一次“MBSE”與“數字孿生”的邂逅體驗

發布時間：

2023-05-18

這一次，我們利用達索系統3DEXPERIENCE解決方案，為大家帶來一次“MBSE”與“數字孿生”的邂逅體驗：利用數字孿生技術為“面向任務的新型無人機”設計提供早期閉環驗證。

01 什么是 “數字孿生”？

數字孿生，通俗的說，就是構建一個現實物理產品的“數字克隆體”或“數字雙胞胎”，通過對“數字克隆體”的分析、模擬，來指導現實物理產品的設計、制造、使用與維護。為了使“數字克隆體”更好地逼近現實中的產品，需要充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程。

“數字孿生”最早來源于NASA，其提出利用數字孿生（Digital Twin）技術，用于航空航天飛行器的健康維護與保障。NASA在數字空間建立了能夠反映真實航天器的數字模型，通過傳感器實現與航天器真實狀態進行同步，這樣根據結構現有數據和過往情況，及時分析評估在軌航天器的狀態、是否需要維修等情況，并可以通過數字孿生模型模擬后續的任務執行狀態，以指導真實任務的執行。

Dr. Michael Grieves概述的Digital Twin模型

隨著數字孿生概念不斷的擴展，目前在智能產品的設計、制造、運維、管理上均有相應的概念應用場景，并且有了不少的先驅實踐。

02 什么是MBSE？

MBSE，即Model Based System Engineering，基于模型的系統工程，通俗的講，是將我們在工作中表達設計理念的Word、PPT等等這些文檔，轉化為有“四肢軀干”、有動作行為的“活”的模型。這樣一來，一方面設計團隊能夠通過更形象的模型彼此更快速、更準確地理解互相的設計意圖，不用再讀長篇大論的文檔；另一方面可以在設計早期就可以利用“活”的模型做驗證和確認，避免產品造出來，才發現產品功能不行、或者根本不是我們想要的。

03 達索系統三維體驗平臺融合MBSE與數字孿生

達索系統一直致力于構建面向制造業的連續數字孿生體，打造承載數字孿生體的3DEXPERIENCE平臺解決方案，能夠將“基于模型”的理念在設計、制造、運營服務全階段中得到充分的應用，并在各領域模型間、模型與與物理世界間充分注入數字連續性，從而幫助企業在數據深層打通與加速端到端流程，實現數字化轉型。

04 一次“MBSE”與“數字孿生”的邂逅體驗

我們的目的

這一次，我們利用達索系統3DEXPERIENCE解決方案，為大家帶來一次“MBSE”與“數字孿生”的邂逅體驗：利用數字孿生技術為“面向任務的新型無人機”設計提供早期閉環驗證。

在這次體驗中，我們將讓以下幾方做一個簡單的邂逅：

NO.1 軟件

達索系統CATIA Magic工具軟件。通俗的講，它是一個能夠將產品的架構、行為、指標用簡單的框圖模型來表達、仿真的基于模型的系統設計軟件，一般我們的系統工程師來使用的軟件，在研發早期做產品的總體架構與功能規劃。
達索系統Dymola工具軟件。它是一個能夠更加精確模仿產品的各類工程專業的建模仿真軟件，例如對產品機械、電氣、液壓等等專業系統進行更加精確地建模仿真。一般我們的系統工程師、系統仿真工程師會在產品做更進一步系統設計的時候使用Dymola。
視景軟件：能夠將我們的系統行為在虛擬環境里用逼真的三維來呈現的軟件。本次我們使用的是Flight Gear開源飛行視景軟件。

NO.2 現實產品

無人機：我們采用大疆教育無人機，能夠接受控制指令，進行飛行。

在整個驗證場景中，我們的目標是利用CATIA Magic進行新型無人機的任務設計和系統設計工作，并利用Dymola進行無人機控制的詳細設計，最終結合現有無人機試驗平臺（教育無人機），實時驗證我們無人機任務與控制的綜合結果，以期能夠在無人機設計早期就能夠給無人機未來的用戶盡可能逼真的呈現未來無人機執行任務時的場景。