序言

本系列文章將致力于闡述系統(tǒng)工程與數(shù)字孿生在大型基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用與實(shí)踐。筆者核電人出身，故文章邏輯與案例將以核工業(yè)作為牽引，用來闡述廣義上大基建行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與傳統(tǒng)制造業(yè)的區(qū)別，以及其價(jià)值(Why)、工作內(nèi)容(What)、解決方案(How)與實(shí)施方法(How to)。

接前文

5-大基建系統(tǒng)工程與數(shù)字孿生全攻略 R-需求工程 | 達(dá)索系統(tǒng)百世慧?

對(duì)應(yīng)的周期與方案定位

做什么

如本系列開卷第一回所述，系統(tǒng)工程（SE - System Engineering）是處理復(fù)雜項(xiàng)目的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和運(yùn)營的方法，按照正向設(shè)計(jì)的邏輯（非翻版或逆向），核電新型號(hào)等大型復(fù)雜基建項(xiàng)目的研發(fā)與設(shè)計(jì)工作需通過R-F-L-P的流程去實(shí)現(xiàn)。

如果您不希望做出的所謂“數(shù)字孿生”只是個(gè)用來查查幾何碰撞的“空殼子”，那就需要承接前文的R-需求工程去實(shí)現(xiàn)F-功能架構(gòu)和分析，用于滿足需求、仿真系統(tǒng)行為以及動(dòng)態(tài)多物理場(chǎng)。

CATIA-Dymola?（Dynamic Modeling Laboratory - 動(dòng)態(tài)建模實(shí)驗(yàn)室）作為行為仿真APP集成在3DEXPERIENCE平臺(tái)中，應(yīng)用Modelica建模語言同時(shí)符合FMI接口標(biāo)準(zhǔn)（Functional Mock-up Interface）。

價(jià)值是什么

用于支持先進(jìn)MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程）的功能架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的系統(tǒng)安全性分析并強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)管理；同時(shí)連接上游需求工程（R），實(shí)現(xiàn)基于未來運(yùn)行需求來定義的系統(tǒng)規(guī)格書、并以施工和運(yùn)行目標(biāo)來驅(qū)動(dòng)的初步設(shè)計(jì)。

為大基建項(xiàng)目設(shè)計(jì)和升級(jí)做長周期的數(shù)據(jù)管理，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量和可復(fù)用性；盡量在前期仿真迭代以減少后期不必要的設(shè)計(jì)變更，節(jié)省設(shè)計(jì)與施工工期。

怎么做

1. 功能架構(gòu) （Functional Architecture）

定義并優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，盡量減少子系統(tǒng)間的互依賴關(guān)系，充分利用需求管理和驗(yàn)證測(cè)試來簡(jiǎn)化映射：

• 實(shí)現(xiàn)功能分析（functional analysis）

• 給系統(tǒng)功能（functions）分配需求（requirement）

• 管理所有內(nèi)部和外部的功能接口（ functional interfaces）

• 進(jìn)行權(quán)衡研究以確定最佳方案

• 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層級(jí)的KPI自動(dòng)生成

2. 行為建模與仿真

Dymola應(yīng)用Modelica語言實(shí)現(xiàn)行為建模和仿真動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)為：

• 多專業(yè)仿真?- 跨專業(yè)定義和仿真“由諸多工程領(lǐng)域的物理組件”所構(gòu)成的模型；

• 直觀化建模?- Dymola的圖形編輯器和多專業(yè)模型庫使建?？焖偾乙咨鲜郑?/p>

• 開放靈活?- 基于Modelica的開放環(huán)境，對(duì)外部建模工具都配有其專屬的導(dǎo)入方案

3. 關(guān)于FMI標(biāo)準(zhǔn)

Functional Mock-up Interface （FMI）是一種開放的、獨(dú)立于工具的標(biāo)準(zhǔn)，支持使用xml文件和編譯的C語言組合進(jìn)行動(dòng)態(tài)模型交換和協(xié)同仿真。

4. 關(guān)于商用模型庫

a. 工業(yè)流程系統(tǒng)庫- Systems Industrial Processes Library (PRZ)：用于仿真流程工業(yè)的動(dòng)態(tài)行為，解決有關(guān)流程工業(yè)的控制策略、生產(chǎn)計(jì)劃、操作員培訓(xùn)和控制系統(tǒng)代碼測(cè)試等問題；可建立復(fù)雜工藝流程的動(dòng)態(tài)模型；適用于檢測(cè)設(shè)備的瞬態(tài)行為、進(jìn)行操作員培訓(xùn)或驗(yàn)證控制系統(tǒng)代碼；可實(shí)現(xiàn)庫的模塊化擴(kuò)展。

b. 熱工系統(tǒng)庫- Systems Thermal Library (TIZ)：為熱工系統(tǒng)提供了通用的模型，一方面可對(duì)單個(gè)組件進(jìn)行詳細(xì)的建模和計(jì)算；另一方面模型適合于大型復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，如混合循環(huán)制冷、熱泵和熱吸附式系統(tǒng)。

c. 電氣系統(tǒng)庫- Systems Electric Power Library (EWZ)：交流電路相量圖描述，可仿真供電系統(tǒng)（交流平衡/不平衡、直流、混合）。

d. 克勞修斯-朗肯循環(huán)系統(tǒng)庫- Systems ClaRa+ Library (CRZ)：支持發(fā)電廠的數(shù)字孿生模型，調(diào)查瞬態(tài)行為并獲取更多信息以優(yōu)化流程，用于在未來的能源市場(chǎng)獲得競(jìng)爭(zhēng)力。包含完整的電廠設(shè)備、控制系統(tǒng)和電網(wǎng)模型，同時(shí)支持項(xiàng)目的不同階段，如概念設(shè)計(jì)、組件設(shè)計(jì)、儀控技術(shù)優(yōu)化、虛擬調(diào)試和運(yùn)行優(yōu)化。

e. 流體動(dòng)力系統(tǒng)庫- Systems Fluid Power Library (FPZ)：支持對(duì)水力系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。

f. 暖通空調(diào)系統(tǒng)庫- Systems HVAC Library (HVZ)：支持分析不同的系統(tǒng)布局，并比較任何參考期的一次能源消耗、二氧化碳排放或能源成本；快速分析成本優(yōu)化的系統(tǒng)布局和供熱及制冷設(shè)備等場(chǎng)景；可用于大型熱工-水力系統(tǒng)的優(yōu)化。

如何落地實(shí)施

如果您希望深入了解主數(shù)據(jù)模型的詳細(xì)架構(gòu)、節(jié)點(diǎn)上需要掛的數(shù)據(jù)類型、以及和業(yè)務(wù)流程如何映射等具體事宜，請(qǐng)留下您的聯(lián)系方式與業(yè)務(wù)需求，我們的工作人員會(huì)與您取得聯(lián)系，并為您提供“業(yè)務(wù)價(jià)值驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型咨詢服務(wù)（Value Engagement）”

關(guān)于百世慧

成都百世慧科技有限公司（簡(jiǎn)稱百世慧）是一家新興高科技企業(yè)，百世慧致力于向汽車、工業(yè)裝備、能源與材料、生命科學(xué)、基礎(chǔ)設(shè)施等行業(yè)提供先進(jìn)的數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)軟件（Catia、Simulia、Enovia等）、系統(tǒng)以及解決方案，為客戶提供多渠道支持獲取方法，全天候響應(yīng)用戶問題，提供現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程等多手段支持，保障用戶應(yīng)用價(jià)值。