◎北京航天自动控制研究所 禹春梅 王辉 宋维军 尚腾 梁禄杨

制导、姿控、仿真协同设计平台的研制与实践＊

◎北京航天自动控制研究所 禹春梅 王辉 宋维军 尚腾 梁禄杨

为了适应多任务并举、协同设计、快速论证的要求，通过制导、姿控、仿真协同设计平台的研制与实践，将商业软件、自研设计工具、仿真模型、控制算法规范化，设计流程工具化，系统方案模块化，实现了隐性知识显性化及制导、姿控、仿真设计的协同化，提升了设计效率，使制导、姿控、仿真从传统的研制模式向设计流程自动化的并行协同研制模式转变。

为了满足型号高密度发射的要求、支持多型号快速论证、解决多专业耦合设计、推动方案的规范化与产品化，北京航天自动控制研究所开展了制导、姿控、仿真协同设计平台的研制和应用工作，全面打通了制导、姿控系统从上游（总体任务书）到设计结果入库的自动化设计通道，并进行流程再造，以实现从粗放的串行研发模式向精细的协同并行研发模式转变。

一、协同设计平台的构建与应用

1．平台构建

从2013年4月开始，研究所组织研制团队深入分析了国外先进设计工具软件的理念与精髓，结合火箭/导弹控制系统设计仿真的特点与需求，自主进行了制导、姿控、仿真协同设计平台的研制工作。同时，研制团队进行了协同设计平台的需求细化、方案确定、规范制定、平台研制与测试、推广应用等一系列实践工作。为了高效开展平台研制，研究所建立了制导、姿控、仿真3个专业的研制小组，并建立了周例会的工作推进制度。最终，研制团队经过近百次的沟通协调，完成了制导、姿控、仿真协同设计平台软件的开发和现场测试工作，并于2015年1月举行了所级发布会。

在平台建设的同时，形成了1个制导与姿控数据结构标准、2个仿真软件编制规范、3个仿真软件基础库、4个应用规定、1套仿真模型手册等顶层文件，以指导和规范平台的使用。平台的设计功能包括常用商业软件、自研设计工具的集成与应用、设计流程定制等，集成了Matlab、STK、Origin、Office、Isight等商业软件以及导航、制导、姿控共计24个自研设计工具，形成了制导、姿控系统自动化设计流程，实现了制导、姿控系统方案的模块化选择。平台的仿真功能包括仿真模型管理、仿真工程构建、仿真代码一键生成等，实现了仿真软件的可视化构建。

协同设计平台采取网络化布局，以“服务器端—客户端”为模式运行。服务器端共享知识和数据，内容包括制导、姿控、仿真系统的知识、方法、工具、模型、规范等；设计师应用客户端实现对共享内容的检索、下载、共享，并以此为基础开展协同设计工作。平台以“知识共享—标准化—再设计—再共享”的循环升级方式不断自我完善，同时提供了强大、全面的知识库，包括各种工具、模型的公式算法、设计报告、测试报告等。

2．平台应用

一是设计流程的规范化、自动化。

制导、姿控系统设计流程的自动化是通过设计模板将原有的设计流程进行规范和向导化，明确设计节点的数据传递关系，并将型号已有的设计经验和设计结果进行有效集纳与智能提示。

为实现制导、姿控系统设计流程的规范化、自动化，首先对制导、姿控系统设计过程需要遵从的作业指导书和标准规范进行充分的知识挖掘，梳理各个设计环节的输入、约束、目标、原理和方法等，通过软件开发形成各个设计环节的软件工具；其次，通过设计模板将原有的设计流程进行规范和向导化，明确各个设计环节的标准接口形式，实现从任务书分析、方案设计、试验验证到提出软件研制任务书全流程的自动化；最后，在设计模板中充分集纳积累的型号设计结果和设计经验，以便于方案借鉴并避免出现低层次的设计质量问题，从而实现快速设计。

二是仿真验证的可视化、向导化。

协同设计平台内置仿真模型库，可供检索、下载、共享使用。设计师可以通过模型可视化拖拽的方式，将模型库中的入库模型添加到仿真工程中，并通过可视化的方式连接控制流和数据流，定义模型之间的传递关系，点击“生成代码”，即可生成完整的仿真工程。

三是并行协同的新研制模式。

专业协同包含数据和模型协同2个层面的功能。在并行协同研制模式下，设计师在收到设计输入后，借用分析处理工具可以在数分钟内完成数据分析；在论证方案时可以在系统方案库中便捷地选择合适的方案，并以此为基础进行创新设计；制导、姿控、仿真3个专业之间可以快捷地传递和共享设计参数、仿真模型等，以实现方案的匹配、优化；在试验验证阶段也可以继承设计阶段的成果，提升验证效率。制导、姿控、仿真协同设计平台如图1所示。

同专业或同项目的设计人员可以通过协同工作空间同步设计输入、设计结果等，也可以通过共享模型库同步仿真模型，通过共享模板库同步设计模板。

二、实践效果

协同设计平台经过6个月的全面应用，其中自研设计工具在30多个型号中进行了应用。成熟的制导律、校正网络计算等工作耗时由“数天”缩短至“分钟”量级；仿真工程的图形化、拖拽式构建在10多个新型号中推广应用，仿真软件编制由原来的2～3个月减少到1个月，提升效率2倍以上，有效缩短了研制周期；10多个型号应用协同设计平台进行了飞行试验结果分析，从接到试验数据到生成结果分析报告仅需数分钟；制导、姿控、仿真系统的数据、模板协同功能使独立串行设计逐步向并行协同设计转变。

通过协同设计平台的研制与应用，北京航天自动控制研究所全面打通了制导、姿控系统的自动化设计通道，修订了专业研制流程和作业指导书，同时实现了从粗放的串行研发模式向精细的协同并行研发模式转变。◀

图1 制导、姿控、仿真协同设计平台

国家自然科学基金（61403355）