参数信息包括参数名称、数值范围和度量单位描述信息；工艺仿真信息包括工艺名称及其工艺条件描述信息；装配仿真信息包括装配路径及其装配空间位置姿态描述信息。

S5：费用视图模块对虚拟采办一体化系统的费用组成信息进行描述，费用组成信息包括采办总费用、阶段费用、年度费用、费用率参数及费用分解结构信息。

S6：进度视图模块对虚拟采办一体化系统的任务进度信息进行描述，进度视图模块针对每个采办任务建立进度仿真模型及任务进度列表，任务进度列表包括：子任务名称、子任务ID、子任务中内嵌任务名称、内嵌任务ID、内嵌任务工作分解结构的序号、内嵌任务工期分布函数、内嵌任务预测工期、内嵌任务实际工期和内嵌任务是否是关键路径节点。

S7：工程视图模块对虚拟采办一体化系统的维修保障过程及备件仿真信息进行描述，维修保障过程及备件仿真信息包括任务剖面、维修保障方案和装备系统组成，其中任务剖面描述装备要执行的具体任务名称及任务要求；维修保障方案包括要求名称、数值范围和度量单位描述信息。装备系统组成为层次化的列表描述结构，第一层为系统中包含的装备名称，第二层为装备包含的子系统名称，第三层为子系统包含的部组件名称，每个部组件的描述信息包括：工作失效率、停机失效率、维修类型、维修时间和价格。

应注意的是，步骤S2～S7所述的描述方法无顺序要求。

本发明的另一个目的在于提供一种虚拟采办一体化模型实现系统。

一种虚拟采办一体化模型实现系统，包括：功能视图模块1、性能视图模块2、构造视图模块3、费用视图模块4、进度视图模块5、工程视图模块6。本发明中工程视图模块为RMS(Reliability可靠性、Maintenance维修性、Supportability保障性)工程视图模块。功能视图模块1面向装备采办的论证阶段，描述装备系统的使用需求等信息；性能视图模块2面向装备采办的设计研制阶段，为支持利用虚拟样机代替物理原型进行设计与仿真验证，描述装备虚拟采办系统的性能指标等信息；构造视图模块3面向装备采办的生产制造阶段，为支持基于三维模型的制造工艺仿真、装配仿真等应用，描述装备虚拟采办系统的结构、工艺等信息；费用视图模块4面向装备采办中的管理过程，为支持费用预测和分析，描述费用组成等信息；进度视图模块5面向装备采办中的管理过程，为支持进度规划和风险分析，描述虚拟采办系统的任务周期等信息；RMS工程视图模块6面向装备采办的使用与保障阶段，描述装备系统的可靠性、维修性、保障性等通用质量的仿真信息。

功能视图模块1，用于对装备系统采办的使用需求信息进行描述。装备系统采办的需求信息，包括：装备采办总体描述信息、具体需求信息和参考装备信息。装备采办总体描述信息采用定性的文本描述方式，包括：装备的标识、类别、概要描述、使命目标。装备具体需求信息，包括：能力需求、任务需求和技术指标，均采用列表实现，其中能力需求采用定性文本描述；任务需求又包括任务名称和要求描述，任务要求采用定性和定量混合描述；技术指标又包括指标名称和指标要求描述，指标要求采用定量描述。参考装备信息采用列表实现，用于为装备采办论证提供对标信息，包括：参考装备的名称、型号、国别、研制费用、研制周期、各项技术指标。

性能视图模块2，用于对虚拟采办一体化系统的性能指标信息进行描述。性能视图模块2描述装备虚拟采办系统的性能指标信息，包含对不同研制阶段装备系统对应的虚拟样机仿真系统的性能指标信息。装备系统的研制阶段包括方案设计阶段、工程研制阶段，其中工程研制阶段又可以细分为初样研制阶段、试样研制阶段等。装备系统在每个研制阶段所对应的虚拟样机系统具有层次化组成结构，由多个分系统组成，每个分系统又包含多个仿真模型，对每个仿真模型的性能描述信息包括：技术指标、设计参数、输入参数、输出参数、设计方法和仿真可信度，其中技术指标、设计参数、输入参数、输出参数都采用定量描述形式，以列表实现，并且包含数据名称、数值范围和度量单位描述信息。在装备虚拟样机系统组成列表中选中分系统、仿真模型名称后，可以编辑或查看仿真模型的可信度数值，其对应的技术指标项、设计参数项、输入参数项、输出参数项和设计方法项，可以在右侧相应的各个列表中进行编辑或显示。

构造视图模块3，用于对与生产制造相关的虚拟采办一体化系统的结构和工艺信息进行描述。构造视图模块3对装备系统在不同研制阶段所对应的三维模型信息进行描述。每个三维模型具有层次化组成结构，由多个分系统组成，每个分系统又包含多个部组件模型，每个部组件模型的构造描述信息包括：物理参数、工艺仿真和装配仿真信息，采用列表形式实现，其中：

1)物理参数列表定量化地描述部组件的尺寸、质量等物理参数，每个物理参数项包含参数名称、数值范围和度量单位描述信息；

2)工艺仿真列表采用定性和定量混合方式描述部组件所需的加工工艺仿真信息，每个数据项包含工艺名称及其工艺条件描述信息；

3)装配仿真列表采用定性和定量混合方式描述部组件的虚拟装配过程，每个数据项包含装配路径及其装配空间位置姿态描述信息。

在装备三维模型系统组成列表中选中分系统、部组件模型后，部组件模型所对应的物理参数、工艺仿真和装配仿真信息可以在右侧相应的各个列表中编辑或显示。

费用视图模块4，用于对虚拟采办一体化系统的费用组成信息进行描述。装备采办费用的描述信息，包括：采办总费用、阶段费用、年度费用、费用率参数及费用分解结构信息。其中：

1)总费用为装备系统采办所需的费用总和，包括估算值和实际值信息；

2)阶段费用为采办各个阶段所需的费用，例如方案设计阶段、工程研制阶段等，描述信息包括阶段名称及其对应的费用估算值和实际值信息，采用列表实现；

3)年度费用为采办研制周期中每个年度所需的费用，描述信息包括年度及其对应的费用估算值和实际值信息，采用列表实现；

4)费用率参数为采办过程中费用分析计算所用的相关基本参数，包括燃料动力费率、试验补贴费率、管理费率、工资费率等，由费用率参数名称、数值及度量单位信息描述，采用列表实现；

5)费用分解结构描述装备全寿命周期各阶段费用的组成信息，各阶段的费用由多个费用项组成(例如根据国家科研经费管理办法，装备研制费用包括设计费、材料费、外协费、专用费、试验费、固定资产使用费、工资费和管理费)，每个费用项又包含多个费用单元，每个费用单元的描述信息包括费用影响参数、估算方法、估算公式、估算值和实际值。费用分解结构采用列表实现。

进度视图模块5，用于对虚拟采办一体化系统的任务进度信息进行描述。装备系统采办全寿命周期的每个阶段都包含多个采办任务，针对每个采办任务建立进度仿真模型，对该任务的执行周期进行预测。因此每个采办阶段都对应一个采办任务进度仿真模型的列表，由模型名称、预测工期和实际工期信息描述。在任务进度仿真模型列表中选中某个模型后，其对应的具体进度仿真信息将在下方的任务进度列表中编辑或显示。任务进度列表详细描述每个采办任务仿真模型的具体组成，包括：子任务名称、子任务ID、子任务中内嵌任务名称、内嵌任务ID、内嵌任务工作分解结构(WBS)的序号、内嵌任务工期分布函数、内嵌任务预测工期、内嵌任务实际工期、内嵌任务是否是关键路径节点。

工程视图模块6，用于对虚拟采办一体化系统的维修保障过程及备件仿真信息进行描述。装备系统的维修保障过程及备件仿真信息，包括：任务剖面、维修保障方案、装备系统组成。任务剖面描述装备要执行的具体任务名称及任务要求，采用列表实现。每个任务剖面对应多个维修保障方案，每个维修保障方案包含方案名称和维修保障要求列表描述信息；维修保障要求为定量指标，包含要求名称、数值范围和度量单位描述信息。装备系统组成为层次化的列表描述结构，第一层为系统中包含的装备名称，第二层为装备包含的子系统名称，第三层为子系统包含的部组件名称，每个部组件的描述信息包括：工作失效率、停机失效率、维修类型、维修时间、价格。

应注意的是，本发明中的一种虚拟采办一体化模型描述方法及实现系统是统一的，即该描述方法是在该实现系统基础上的，同时该实现系统应用该方法进行描述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种虚拟采办一体化模型描述方法，其特征在于，该方法包括：

S1：构建虚拟采办一体化系统，并在该系统内进一步构建功能视图模块、性能视图模块、构造视图模块、费用视图模块、进度视图模块和工程视图模块；

S2：功能视图模块对装备系统采办的使用需求信息进行描述；

S3：性能视图模块对虚拟采办一体化系统的性能指标信息进行描述；

S4：构造视图模块对与生产制造相关的虚拟采办一体化系统的结构和工艺信息进行描述；

S5：费用视图模块对虚拟采办一体化系统的费用组成信息进行描述；

S6：进度视图模块对虚拟采办一体化系统的任务进度信息进行描述；

S7：工程视图模块对虚拟采办一体化系统的维修保障过程及备件仿真信息进行描述。

2.根据权利要求1所述的虚拟采办一体化模型描述方法，其特征在于，所述使用需求信息包括装备采办总体描述信息、具体需求信息和参考装备信息，其中

装备采办总体描述信息采用定性的文本描述方式，包括：装备的标识、类别、概要描述、使命目标；

具体需求信息包括采用列表实现的能力需求、任务需求和技术指标；

参考装备信息用于为装备采办论证提供对标信息，包括：参考装备的名称、型号、国别、研制费用、研制周期、各项技术指标。

3.根据权利要求1所述的虚拟采办一体化模型描述方法，其特征在于，所述性能视图模块对虚拟采办一体化系统不同研制阶段的性能指标信息进行描述，所述研制阶段包括方案设计阶段和工程研制阶段，所述虚拟采办一体化系统在所述研制阶段包括至少一个分系统，所述分系统包括至少一个仿真模型，所述仿真模型的性能描述信息包括技术指标、设计参数、输入参数、输出参数、设计方法和仿真可信度。

4.根据权利要求1所述的虚拟采办一体化模型描述方法，其特征在于，所述构造视图模块对不同研制阶段装备的三维模型信息进行描述，所述三维模型包括至少一个分系统，所述分系统包括至少一个部组件模型，所述部组件模型的构造描述信息包括：物理参数、工艺仿真和装配仿真信息，其中

物理参数信息包括参数名称、数值范围和度量单位描述信息；

工艺仿真信息包括工艺名称及其工艺条件描述信息；

装配仿真信息包括装配路径及其装配空间位置姿态描述信息。

5.根据权利要求1所述的虚拟采办一体化模型描述方法，其特征在于，所述费用组成信息包括采办总费用、阶段费用、年度费用、费用率参数及费用分解结构信息。

6.根据权利要求1所述的虚拟采办一体化模型描述方法，其特征在于，所述进度视图模块针对每个采办任务建立进度仿真模型及任务进度列表，所述任务进度列表包括：子任务名称、子任务ID、子任务中内嵌任务名称、内嵌任务ID、内嵌任务工作分解结构的序号、内嵌任务工期分布函数、内嵌任务预测工期、内嵌任务实际工期和内嵌任务是否是关键路径节点。

7.根据权利要求1所述的虚拟采办一体化模型描述方法，其特征在于，所述维修保障过程及备件仿真信息包括任务剖面、维修保障方案和装备系统组成，其中

任务剖面描述装备要执行的具体任务名称及任务要求；

维修保障方案包括要求名称、数值范围和度量单位描述信息；

装备系统组成为层次化的列表描述结构，第一层为系统中包含的装备名称，第二层为装备包含的子系统名称，第三层为子系统包含的部组件名称，每个所述部组件的描述信息包括：工作失效率、停机失效率、维修类型、维修时间和价格。

8.一种虚拟采办一体化模型实现系统，其特征在于，该系统包括：

功能视图模块，用于对装备系统采办的使用需求信息进行描述；

性能视图模块，用于对虚拟采办一体化系统的性能指标信息进行描述；

构造视图模块，用于对与生产制造相关的虚拟采办一体化系统的结构和工艺信息进行描述；

费用视图模块，用于对虚拟采办一体化系统的费用组成信息进行描述；

进度视图模块，用于对虚拟采办一体化系统的任务进度信息进行描述；

工程视图模块，用于对虚拟采办一体化系统的维修保障过程及备件仿真信息进行描述。