anwise2016 发表于 2016-11-18 14:50:20

研发企业V&V发展规划

1.        V&V方案的总体概述
V&V(Verification and Validation,验证与确认)技术源自于美国,于1979年由美国计算机模拟协会正式提出。主要通过科学的方法、标准的流程、专业的算法对模型进行验证和确认,不断为模型产生证明,并据此建立模型的置信度。目前,模型V&V已经成为工程界普遍接受的一种评估模型不确定性、提高模型精度的科学方法。
在实际应用中,仿真系统的V&V技术已成为系统M&S技术中的一个重要部分,受到各部门的高度重视,正从局部的、分散的研究向实用化、自动化、规范化与集成化的方向发展。建模与仿真(M&S)系统的V&V活动,是贯穿于仿真系统建设的全生命周期的一项系统性活动。
通过建立起V&V管理系统,对仿真模型V&V所涉及到的流程、工具、规范、模型、结果以及V&V人员等进行统一管理,提升仿真模型V&V的效率。并对经过验证和确认具有高置信度的模型进行归档,逐步建立起企业的虚拟样机库。从而帮助企业更好地实现分析驱动设计。一个典型的V&V应用模式如下图所示:

对一个特定的复杂模型,为了更好的了解系统性能,通常会将其分解成多个层级的简单系统,在了解清楚不同层级的简单系统的机理的基础上,来保证复杂系统的准确预测。对分解得到的不同层级的简单对象,参考企业内部的仿真建模规范,创建仿真模型,利用该仿真模型,可以进行一些简单预计算(包括灵敏度和不确定性分析),确定需要从试验中获得的最有效的测量位置和类型,指导层级试验设计。仿真计算过程中,可以根据验证(Verification)的要求,进行代码验证和计算验证等研究,识别并消除仿真建模的误差。完成层级试验设计和实施后,得到的试验数据可用于仿真模型的确认,评估仿真模型的精度是否满足确认指标要求。如果满足要求,可以将经过验证和确认的仿真模型保存到虚拟样机库中,并根据V&V过程形成的知识和经验,对仿真规范进行补充和完善。具有一定置信度水平的仿真模型所形成的虚拟样机库,可以帮助企业更好的利用仿真的手段进行型号方案设计。
2.        发展规划方向
针对某型号产品型号产品的研制,与V&V流程相关的可能发展方向如下图所示:


对各个合作方向,简单描述如下:
1)        某型号产品层级分解规范
某型号产品全系统是一个复杂的系统,为了阐述清楚这种复杂性,准备好一个全系统的详细描述,承认真实世界的物理系统从本质上说可以进行分层建模。
仿真系统的确认层级一般划分为:单一问题层、基准层、子系统层、全系统层。
a)        单一问题层(Unit Problem Tier):简单构型、单流动机理、单流动特征,试验初边值条件和试验结果准确度高。
b)        基准层(Benchmark Tier):体现真实系统某一特征的简单模型、少数机理之间的耦合,试验结果的不确定度低。
c)        子系统层(Subsystem Tier):真实子系统、构型可简化但实际过程和机理完整,试验结果的不确定度劣于标准算例层级的不确定度。
d)        全系统层(Integer-system Tier):真实系统和构型、全过程、包括所有物理机理,关心系统性能,试验结果的不确定度劣于标准算例层级的不确定度。

一般层次分级结构图
对仿真系统进行确认分层规划,并对各个层级的对象进行逐层验证与确认,从而提升复杂全系统仿真模型的预测精度。

2)        仿真虚拟样机MBD集成
根据波音全三维设计中全三维数据管理应用系统框架描述,MBD通过稽核模型、工程注释(标注)、产品属性几个数据集,需要和标准、仿真、工艺、PDM、生产、检验等多个系统集成起来,这样的话,无论是设计人员还是仿真、工艺、生产、检验、售后、管理各个部门的人员,都可以共享同一个模型及数据,实现基于可视化模型的数据共享,具有重大的工程意义。


3)        某型号产品层级仿真建模规范
经过分解得到的不同层级的对象,为了规范仿真建模过程,提高仿真模型的准确度,需要统一制定仿真模型建模规范。如:结构动力学模型建模规范、静强度仿真建模规范等。对关键的建模内容进行规定。

4)        层级仿真建模模板
对不同层级对象进行仿真分析,为了提高仿真结果的一致性和提高仿真建模的效率。可以根据仿真分析的要求,创建不同的仿真建模模板,如强度计算模板、模态计算模板、频响计算模板等。重复利用这些仿真模板,进行性能计算。

5)        层级模型Verification工具定制
根据ASME定义的标准的VV活动图,对不同层级的对象进行验证, 包括:代码验证和计算验证。
因此,需要借助Verification(验证)工具,来完成对应的验证工作。如利用GCI评价网格收敛性。利用应用程序对比工具,将商业软件仿真得到的计算结果与标准解(或者具有一定置信水平的程序解)进行对比,评估商业软件的算法对计算问题的有效性。

6)        Verification标准解析解库定制
为了评估商业软件的算法对特定问题的有效性,企业通常可以根据实际需求,建立起典型问题的标准解析解库,或者对典型问题建立起具有一定置信水平的程序解库。以方便开展V&V活动中的代码验证等内容。

7)        层级试验设计规范
型号产品的物理实验,通常需要投入很大的人力、物力和财力,因此,所得到的物理实验数据是非常珍贵的,必须加以充分利用。
为了提高试验数据的利用价值,可以基于V&V技术,建立起层级试验设计规范。在正式开始物理试验前,基于V&V技术,对层级试验进行规划,以得到不同层级对象的物理实验数据,后续可以利用该试验数据对同一层级的仿真模型进行确认(包括仿真结果与试验结果对比、模型修正等),提升仿真模型的预测能力。

8)        层级试验设计工具
利用试验设计工具,根据层级试验设计规范,逐一对不同层级的各项试验项目进行试验设计,形成详细试验内容大纲。并根据试验设计的结果,将试验内容数据下发到具体的试验执行系统,对试验的进度进行管理。
不同层级的各项试验的完成后,可以将各项试验的结果数据采用直接或间接方式获取到平台数据库。将各项试验数据按照不同的维度进行分类融合,形成系统化的试验数据体系。按照试验指标的评估需求,对试验数据进行分析处理。对各项试验得出的试验指标进行评估(如试验输出结果的不确定性分析),按需要对试验内容进行修正调整。
利用层级试验工具(如试验设计与试验数据融合系统TEST DATA),可以有效的开展试验规划、设计、执行、监控、分析、到评估验证等工作。

9)        确认试验结果数据库;
各个层级的确认物理实验,所得到的试验数据,可用于确认和评估对应层级的仿真模型结果的精度,因此,需要对不同层级的确认试验结果进行有效保存,并逐步建立起典型层级对象的确认试验结果数据库,以方便结果数据的追溯和有效利用。

10)        试验数据管理
进行各个层级对象的物理试验,成本是巨大的。科学规划各个层级的模型试验,提高试验数据的利用价值,基于有限次数的物理试验获得更多的信息,是进行物理试验规划与实施后需要重点考虑的内容。
对试验数据进行有效管理,可以为以后的试验数据利用提供保障。
在V&V平台搭建过程中,可以建立确认试验数据库,在V&V平台内部对这些数据进行管理,也可以在V&V平台与现有试验数据管理系统之间定制接口,将确认试验数据库保存到已有的TDM系统中,实现对试验数据的管理。

11)某型号产品层级模型Validation工具定制
对层级模型进行确认(Validation),包括:仿真结果与试验结果的对比,仿真模型参数灵敏度分析、仿真结果不确定性量化、仿真模型修正等、仿真模型置信度评估等。
因此需要定制专业的确认(Validation)工具,如借助优化工具完成仿真参数灵敏度分析;开发仿真结果与试验结果一致性评估工具(如CAST),完成仿真模型的置信度评估等。

12)某型号产品层级模型置信度仿真数据管理
不同层级的仿真模型完成计算后,都需要和对应层级对象的试验结果进行对比,如果不满足精度要求,需要进行模型修正。最后得到满足确认指标要求的高精度仿真模型。
V&V平台搭建过程中,可以建立仿真数据管理系统,在V&V平台内部对不同层级具有高置信度的仿真模型进行有效的保存,对不断完善的仿真规范等文档进行管理。也可以在V&V平台与现有仿真数据管理系统之间定制接口,将确认的高置信度仿真模型和文档保存到已有的SDM系统中,实现对仿真数据的管理。

13)某型号产品层级模型虚拟样机库
开展仿真模型的V&V研究,一方面可以通过对仿真模型进行验证和确认,提高仿真模型的精度,提升仿真部门在产品研发中的地位和价值。
另一方面,通过实施验证和确认,可以逐步积累起典型的、高精度的仿真模型,形成具有相当预测能力的仿真模型库,即层级模型虚拟样机库。

14)某型号产品层级模型快速方案设计系统
利用虚拟样机库,可以快速完成对典型部件(或子系统等)在不同工况条件下的性能计算。提升方案的设计、性能评估效率。
并且借助多方案设计工具(如CoCo系统),可以帮助完成对型号方案的选型、性能评估计算与优化,提升设计研发效率。

http://mp.weixin.qq.com/s/Y2VRPLH4OLdltla3s0ScnQ   正向设计研发港
页: [1]
查看完整版本: 研发企业V&V发展规划