★本刊記者/文曉

蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司董事長(cháng) 周凡利

模型驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)（MBD）是當前控制系統開(kāi)發(fā)的主要方式，通常由工控機硬件、嵌入式系統基礎軟件以及建模與仿真軟件構成，從工控角度，建模仿真工業(yè)軟件包括控制系統與被控物理系統建模仿真軟件，其與工控機和嵌入式系統密不可分，通常是由控制系統和物理系統建模仿真軟件建立控制和被控物理系統模型，通過(guò)生成嵌入式C代碼到工控機和嵌入式系統中運行，實(shí)現從模型在環(huán)（MIL）、軟件在環(huán)（SIL）到硬件在環(huán)（HIL）或快速原型（RCP）的驗證?，F在控制-被控對象建模仿真已經(jīng)進(jìn)一步發(fā)展到信息物理系統（CPS）計算仿真。

蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司是專(zhuān)業(yè)從事新一代科學(xué)計算與系統建模仿真工業(yè)軟件產(chǎn)品研發(fā)、工程服務(wù)以及解決方案的高科技公司，在工控方面可為用戶(hù)提供控制系統建模仿真、物理系統建模仿真以及嵌入式代碼生成的完整工具鏈。蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司董事長(cháng)周凡利表示：“數字化與智能化必然帶來(lái)新一輪技術(shù)變革，將如同計算機和互聯(lián)網(wǎng)一樣影響工業(yè)和生活的每個(gè)方面，也將推動(dòng)工業(yè)控制、嵌入式系統以及建模仿真工業(yè)軟件全面升級。這是我們千載難逢的換道超車(chē)、迎頭趕上的發(fā)展機遇，也面臨巨大挑戰。同元軟控全面擁抱數字化與智能化變革，旨在打造數智化新時(shí)代的新興工業(yè)軟件，為信息物理系統計算仿真提供通用平臺?！?/p>

打造新一代科學(xué)計算與系統建模仿真平臺MWORKS

成立于2008年的同元軟控經(jīng)過(guò)十六年持續研發(fā)，形成核心產(chǎn)品——新一代科學(xué)計算與系統建模仿真平臺MWORKS，針對信息物理融合系統計算仿真提供從信息（含控制）系統與物理系統的融合建模、仿真、驗證、代碼生成、半物理仿真以及數字孿生的完整功能。周凡利表示，MWORKS定位為中國自主可控的新一代科學(xué)計算與系統建模仿真一體化平臺和裝備數智化底座支撐平臺，在技術(shù)、產(chǎn)品、應用等多方面進(jìn)行了創(chuàng )新，在解決卡脖子工業(yè)軟件問(wèn)題和推動(dòng)工業(yè)數字化轉型方面帶來(lái)顯著(zhù)價(jià)值：

（1）統一環(huán)境下的多范式統一建模與信息物理融合統一建模：在MWORKS統一平臺下，提供算法、框圖、狀態(tài)機、物理、數據等多范式統一建模，支持信息物理融合系統計算仿真；基于Modelica統一表達，創(chuàng )造性地實(shí)現框圖、狀態(tài)機、物理建模的統一；整體實(shí)現了統一建模環(huán)境、統一語(yǔ)言規范、統一編譯分析、統一代碼生成及統一調度求解。

（2）模型驅動(dòng)的多目標代碼生成：支持科學(xué)計算算法、框圖模型、物理組件模型等不同算法模型面向MCU、DSP、CPU、GPU等不同硬件目標的仿真代碼生成、嵌入式實(shí)時(shí)代碼生成等不同場(chǎng)景的代碼生成，從而支持信息物理融合系統的代碼生成。其中基于Julia科學(xué)計算語(yǔ)言生成C/C++代碼是國際上首次實(shí)現。

（3）基于機理-數據融合的智能控制與數智孿生：提供機器學(xué)習、深度學(xué)習、強化學(xué)習以及機理數據融合工具箱，支持基于A(yíng)I的智能控制和基于機理-數據融合的數智孿生系統。

（4）云原生的新一代科學(xué)計算與系統建模仿真集成開(kāi)發(fā)環(huán)境：免于安裝，在線(xiàn)升級；彈性計算，按需調度；在線(xiàn)共享，實(shí)時(shí)協(xié)作；生態(tài)開(kāi)放，易于擴展。

（5）通過(guò)多語(yǔ)言支持實(shí)現兼蓄經(jīng)典、資源重用、創(chuàng )新超越：MWORKS科學(xué)計算軟件Syslab提供Julia、Python、M、C/C++等多語(yǔ)言支持，基于Julia提供比MATLAB快2-10倍的運行效率，支持Python與Julia混合調用，自研M語(yǔ)言解釋器實(shí)現M語(yǔ)法兼容度超97%，支持M代碼無(wú)需MATLAB直接在Syslab中運行。

（6）初步解決了MATLAB被禁用的卡脖子工業(yè)軟件問(wèn)題：突破科學(xué)計算與系統建模仿真融合關(guān)鍵技術(shù)，打造了全球第四個(gè)科學(xué)計算與系統建模仿真一體化平臺MWORKS，在無(wú)線(xiàn)通信、芯片設計、智能汽車(chē)、民用航空、航天衛星等典型產(chǎn)業(yè)已具備切換能力。

（7）提供了各行業(yè)裝備數字化計算仿真底座：實(shí)現信息物理系統通用計算仿真與行業(yè)專(zhuān)用技術(shù)融合，形成了典型行業(yè)或重大工程多學(xué)科統一、信息物理融合的行業(yè)計算仿真平臺；提出了以“數字樣機、模型貫通、數字孿生”為主線(xiàn)的裝備數字化技術(shù)路線(xiàn)，為空間站、載人登月、探月工程、國產(chǎn)大飛機、核能動(dòng)力等國家重大工程提供了自主數字化平臺。

2024年同元軟控全新發(fā)布MWORKS2024，功能完備，性能突出，成為全球第四個(gè)科學(xué)計算與系統建模仿真一體化平臺MWORKS。MWORKS具有4個(gè)核心軟件（科學(xué)計算軟件Syslab、系統建模仿真軟件Sysplorer、系統架構設計軟件Sysbuilder、系統協(xié)同建模與模型數據管理軟件Syslink）、一個(gè)云化平臺MoHub以及37個(gè)工具箱和29個(gè)模型庫。MWORKS整體覆蓋MATLAB/Simulink約80%功能，提供MATLABM語(yǔ)言兼容與Simulink模型導入功能，可以有效重用現有算法和模型資產(chǎn)。M語(yǔ)言語(yǔ)法兼容度超97%，內置1260多個(gè)常用函數，涵蓋基礎、數學(xué)、圖形、控制、信號處理等領(lǐng)域常用函數，無(wú)須安裝MATLAB直接運行M代碼；支持將Simulink模型文件解析轉換為Sysplorer模型。

新一代科學(xué)計算與系統建模仿真平臺MWORKS產(chǎn)品架構

推動(dòng)工業(yè)數字化轉型升級

當前，MWORKS已廣泛應用于航天、航空、能源、船舶、汽車(chē)、通信、電子等行業(yè)，為載人航天、探月工程、國產(chǎn)大飛機等重大工程以及新一代通信電子設備提供了先進(jìn)、自主的數字化平臺。

在工控建模仿真方面，針對航天衛星控制系統提供全生命周期的方案設計仿真、實(shí)時(shí)仿真、半物理仿真、超實(shí)時(shí)仿真、數字衛星交付等場(chǎng)景應用，實(shí)現了不同場(chǎng)景下控制系統與被控衛星系統的閉環(huán)仿真，在系列型號進(jìn)行了充分的驗證與應用。

在數字空間站方面，基于MWORKS構建了天和、夢(mèng)天、問(wèn)天三艙空間站的數字孿生模型，數字空間站包括4個(gè)專(zhuān)業(yè)、9個(gè)分系統、1600余臺關(guān)鍵設備的多學(xué)科仿真模型，模型規模達到150萬(wàn)個(gè)方程組，實(shí)現空間站復雜系統的數字化交付、全系統數字集成以及數字孿生伴飛運維。數字空間站支撐任務(wù)前地面仿真模擬、在軌實(shí)時(shí)全面監測、運行狀態(tài)快速預示、運行故障快速診斷，已經(jīng)成為業(yè)界裝備數字化的示范工程。

在機理-數據融合模型降階方面，將多物理場(chǎng)多領(lǐng)域耦合的三維有限元分析模型轉換為高效執行的一維分析模型，接入多學(xué)科系統模型進(jìn)行統一仿真求解，綜合一維模型的效率優(yōu)勢和三維模型的精度優(yōu)勢，實(shí)現高效計算與高精度仿真的平衡，以支持綜合驗證、虛擬實(shí)驗、數字運維等場(chǎng)景。某裝備在高超飛行環(huán)境下要考慮氣動(dòng)力與結構耦合的氣動(dòng)伺服彈性穩定性，采用同元模型降階工具將結構場(chǎng)、氣動(dòng)場(chǎng)精細模型降階為系統級模型，再接入多學(xué)科系統模型環(huán)境，集成開(kāi)展耦合分析，在保證原有模型精度情況下，仿真效率提升6倍。多負載耦合的飛機液壓系統半物理仿真實(shí)時(shí)性難以保障，傳統手段難以模擬復雜、極端故障工況，使用同元模型降階工具，將飛機液壓系統模型降階為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )代理模型，提高模型的運算速度，再運用半物理仿真工具，搭建極端工況模型，提高工況覆蓋程度，某飛機液壓系統模型仿真100s，耗時(shí)610s，模型降階實(shí)時(shí)化處理耗時(shí)17.8s，仿真求解效率提升34倍。

此外，MWORKS已經(jīng)在全國近300所高校推廣應用，在哈工大、哈工程、北航、北理工等四所高校開(kāi)設了200多門(mén)MWORKS相關(guān)課程，在全國100所高校開(kāi)設了1300多門(mén)MWORKS相關(guān)課程，涉及數學(xué)優(yōu)化、AI與數據科學(xué)、信號處理、通信、射頻與混合信號、控制系統、模型驅動(dòng)的代碼生成與實(shí)時(shí)仿真、機械多體、基于模型的設計優(yōu)化等方向以及車(chē)輛、能源、機械、電氣等領(lǐng)域。

迎接未來(lái)挑戰

數字化轉型與網(wǎng)絡(luò )化、智能化密不可分，對工控機、嵌入式系統及建模仿真工業(yè)軟件將帶來(lái)千載難逢的機遇與巨大挑戰，對此，周凡利分析認為工控機與嵌入式系統將面臨三大挑戰：

其一，數字化：核心是裝備數字化，關(guān)鍵挑戰是如何將以物理樣機為中心、“方案設計-物理試驗方案改進(jìn)-物理再試驗”的瀑布迭代模式，轉型到以數字樣機為中心、通過(guò)數字樣機實(shí)現“數字空間快速迭代、物理世界一次成功”的敏捷數字迭代模式，這需要完成以下升級：從專(zhuān)業(yè)級模型到系統級模型，從局部專(zhuān)業(yè)仿真到全系統數字仿真；從“控制邏輯-被控對象”閉環(huán)的控制系統半物理仿真，到“信息-物理融合系統”閉環(huán)的虛實(shí)融合數字孿生。

其二，網(wǎng)絡(luò )化：主要挑戰是軟硬系統從單機版發(fā)展到端云一體化，從局部專(zhuān)業(yè)系統或分系統的半物理仿真發(fā)展到物聯(lián)網(wǎng)世界的虛實(shí)融合。

其三，智能化：主要是裝備產(chǎn)品研制過(guò)程的智能化與裝備產(chǎn)品的智能化。

雖然面臨種種挑戰，但在周凡利看來(lái)，同元軟控必將憑借獨特優(yōu)勢贏(yíng)得未來(lái)市場(chǎng)：

（1）定位明確，面向未來(lái)：定位為中國自主可控的新一代科學(xué)計算與系統建模仿真一體化平臺和裝備數智化底座支撐平臺?？茖W(xué)計算與建模仿真一體化平臺兼容覆蓋MATLAB/Simulink，具備自己的后發(fā)核心創(chuàng )新優(yōu)勢；數智化支撐平臺提供信息物理系統計算仿真基礎平臺、裝備數智化工程支撐平臺、標準開(kāi)放云化生態(tài)平臺。

（2）創(chuàng )新引領(lǐng)，特色顯著(zhù)：采用新一代高性能科學(xué)計算語(yǔ)言Julia，運行效率顯著(zhù)優(yōu)于MATLABM語(yǔ)言；系統建模仿真內核歷經(jīng)16年持續迭代，求解性能?chē)H領(lǐng)先。融合AI智能，探索AI自動(dòng)編程、AI智能控制、AI數智孿生應用。打造云原生的新一代的科學(xué)計算與系統建模仿真IDE，實(shí)現端云一體化?？茖W(xué)計算提供Julia/Pythton/M等多語(yǔ)言支持，建模仿真支持框圖/物理/狀態(tài)機等多范式建模，提供MATLAB/Simulink兼容導入，實(shí)現現有資產(chǎn)重用。

（3）在工控機與嵌入式系統方面，提供先進(jìn)自主的MIL/SIL/HIL/RCP建模仿真IDE與信息物理系統計算仿真平臺，支持模型驅動(dòng)的控制系統開(kāi)發(fā)與基于數字樣機的CPS數智孿生開(kāi)發(fā)，支持國產(chǎn)硬件環(huán)境與國產(chǎn)操作系統。

“同元軟控將全面擁抱數字化與智能化變革，打造數智化新時(shí)代的新興工業(yè)軟件，致力為用戶(hù)提供裝備數智化計算仿真底座支撐平臺，推動(dòng)產(chǎn)品端云一體化持續升級，通過(guò)AI工具與解決方案支持智能化裝備產(chǎn)品的設計研發(fā)與裝備產(chǎn)品研制過(guò)程的智能化?！敝芊怖f(shuō)道。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年11月刊