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★本刊記者/文曉

蘇州同元軟控信息技術有限公司董事長 周凡利

模型驅動的開發（MBD）是當前控制系統開發的主要方式，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，通過生成嵌入式C代碼到工控機和嵌入式系統中運行，實現從模型在環（MIL）、軟件在環（SIL）到硬件在環（HIL）或快速原型（RCP）的驗證。現在控制-被控對象建模仿真已經進一步發展到信息物理系統（CPS）計算仿真。

蘇州同元軟控信息技術有限公司是專業從事新一代科學計算與系統建模仿真工業軟件產品研發、工程服務以及解決方案的高科技公司，在工控方面可為用戶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有限公司董事長周凡利表示：“數字化與智能化必然帶來新一輪技術變革，將如同計算機和互聯網一樣影響工業和生活的每個方面，也將推動工業控制、嵌入式系統以及建模仿真工業軟件全面升級。這是我們千載難逢的換道超車、迎頭趕上的發展機遇，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代的新興工業軟件，為信息物理系統計算仿真提供通用平臺。”

打造新一代科學計算與系統建模仿真平臺MWORKS

成立于2008年的同元軟控經過十六年持續研發，形成核心產品——新一代科學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、產品、應用等多方面進行了創新，在解決卡脖子工業軟件問題和推動工業數字化轉型方面帶來顯著價值：

（1）統一環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，創造性地實現框圖、狀態機、物理建模的統一；整體實現了統一建模環境、統一語言規范、統一編譯分析、統一代碼生成及統一調度求解。

（2）模型驅動的多目標代碼生成：支持科學計算算法、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、嵌入式實時代碼生成等不同場景的代碼生成，從而支持信息物理融合系統的代碼生成。其中基于Julia科學計算語言生成C/C++代碼是國際上首次實現。

（3）基于機理-數據融合的智能控制與數智孿生：提供機器學習、深度學習、強化學習以及機理數據融合工具箱，支持基于AI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計算與系統建模仿真集成開發環境：免于安裝，在線升級；彈性計算，按需調度；在線共享，實時協作；生態開放，易于擴展。

（5）通過多語言支持實現兼蓄經典、資源重用、創新超越：MWORKS科學計算軟件Syslab提供Julia、Python、M、C/C++等多語言支持，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語言解釋器實現M語法兼容度超97%，支持M代碼無需MATLAB直接在Syslab中運行。

（6）初步解決了MATLAB被禁用的卡脖子工業軟件問題：突破科學計算與系統建模仿真融合關鍵技術，打造了全球第四個科學計算與系統建模仿真一體化平臺MWORKS，在無線通信、芯片設計、智能汽車、民用航空、航天衛星等典型產業已具備切換能力。

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

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

新一代科學計算與系統建模仿真平臺MWORKS產品架構

推動工業數字化轉型升級

當前，MWORKS已廣泛應用于航天、航空、能源、船舶、汽車、通信、電子等行業，為載人航天、探月工程、國產大飛機等重大工程以及新一代通信電子設備提供了先進、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、實時仿真、半物理仿真、超實時仿真、數字衛星交付等場景應用，實現了不同場景下控制系統與被控衛星系統的閉環仿真，在系列型號進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、夢天、問天三艙空間站的數字孿生模型，數字空間站包括4個專業、9個分系統、1600余臺關鍵設備的多學科仿真模型，模型規模達到150萬個方程組，實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前地面仿真模擬、在軌實時全面監測、運行狀態快速預示、運行故障快速診斷，已經成為業界裝備數字化的示范工程。

在機理-數據融合模型降階方面，將多物理場多領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，接入多學科系統模型進行統一仿真求解，綜合一維模型的效率優勢和三維模型的精度優勢，實現高效計算與高精度仿真的平衡，以支持綜合驗證、虛擬實驗、數字運維等場景。某裝備在高超飛行環境下要考慮氣動力與結構耦合的氣動伺服彈性穩定性，采用同元模型降階工具將結構場、氣動場精細模型降階為系統級模型，再接入多學科系統模型環境，集成開展耦合分析，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時性難以保障，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網絡代理模型，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610s，模型降階實時化處理耗時17.8s，仿真求解效率提升34倍。

此外，MWORKS已經在全國近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設了200多門MWORKS相關課程，在全國100所高校開設了1300多門MWORKS相關課程，涉及數學優化、AI與數據科學、信號處理、通信、射頻與混合信號、控制系統、模型驅動的代碼生成與實時仿真、機械多體、基于模型的設計優化等方向以及車輛、能源、機械、電氣等領域。

迎接未來挑戰

數字化轉型與網絡化、智能化密不可分，對工控機、嵌入式系統及建模仿真工業軟件將帶來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-物理再試驗”的瀑布迭代模式，轉型到以數字樣機為中心、通過數字樣機實現“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：從專業級模型到系統級模型，從局部專業仿真到全系統數字仿真；從“控制邏輯-被控對象”閉環的控制系統半物理仿真，到“信息-物理融合系統”閉環的虛實融合數字孿生。

其二，網絡化：主要挑戰是軟硬系統從單機版發展到端云一體化，從局部專業系統或分系統的半物理仿真發展到物聯網世界的虛實融合。

其三，智能化：主要是裝備產品研制過程的智能化與裝備產品的智能化。

雖然面臨種種挑戰，但在周凡利看來，同元軟控必將憑借獨特優勢贏得未來市場：

（1）定位明確，面向未來：定位為中國自主可控的新一代科學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。科學計算與建模仿真一體化平臺兼容覆蓋MATLAB/Simulink，具備自己的后發核心創新優勢；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、標準開放云化生態平臺。

（2）創新引領，特色顯著：采用新一代高性能科學計算語言Julia，運行效率顯著優于MATLABM語言；系統建模仿真內核歷經16年持續迭代，求解性能國際領先。融合AI智能，探索AI自動編程、AI智能控制、AI數智孿生應用。打造云原生的新一代的科學計算與系統建模仿真IDE，實現端云一體化。科學計算提供Julia/Pythton/M等多語言支持，建模仿真支持框圖/物理/狀態機等多范式建模，提供MATLAB/Simulink兼容導入，實現現有資產重用。

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

“同元軟控將全面擁抱數字化與智能化變革，打造數智化新時代的新興工業軟件，致力為用戶提供裝備數智化計算仿真底座支撐平臺，推動產品端云一體化持續升級，通過AI工具與解決方案支持智能化裝備產品的設計研發與裝備產品研制過程的智能化。”周凡利說道。

摘自《自動化博覽》2024年11月刊