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FIPER：一体化CAX过程管理和设计协同的平台框架 |
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作者：赛特达科技有限公司 |
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一、 FIPER产品定位和解决方案
l、 PLM业务工作流与FIPER技术工作流
在21世纪新经济潮流下，为了提升自主研发能力、加快研发速度、提高批产能力，我国军工制造企业日益站在产品全生命周期管理（PLM）高度，从产品研发协同的新视角，思考如何把产品价值、研发过程和信息内容有机融合、进而实现“系统整合、流程统一、参数优化、协同设计”的重大战略问题。
毫无疑问，产品研发需要大量与产品创新相关的信息技术作为支撑。回顾上世纪90年代，C4P（CAD、CAPP、CAM、CAE、PDM）等技术已为企业e化带来显著贡献；近2年来，军工企业更亲历了以iSIGHT为代表的CAO（Computer Aided Optimization，计算机辅助优化）和MDO（Multi-Disciplinary Design Optimization，多学科设计优化）理念的洗礼，该技术为分析设计自动化、多学科设计优化、可靠和稳健设计带来新的力量，帮助企业缩短设计周期、提高设计品质、降低试制成本。
随着CAX工具大规模使用， CAX信息孤岛局面日益突出，如何有效的将CAX数据和CAX流程统一管理、并无缝地融合PLM项目业务流程与CAX技术流程成为了企业信息化的重要课题。 遗憾的是，现有的PLM信息系统的解决方案均缺乏有效的把CAX过程（CAD建模过程、CAE仿真过程、CAO优化过程）和CAX数据（CAD数字模型、CAE分析结果、CAO优化方案）统一起来的功能；正是由于这些CAD/CAO/CAO 数据、过程和工具处于信息孤岛状态，造成了数字化样机设计过程低效率、结果数据难管理、产品设计性能欠优化，大大影响了产品面世速度和产品设计品质。
今天，FIPER作为一体化CAX (CAD/CAE/CAO/MDO) 过程管理和设计协同平台框架，能够无缝地将PLM项目业务流程和CAX技术流程融合；正如图1所示，通过有效地将PLM工作流节点上所需要的CAX技术流程纵向展开，FIPER为工程师和管理人员提供一个高效、标准和协同的设计环境 ，其中具有代表性的功能包括：
* CAX模型组件化
* CAX模型和流程共享
* 一体化CAX过程管理
* 异地CAX过程协同
* 有效利用分布计算资源
图1 PLM业务工作流与FIPER技术工作流的互补性
2、 FIPER 解决方案
图2 FIPER解决方案示意图
FIPER基于高可扩展性的J2EE多层体系架构，图2是FIPER的多层体系架构下的解决方案示意图，而图3显示了FIPER在建立复杂的专业应用平台系统中的定位。通过FIPER技术构成融合CAX数据和过程的产品开发平台，可以有效地为PDM集成CAX工程数据、清晰地将CAX工程过程融入产品开发全生命周期，让CAX设计工具和设计技术更灵活的适应产品开发的不断变化；从而为管理者提供一个更高效的技术管理窗口，为开发人员提供更方便的设计工具和知识库，最终，大大加快新产品开发速度，提高产品品质，协助企业取得新的竞争优势。
3、 FIPER 项目的历史
FIPER（Federated Intelligent Product EnviRonment）出自Engineous公司，FIPER技术遵循J2EE（Java 2 Enterprise Edition）标准体系架构，面向国防和军工领域复杂产品设计过程。FIPER研发项目来源于1999年美国俄亥俄航天研究院（OAI ：Ohio Aerospace Institute）的“客户呼声计划”，并得到美国国家标准与技术研究院高新技术计划的 2145万美元经费支助。现在，FIPER商业客户群包括：GE、Volvo、MTU、Avio、Bombardier、Pratt-Whitney、HoneyWell、NEC、三星、空客（Airbus） 、Rolls-Royce。FIPER技术的特点是：
* 通过知识工程接口有效实现CAD产品建模过程、CAE工程分析过程和CAO设计优化过程的关联；
* 它可以和企业PDM系统集成在一起，利用CAE开发平台从PDM系统调入原有的CAD模型和网格模型，同时把分析过程中的材料和测试数据、分析结果存到PDM数据库中，供以后或其它分析使用；
* 它能够用多学科设计优化智能算法驱动并行、分布计算，协同企业内部和企业间的工程分析和设计工作流，最终为PLM解决方案提供了富于操作性、灵活性和协同性的执行能力，形成PLM解决方案的CAX工程过程的执行层。
总之，通过FIPER与PDM实现CAX数据和过程相融合的统一产品开发平台，适用于产品研制阶段的CAX工程数据和工程过程的集成和优化，一方面能够有效地整合企业内各CAX软件和硬件计算资源，提高设计效率以增强对市场需求的快速反应能力，另一方面也加强企业的自主设计能力、以及整体协作能力，可以进一步提高企业的产品质量，缩短产品研制周期，降低研制成本，并为企业未来的快速发展奠定坚实的技术基础。
二、 FIPER技术的体系结构
1、 高可扩展性的J2EE标准体系结构
FIPER站在国际计算机技术发展主流前沿，遵循J2EE国际标准的多层体系结构，具有极强的扩展性，其架构图如下所示。
* 采用JAVA2企业版（J2EE）平台标准/JMS消息驱动机制/WebServices
* 基于分布式计算框架技术，支持Internet/Intranet应用
* 模型封装、数据交换采用标准的可扩展标签：XML协议
* X.509安全认证、数据加密协议
* 并行分布式任务调度的网格技术
* 任何地方都可以访问服务（PDA， 浏览器、独立客户端等）
* 异构操作系统：IBM AIX UX， SUN Solaris，HP UX， Linux， Windows…
* 数据库： IBM DB2， Oracle 9i
* J2EE应用服务器：IBM Websphere， BEA WebLogic
2、 企业级的软、硬件计算资源整合
FIPER建模时，在组件库中注册各种软件模型的组件；从库中取用需要的组件，通过图形界面装配成工作流；运行时，每个软件组件在工作站上得到自动配置和执行；用户无需考虑运行时用到的硬件平台和地理位置，如图5所示。
* 对工作流模型的结构没有任何限制，支持条件、等待、跳转、分层等复杂设计工作流的驱动
* FIPER具有内在的并行计算和分布计算机制，对企业后台计算资源进行有效调度和整合，有效均衡硬件计算资源和负载，提高CAD/CAE等软件License使用率
* 网格计算（Grid Computing） 环境的支持，可集成客户已购买的的网格平台： LSF， Globus， PbsPro等
* 计算资源位置和计算过程对使用者透明（Transparent to end-user），有效的网络环境的变更管理
* 不需要传统的共享式文件系统（Shared File System）
* 不需要多余的配置文件和计算模型的变更
* 支持异构的操作系统和计算机硬件
3、 组件化封装模型
组件化封装使异构的模型能够得到统一的描述和管理，为使用者提供一个简洁一致的视图进行过程集成。FIPER的组件封装方式包括：输入/输出文件流，专有软件接口（Excel、Matlab、Word等），专有算法接口（优化、实验设计等），第三方API定制接口脚本（JavaScrupt COM等）接口等。
工作流（Workflow）提供“何种插件会在何时运行”信息
数据流（Dataflow）提供不同插件、任务间参数传递的信息
4、 联盟式的跨域协同
* FIPER环境支持联盟式的主模型共享和数字设计流程的跨域协同，如下图所示。
* 共享模型库机制——能有效封装、固化企业最好的设计流程，形成工作流模型库（Process Model Library）；能够有效封装、固化流程中用到的各插件和设计算法（Component /Design Driver）
* 企业级协同——系统采用基于域的联盟系统结构，支持跨域协同，包括域间插件和流程模型共享、域间邮件通讯、域间消息等待等。
* 协同工作流——系统提供企业范围内的协同工作流，支持系统内和联盟系统之间的跨域任务流转。
* 协同管理——对组件和模型库进行有效的版本控制管理、提供具有层次化和互操作性的流程管理机制
* 协同消息工具——提供在线消息等待、邮件发送等功能，提供协同交流平台和协同信息的自动感知功能
* 协同安全性——通过用户权限、安全的HTTPS Web Services服务，可以保证在系统内或联盟系统之间的任何位置都可以安全地访问插件和工作流模型
5、 智能化的设计探索算法进行迭代设计
* 通过FIPER可以构造由前处理、CAE分析和后处理模型组成的高效使用环境，并与CAE数据管理系统相连接，通过设计算法（优化等）驱动设计流程,进一步提高试验设计、参数研究和优化的效率，如图所示。
* 用现代三次设计方法（系统设计、参数设计、稳健设计）改进和优化备选设计方案的性能和质量，进行多学科设计优化。
* 外部连接设计优化领域最为领先的iSIGHT技术，进一步扩充试验设计、优化、6Sigma设计算法
* 支持嵌入第三方或用户自编的设计算法驱动器（Design Driver）
6、 面向知识工程的功能扩展和插件定制
* FIPER允许工程师用标准的Java API封装已有的模型；通过封装，企业可以进行知识的共享和再利用，并且有效保护自有知识产权
* FIPER插件可与PDM、PLM进行互相调用和访问，在流程集成自动化和设计执行层面对PDM、PLM等管理系统形成互补
* 可定制客户化的模型组件、数据类型、单位制等
* 可定制用户接口界面、视图、表格、报表等
* 可定制和封装用户的设计算法（优化、试验设计等）作为设计驱动器
* 可根据第三方后台数据库和分布计算资源管理系统 （DRM ， Distributed resource management ）进行核心功能扩充
7、 高度的系统安全性
FIPER采用X.509身份认证和数字签名技术，确保信息的不可抵赖性；各联盟域间采用安全认证措施，通讯采用HTTPS的数据加密，防止信息泄密。如图所示。
FIPER功能模块
(end)
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(7/28/2005) |
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