軍工產(chǎn)業(yè)作為高科技產(chǎn)業(yè)和先進制造業(yè)的重要組成部分，是一個國家經(jīng)濟科技水平和綜合國力的集中體現(xiàn)，發(fā)展軍工將帶動相關產(chǎn)業(yè)的技術進步，推動經(jīng)濟發(fā)展。
近年來，我國軍工產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷從“機械軍工”向“數(shù)字軍工”的戰(zhàn)略轉變，力圖依靠科技進步，積極提高軍工制造業(yè)核心競爭力和科技創(chuàng)新能力。在航空、船舶、航天產(chǎn)品及其他軍工領域，數(shù)字化技術已經(jīng)廣泛應用到各個方面，特別是在一些重大工程方面，目的就是提高我國軍工產(chǎn)品的研制水平，增強我國國防科技的核心競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。
要真正實現(xiàn)數(shù)字軍工的戰(zhàn)略轉變，大力推進以軍工產(chǎn)品全生命周期管理為核心的信息化建設是必有之路。產(chǎn)品全生命周期管理又稱PLM，是Product Lifecycle Management的縮寫。
1 軍工產(chǎn)品研制特點
航空、航天、船舶、兵器、核工業(yè)等領域所研制的各類軍品，無論是飛機、火箭、衛(wèi)星還是船舶等，幾乎都屬于復雜產(chǎn)品，“客戶需求復雜、工作原理復雜、技術基礎復雜、結構組成復雜”，并由此導致產(chǎn)品的開發(fā)、試制、試驗、生產(chǎn)、維護等過程都非常復雜。研制周期長、涉及學科廣、參與人員多、技術難度大、地域分布廣，并且對于產(chǎn)品研制過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)管理要求高，是軍工產(chǎn)品研制的普遍特點。
軍工產(chǎn)品研制特點使得這樣的趨勢越來越明顯，即某種軍工產(chǎn)品能否研制成功，會更明顯地依賴于軍工企業(yè)針對此類產(chǎn)品在專業(yè)業(yè)務流程、工具、知識、規(guī)范和專業(yè)參考數(shù)據(jù)等方面的積累狀況，這些無疑是構成軍工企業(yè)核心研發(fā)能力的關鍵。
復雜軍品的研制特點，高度綜合化、協(xié)同化及全程化的發(fā)展趨勢，使得產(chǎn)品全生命周期管理(PLM)在軍工領域異常活躍。
2 我國軍工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
我國的軍品生產(chǎn)組織長期沿用計劃經(jīng)濟體制下固有的、粗放的生產(chǎn)組織方式和管理模式，雖然也在不斷更新和改進，但畢竟影響深遠，制約了企業(yè)管理進步和管理水平的提高。由于在研制、試驗和生產(chǎn)各階段存在時間與周期上的交叉，許多產(chǎn)品在設計定型前乃至定型后還有許多技術狀態(tài)不斷變動的情況，加之軍品多品種、小批量的特點，給軍品研制生產(chǎn)的標準化造成了一定的困難。
我國軍工產(chǎn)業(yè)目前正處于快速發(fā)展時期，任務重、要求高，能否短周期、高質(zhì)量完成軍品科研任務已經(jīng)成為軍工企業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)正在對軍工企業(yè)的核心能力提出更高的要求。但是，與世界發(fā)達國家的軍工企業(yè)相比，我國軍工企業(yè)的核心研發(fā)能力明顯不足，具體表現(xiàn)在各系統(tǒng)的集成、協(xié)同及多部門協(xié)同與并行研發(fā)的能力還遠沒有形成：研發(fā)流程還沒有利用數(shù)字化手段有效地進行集成化、完善化和系統(tǒng)化的管理；管理不能覆蓋研發(fā)全流程；研發(fā)缺少知識的支持，知識管理與產(chǎn)品研發(fā)各行其是；當前的體制造成研發(fā)難以實現(xiàn)多項目、多場所、跨地域的并行協(xié)同架構；企業(yè)信息化缺少標準體系等。
圖1 MSC公司PLM架構
3 PLM對軍工產(chǎn)品研制的幫助
根據(jù)業(yè)界權威的CIMDATA的定義，PLM主要包含三部分，即產(chǎn)品創(chuàng)新的工具類軟件（CAX軟件）、產(chǎn)品創(chuàng)新的管理類軟件（PDM和在網(wǎng)上共享產(chǎn)品模型信息的協(xié)同軟件等）、以及相關的咨詢服務，PLM與技術信息化基本上指的是同樣的領域，即與產(chǎn)品創(chuàng)新有關的信息技術的總稱。
PLM對軍工產(chǎn)品的研制生產(chǎn)的項目管理、過程管理與控制、復雜產(chǎn)品配置結構管理、可追溯的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等方面提供全方位的幫助。
通過將企業(yè)的各類應用系統(tǒng)集成起來，形成協(xié)調(diào)一致的PLM系統(tǒng)，市場、設計、制造和服務等企業(yè)經(jīng)營過程的各個業(yè)務系統(tǒng)都構造在PLM系統(tǒng)之上，管理整個企業(yè)的所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)，支持產(chǎn)品各個生命周期的數(shù)據(jù)管理過程。利用統(tǒng)一的PLM平臺，不但能夠加強軍工產(chǎn)品型號項目的規(guī)劃、執(zhí)行、變更和監(jiān)控，直觀地進行多項目、多任務的計劃管理，方便管理人員進行項目進度和資源的統(tǒng)一規(guī)劃和資源平衡，還能夠管理計劃任務的內(nèi)部細節(jié)，如產(chǎn)品數(shù)據(jù)、零部件清單、工程變更、采購和質(zhì)量認定，詳細的文檔審批和歸檔流程等，從而實現(xiàn)宏觀研發(fā)過程控制和微觀數(shù)據(jù)管理過程的結合，加強軍工企業(yè)內(nèi)部的協(xié)同和研發(fā)的創(chuàng)新，提升核心研發(fā)能力。
4 MSC軍工產(chǎn)品PLM解決方案
MSC.Software（以下簡稱“MSC”）公司創(chuàng)建于1963年，總部設在美國洛杉磯，是世界領先的虛擬產(chǎn)品開發(fā)(Virtual Product Development，VPD)技術提供商。MSC公司的第一個客戶是美國國家航空航天局(NASA)，第一款產(chǎn)品因此得名“Nastran”，從中我們可以看到MSC具有非常深厚的軍工背景。
圖2 CCS海虹之彩
4.1 MSC公司PLM架構
作為一個老牌的、專業(yè)化很強的PLM廠商，MSC專注于產(chǎn)品生命周期中與產(chǎn)品性能設計及仿真測試相關的領域，提供的解決方案涵蓋軟件工具軟件（主要是CAE工具）、管理軟件（主要是仿真數(shù)據(jù)管理）以及相關的咨詢服務。
4.2 MSC公司PLM解決方案的優(yōu)勢
軍工產(chǎn)品研制過程中，實物試驗費用昂貴，獲得的試驗數(shù)據(jù)也十分有限，有些甚至不可能進行試驗，或者試驗不可重復，利用CAE仿真技術，不但可重現(xiàn)試驗現(xiàn)象和過程，而且比較容易得到一些試驗難以獲得的數(shù)據(jù)，解釋一些復雜的試驗現(xiàn)象。因此，軍品研制大量借助CAE仿真手段。
MSC公司作為CAE領域的行業(yè)領導者，倡導的理念是“仿真真實”，所提供的CAE工具能夠準確、可靠地預測產(chǎn)品在未來現(xiàn)實世界中的表現(xiàn)，以幫助工程師可以設計更好、更創(chuàng)新的產(chǎn)品。
具體地講，MSC公司PLM解決方案的優(yōu)勢表現(xiàn)在如下方面：
(1)MSC公司為軍工企業(yè)提供最完善的CAE工具軟件產(chǎn)品線，很多還是相關領域內(nèi)的CAE仿真標準。
MSC公司提供的CAE工具軟件包括線性和非線性有限元分析(FEA)、多體動力學、控制系統(tǒng)、流體、熱、復合材料及其它，其中的翹楚當屬MSC Nastran和MSC Adams。
MSC Nastran是公認的有限元分析標準。源于美國國家航空航天局(NASA)，是全球各國航天工業(yè)指定的CAE分析軟件，是唯一通過美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)認證為領取飛行器適航證指定的唯一驗證軟件，在船舶行業(yè)MSC Nastran是中國船級社指定的船舶分析驗證軟件，國際船級社協(xié)會的10個成員(世界十大船級社)中有8家采用MSC Nastran軟件作為船舶分析的驗證軟件，包括：美國船級社ABS、英國勞氏船級社LR、日本船級社NK、挪威船級社DNV、韓國船級社KR、法國船級社BV、德國勞氏船級社GL、中國船級社CCS。
MSC Adams是公認的虛擬樣機仿真標準。MSC Adams軟件由于其領先的“功能化數(shù)字樣機”技術，迅速發(fā)展成為CAE領域中使用范圍最廣、應用行業(yè)最多的機械系統(tǒng)動力學仿真工具，占據(jù)了全球該分析領域絕大部分的市場份額，被廣泛應用于航天、航空、汽車、鐵道、兵器、船舶、工程設備及重型機械等行業(yè)，眾多國際化大型公司、企業(yè)均采用MSC Adams軟件作為其產(chǎn)品研發(fā)、設計過程中機械系統(tǒng)動力學仿真的平臺。
(2)MSC公司為軍工企業(yè)提供最成功的仿真數(shù)據(jù)及流程管理系統(tǒng)。
MSC SimManager公認的仿真數(shù)據(jù)管理軟件標桿，是軍工領域應用最為成功的仿真管理系統(tǒng)，Boeing，Alenia，Airbus，EADS，Bell，Sikorsky，General Dynamics，engine mfg，GE Aircraft Engines，GKN Aerospace這些響當當?shù)氖澜缂壾姽て髽I(yè)，無一不是采用MSC SimManager來作為其企業(yè)級PLM平臺上的仿真數(shù)據(jù)及流程管理系統(tǒng)。
(3)MSC公司為軍工企業(yè)提供最專業(yè)的CAE工程咨詢服務。
MSC公司因參與美國國家航空航天局(NASA)的阿波羅登月計劃中的結構分析工程咨詢服務，誕生了后來的MSC Nastran，并由Nastran發(fā)展至今成為全球最完善的CAE軟件及服務提供商。MSC公司50年的發(fā)展歷史中，從未中斷與世界級軍工企業(yè)的合作，包括軟件及工程咨詢服務，長期專業(yè)的CAE工程咨詢也在不斷成就MSC軟件的完善和發(fā)展。
4.3 MSC公司PLM解決方案如何滿足客戶定制化需求
行業(yè)中有一個這樣的共識，PLM解決方案不是即上即用的軟件，而是需要進行大量定制化的應用系統(tǒng)。MSC公司PLM解決方案在滿足客戶定制化需求方面有充分的考慮。
首先，MSC公司全線CAE工具軟件都具有強大的二次開發(fā)功能，比如Patran的PCL、Nastran的DMAP和Adams的Macro等。中國船級社(CCS)很早就利用Patran PCL功能，基于CCS《船體結構直接計算指南》開發(fā)了船體結構快速建模分析系統(tǒng)海虹之彩，適用于散貨船、油船、集裝箱船的船體結構分析，內(nèi)建有CCS船體結構強度準則，可以獲得專家級的評估結果。
其次，MSC公司的數(shù)據(jù)及流程管理平臺軟件具有強大的客戶化部署能力，比如MSC SimXpert具有強大的CAE分析流程定制及管理能力，SimManager具有完全基于客戶業(yè)務流程的仿真數(shù)據(jù)管理定制功能，實現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)的追蹤、仿真流程的標準化及自動化。
最后，MSC公司經(jīng)驗豐富的工程服務團隊，能夠為客戶提供專業(yè)的CAE客戶化定制指導及咨詢服務，MSC公司為國內(nèi)軍工企業(yè)包括航空、航天、船舶和兵器等大量客戶提供過成功的客戶化定制技術支持及實施服務。
5 MSC公司軟件發(fā)展方向及目標
MSC公司未來在PLM軟件研發(fā)方向的技術重點還是集中在優(yōu)勢的CAE工具軟件領域及仿真數(shù)據(jù)管理軟件領域，主要在這樣的三個方向：(1)面對目前大量分散的CAE軟件，致力于集成求解器的開發(fā)：(2)針對仿真領域的海量仿真數(shù)據(jù)，不斷研發(fā)功能強大的數(shù)據(jù)管理軟件；(3)跨行業(yè)、跨地區(qū)的HPC(高性能計算)開發(fā)。
MSC Nastran將發(fā)展成一款真正的多學科CAE求解器，能夠覆蓋專業(yè)的線性和非線性全領域仿真，包括靜力學、振動和動力學、轉子動力學、氣彈和顫振、爆炸>中擊、熱、疲勞、流體、優(yōu)化等功能。
仿真數(shù)據(jù)管理工具SimManager能夠通過對幾何模型、網(wǎng)格模型、裝配信息、各類仿真結果等數(shù)據(jù)的有效管理，使用先進的信息技術把各部門協(xié)同到一起，形成多學科的解決方案，提高仿真數(shù)據(jù)的可重用性，并通過客戶化的SDM實施，定義各種仿真分析流程。
MSC公司始終以計算更精確、容量更大、規(guī)模更大，解決更復雜的工程問題為技術發(fā)展目標，在用戶端分布式仿真計算基礎上，發(fā)展GPGPU及云計算技術，不斷滿足客戶對高性能計算(HPC)的需求。
其它發(fā)展，比如不斷完善Adams虛擬樣機功能，大力發(fā)展專業(yè)模塊和專業(yè)工具，比如風電機組、履帶等專業(yè)模塊，齒輪、軸承、鏈傳動、帶傳動、繩索等專業(yè)工具，將行業(yè)工程經(jīng)驗和建模流程、技巧集成到軟件功能中，在提高虛擬仿真保真度的同時，降低使用門檻，使工程師將更多的精力仿真專業(yè)知識上，而不是軟件操作技巧上。
另外，通過市場收購，不斷完善MSC公司解決方案，比如MSC公司剛剛收購了著名的比利時E-xstream公司，其Digimat軟件專注于復合材料仿真，MSC公司的目標是，模糊材料設計與結構設計之間的界限，實現(xiàn)高端材料更廣泛的使用，同時幫助制造商大幅降低驗證新材料體系所需的物理試驗成本。
6 結語
為了提高我國軍工產(chǎn)品的核心研發(fā)能力，縮小與世界軍工企業(yè)的差距，數(shù)字軍工發(fā)展戰(zhàn)略正當其時，要實現(xiàn)這一戰(zhàn)略，離不開以PLM為核心的信息化建設。MSC公司PLM解決方案為軍工產(chǎn)品設計性能分析及測試領域提供全生命周期管理服務，幫助企業(yè)縮短研制周期、節(jié)約研制成本、提高研制質(zhì)量。
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本文標題：淺談MSC軍工產(chǎn)品PLM解決方案及發(fā)展方向
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