多领域分布式系统数字仿真平台CosiWorks

     航天,航空等工程产品同时具备研发周期长、费用高等特点,如飞机、导弹、雷达等。同时,航空航天等工程领域涉及的学科范围广,有多学科联合仿真的需求,开发多学科联合仿真及虚拟实验平台已成为解决工程应用问题的重要目标。数字化联合仿真及虚拟实验平台可以结合理论建模技术和仿真分析技术,集成各专业的技术方法。分阶段实现多专业联合设计仿真分析。从而有效提升对工程系统的研究能力,为关键技术突破提供支撑。



 


随着技术的发展,工程系统的各个子系统间相互关联性更强,促使工程系统向综合化、智能化、小型化方向发展,这就要求工程系统在设计思想和验证手段方面进行变革,需要从工程系统总体角度出发,将综合的思想融入到系统的设计和试验中来,进行统筹规划。同时应充分利用数字仿真试验(虚拟实验)技术与物理模拟环境相结合,形成支持工程系统研制各个阶段的原理试验,附件建模试验及指标考核,分系统试验,系统综合验证等验证条件。


服务化仿真架构

将仿真设计分析环境与并行分布式解算环境分离,实现硬件计算资源共享。工程人员通过圆形化的人机交互界面进行系统设计、分析及仿真运行控制,硬件计算资源通过计算中心或高性能计算机(群)实现快速并行分布式协同解算。

多用户并发仿真

仿真设计分析环境支持多用户同时设计模型,并行发布式解算,各解算任务之间相对独立,互不影响。

多模型并行解算

并行发布式解算环境采用流水线并行方法进行各子模型的并行解算,并具有相同步机制及数据传输机制,以确保并行解算数据正确。

多仿真软件协同

协同仿真平台支持Mailab M文件模型,Matlab/simulink模型,AMESim 模型,ADAMS模型、SCADE模型、Rhapsody模型、FMI模型等不同仿真软件建立的模型进行分布式协同仿真。

多节点互联

协同仿真平台基于DDS数据传输中间件标准,支持以太网,反射内存网等数据传输介质对仿真解算节点进行连接。并同时支持Window 32/64位,Linus等操作系统。

强大和管理与技术环境

平台通过仿真软总线及仿真强度技术,实现多软件协同仿真、多节点发布式仿真、多模型并行解算、多用户并发设计分析等功能。

仿真设计运行管理环境

仿真设计运行管理环境完成提供仿真系统设计开发的人机交互界面,支持多个用户同时在线进行操作,每个用户度可以独立的建立系统模型及相关参数、分配计算任务、管理仿真计算、分析计算结果等工作,实现仿真系统的建立,运行控制和监视等功能。

多节点并行仿真计算环境

多节点并行仿真计算环境等各种计算资源进行互联(包括个人工作站、计算机群等),搭建发布式并行仿真软硬件架构,通过各种软件接口实现与Matlab M文件、Matlab/Simulink、C/C++、AMESim、Rhapsody等仿真软件或语言的交联,多软件互联的发布式并行仿真计算及数据存储。

图形化的人机界面

用户设计开发环境提供仿真系统设计开发的人机交互界面,支持多个用户同时在线进行操作,每个用户都可以独立的建立系统模型和相关参数、分配计算任务、管理仿真计算、分析计算结果等工作。实现仿真系统的建立、运行控制和监视等功能。软件内部模块共包括3个部分:仿真系统设计环境、现实与虚拟试验设计环境、仿真运行管理环境。

仿真系统设计环境提供仿真模型编辑功能和仿真系统功能。开发人员可以在仿真系统设计环境中根据设计要求建立需要的各种仿真模;型,如C模型、Matlab 的M模型,Simulink模型,AMESim 模型。仿真系统设计环境为仿真模型提供模型接口,从而完成对仿真模型的封装。

不同软件建立的模型通过封装以后可以进行连接,以实现数据交互及协同仿真。



  


基于DDS服务的并行发布式仿真解算环境

多节点发布式并行计算环境主要包括仿真软总线、仿真调度引擎、协同仿真软件接口及仿真服务模块,数据通信基于DDS。

DDS(Data Distributive Service)是国际对象管理组织(OMG Object Management Group)制定的实现订阅/发布通信模式,满足实时性要求的数据通信标准和规范。DDS具有数据中心的特征,采用发布订阅通信模型传输数据,广泛应用于仿真及实际物理系统中。



将DDS服务内部传输的数据分为三种类型:时钟流、数据流和控制流。定义DDS中不同的Topic传递不同类型的数据,如下图所示。

时钟流负责时钟数据的传输。

  主要完成仿真时钟同步的任务

  数据流完成仿真软件中间通过模型接口进行数据交互的任务

  控制流完成仿真调度的任务

数据流采用点对点进行数据传输,不需要通过中间节点或服务器转发资源,尽可能减少网络负载。时钟流和控制流网络传输数据量很小,其需要与仿真引擎进行数据交互。




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