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摘要：系統仿真通過在産品設計周期早期提供性能預測與優化來支援産品設計決策。基于Simcenter的系統仿真工具鍊包含超過6種工具，而Simcenter System Simulation Client for Git（以下縮寫為SCG）解決方案可以對系統仿真模型及資料進行有效的管理，包含版本控制、基于角色的通路控制、資料倉建立與維護等工作。通過本次分享，使用者将對SCG的工作邏輯與應用場景有基礎認識，初步掌握基于SCG工具如何實作性能模型的管理。
1. 前言
随着仿真工具在企業中的大規模、深入應用，産生大量的業務過程仿真模型、仿真資料和其他相關資料，如何管理模型、資料以及實作流程标準化，将稱為未來企業部署仿真的重要關注方向。系統仿真通過在産品設計周期早期提供性能預測與優化來支援産品設計決策，研發部門需要一個系統仿真模型和資料管理軟體，能夠為系統仿真模型和資料建立組織架構，以便根據相關工作流和屬性進行分類、查詢和檢索。
如上圖所示，基于Simcenter開展系統仿真工作會用到超過6種工具，包括：
- 生成和優化系統仿真架構的工具： Simcenter Studio、 Simcenter System Architect......
- 性能模型開發工具：Simcenter Amesim、Simcenter Flomaster、Simulink......
- 在web應用中使用行為模型的解決方案：Simcenter Webapp Server
- 多屬性權衡工具：Simcenter System Analyst
SCG可以管理源自 Simcenter Amesim 和其他系統仿真工具的系統資料，進而為基于模型的系統工程資料提供一個協作環境。SCG是一個資源庫，它能夠為系統仿真資料建立組織模型，并根據相關的工程模式簡化分類、查詢和檢索。版本管理功能可以對整個産品開發周期中的資料進行生命周期管理。變量管理功能可以管理系統元件和子系統的多重表征，進而根據開發階段和仿真目标搭建執行個體化系統模型。基于角色的通路控制功能支援各種協作工作流的執行。總而言之，SCG對于企業充分利用知識、發展基于模型的系統工程應用具有重要意義。
本文從應用角度出發，介紹Simcenter System Simulation Client for Git在模型和資料管理方面的實際價值，并闡述其如何與各工具無縫內建實作系統仿真模型和資料管理。
2. 面向基于模型的系統工程的模型和資料管理中SCG的應用價值
随着系統仿真團隊成員數量的增加，分工更加精細，管理者會更加深刻認識到模型和資料管理勢在必行。對應的解決方案通常來自于軟體領域，比如說Subversion, Github, Gitlab。
通常有三個問題領域對解決方案的選取至關重要：
- 應用環境足夠穩定，能夠應對團隊變更、團隊内外模型共享等需求。往往資料庫的部署配置是非常複雜的，對于部署該環境的負責人提出了專家知識層級要求，并耗費大量時間進行部署微調。如果隻是簡單部署一個git庫，而不進行詳細配置，使用者在下載下傳資料時可能需要将整個git庫下載下傳到本地，這其中可能存在不應該被該使用者共享的資料；
- 要确儲存儲的模型是有效且可複用的。使用基于檔案的方法，在與他人共享模型時很容易犯錯誤:您可能會忘記依賴庫、外部檔案。解決這一問題的正常做法就是管理者制定一套規則，使用固定的方法來記錄共享模型，即人工作成一個結構體并分享，這是非常耗時的；
- 最終使用者希望專注于他們的日常工作，而不關心模型管理。如果你需要寫很長的說明指導終端使用者如何在磁盤上構造他們的資料，或者如何確定依賴關系被文檔化，那麼這肯定會導緻非常低的采用率。
針對上述問題，Simcenter System Simulation Client for Git提供了以下解決方案:
- 一個預先定義的機制來清晰地定義過程中的所有參與者；基于角色的通路控制允許非常明确地定義某組織中的某成員具有哪些權限
- 打包一個專門的“資料模型”，而不僅僅是一個檔案；“資料模型”跟蹤并包含依賴關系、相關内容文檔等，它準确地代表了系統仿真的完整領域模型；
- 高效且充分內建的使用者體驗，無需走出目前工具環境即可開展模型管理工作；專用資料傳輸方法提升效率；此外，為我們使用的系統仿真資料模型優化的專用搜尋算法
3. SCG與各類常用工具的無縫內建
SCG工具可以與Simcenter産線下的所有系統仿真工具無縫內建，包括Simcenter Studio、 Simcenter System Architect、Simcenter Amesim、Simcenter Flomaster、Simcenter Webapp Server、Simcenter System Analyst。此外，還可以對Simulink、GT-SUIT、FMI等進行模型和資料管理。下面介紹SCG與性能模型建立工具amsim、仿真架構模組化工具architect內建，以此說明SCG的應用思路和方法。
3.1 SCG與Simcenter Amesim協作開發模型
作為一個AMESIM使用者，無需學習新的UI界面和流程；整個模型管理以及模型庫管理都是完成內建到AMESIM GUI。當使用者儲存一個AMESIM工程時，增加一個頁籤“client for gate”，可以通過該選項直接将AMESIM工程存儲到伺服器上。最重要的是，該選項還能確定将所有的庫依賴項或檔案依賴項一同上傳。一個典型的協同工作流程如下：
- 領域專家建立一個模型，并使用內建的Client for Git選項儲存到資料庫
- 在進一步提高模型精度、計算性能、附加性能屬性表示的同時，領域專家還将不斷增加模型的複雜性，并更新出多個版本
- 任何擁有正确通路權限的人都可以搜尋模型并下載下傳所需的模型。因為在上傳模型之前，所有依賴項都被正确地檢查過，是以其他使用者将確定将完全完整且一緻的資料集下載下傳到他的環境中，并可以立即開始工作
3.2 SCG與Simcenter System Architect協作
與Simcenter Amesim協同作業相同，SCG也被內建到Simcenter Arichitect中，可以直接通路下載下傳/上傳操作。典型應用場景就是重用系統架構庫，包含Simulation Templates、Instrumented Models等，這些系統架構庫可以在不同的Simcenter System Architect工程中重用。
此外，Simcenter System Architect軟體中會建立大量的工程項目，調用大量不同版本的系統架構庫，所有庫的實時狀态需要時刻被跟蹤，比如資料庫中系統架構庫是否有更新、本地版本是否已經上傳等。出于這個原因，有一些直接內建的功能，可以對項目的“同步狀态”提供即時的檢視。
3.3 SCG與Amesim、 Architect互動工作流程
Simcenter System Architect和Simcenter Amesim在系統仿真組合中有非常特定的目标使用者，主要參與者為架構師和領域專家，一般來說架構師會發出子系統性能模型需求，并由領域專家響應後回報一個模型給到架構師，這個閉環過程中包含大量的資訊和模型互動，如果不借助系統功能很容易出錯。
結合SCG軟體描述一個典型的Submodel Request工作流：
- Simcenter System Architect使用者将為元件模型開發人員定義一個請求。Simcenter System Architect使用者通過建立一個Simulation Templates來實作這一點，該模闆完全記錄了元件上所需的端口；
- Simcenter System Architect使用者上傳這個Submodel Request到SCG中，然後向模型開發人員（AMESIM使用者）提供Submodel Request對應的UID；
- 模型開發人員将根據UID在SCG中進行搜尋，進而準确地得到這個請求；然後模型開發者可以根據規範進行開發，上傳Simcenter Amesim庫；
- Simcenter System Architect使用者在Simcenter System Architect項目中通路并使用它。
3.4 SCG與作業系統內建工作流程
除了Simcenter系統仿真應用程式，在客戶環境中通常還有一些額外的工具和文檔需要我們考慮。例如，使用者可能已經開發了一組腳本，用于在運作某些模型前配置本地環境；或者模型的使用說明文檔、EXCEL中定義的參數表。這些“非simcenter模型”也需要上傳到資料庫中，并與對應的模型和資料産生關聯。為了實作這一目标，SCG開發了與檔案系統的直接內建，這一功能是完全面向檔案的。
使用者在可以在任何檔案夾中右鍵單機，選擇“Simcenter Client for git”菜單中的“upload”，檔案夾中的所有内容都會上傳到伺服器。注意在這種情況下，SCG不會檢查依賴項，使用者要確定所有的内容的都已放入目前檔案夾。同樣的操作，使用者可以選擇“Simcenter Client for git”菜單中的“download”，在啟動的搜尋視窗中找到對應資料并下載下傳，使用該視窗可以搜尋并下載下傳“非simcenter模型”。
5. 總結
SCG在所有工具中緊密內建的一個關鍵價值是支援無縫的端到端工作流。SCG不僅可以與每個工具單獨的內建，還可以實作所有系統仿真的工具/使用者都連接配接到一個模型和資料存儲庫，這些模型和資料可以在每個工具中通過強大的搜尋進行搜尋。Simcenter System Simulation Client for Git通過這一屬性，完美的支援了系統仿真的模型和資料協同，幫助客戶減少浪費在重建現有模型的時間、減少為滿足特定項目而重新從零制作模型的時間（可以基于現有模型改造）、減少了通信和資料交換的時間消耗、實作了更高程度的模型可追溯性。Simcenter System Simulation Client for Git解決方案是面向基于模型的系統工程的模型和資料管理的有效手段，幫助使用者更高效的建構系統級産品數字孿生。
資料來源：
- 西門子工業軟體官網
- Simcenter 1D 系統仿真公衆号