MW开发架构二次 1

BeihangUniversityMWORKS开发平台架构与二次开发张莉，张永飞，陈娟，刘芳第一章科学计算与系统建模仿真平台MWORKS简介科学计算发展概述系统建模发展概述信息物理系统概述及其建模需求采用MWORKS构建信息物理系统的优势MWORKS平台架构及二次开发的必要性第1章科学计算与系统建模仿真平台MWORKS简介01科学计算发展概述科学计算的定义利用计算机再现、预测和发现客观世界运动规律和演化特征的全过程自然科学规律通常可以用各类数学方程式表达，而科学计算的目的则是寻找这些方程式的数值解科学计算发展计算机出现之前：科学研究和工程设计主要依靠实验或试验提供数据，计算仅作为辅助上个世纪90年代：计算机飞速发展，计算数学、应用数学、计算机科学以及应用领域结合在一起产生了科学计算这一新的交叉学科，这使得越来越多的复杂计算成为了可能进入21世纪以来：高性能计算机迅速发展，高性能和大规模的科学计算成为了科学计算领域的重要研究主题科学计算概述建立数学模型依据有关学科理论对所研究的对象确立一系列数量关系，即一套数学公式或方程式建立求解的计算方法把问题离散化，即把问题化为包含有限个未知数的离散形式（如有限代数方程组），然后寻找求解方法计算机实现编制程序、调试、运算和分析结果等一系列步骤科学计算的计算过程软件技术的发展为科学计算提供了合适的程序语言和其他软件工具，将复杂的模型进行合理的简化，使工作效率和可靠性大为提高三大数学软件（商用）MATLAB🇺🇸Mathematica🇺🇸Maple🇨🇦开源数学软件Maxima🇫🇷SCILABMIT国产科学计算与建模仿真平台MWORKS.Syslab科学计算常用软件产品MWORKS平台科学计算常用软件产品国际先进、完全自主MWORKS航天应用MWORKS航空应用科学计算常用软件产品MWORKS能源动力应用MWORKS汽车应用科学计算常用软件产品追求卓越、勤于钻研、勇于担当！MATLABMatrixLaboratory：“矩阵实验室”MATLAB语言是由美国的CleverMoler博士于1980年开发的，设计者初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题1984年CleverMoler博士等人创立MathWorks公司，并推出第一个MATLAB商业版MATLAB语言是科技界应用最广泛的计算机语言之一现已不仅是一个“矩阵实验室”了，而是国际上广泛使用的集数学运算、符号运算、数据可视化、GUI设计、程序设计、仿真等诸多功能于一身的科学与工程计算软件已成为线性代数、数值分析、数学建模、信号与系统分析、自动控制、数字信号处理、通信系统仿真等一大批课程的教学和科研工具科学计算常用软件产品MATLAB广泛应用与诸多领域科学计算常用软件产品生物医学工程通信系统的设计与仿真控制系统的设计与仿真财务金融分析语音处理图形用户界面设计新算法研究开发数值分析数值和符号计算工程与科学绘图航空航天工业汽车工业数字图像处理数字信号处理MWORKS.syslab科学计算常用软件产品https://www.tongyuan.cc/product/MWorksSyslab

MWORKS.syslab的功能科学计算常用软件产品MWORKS与MATLAB对比科学计算常用软件产品软件名称应用场景优点缺点MATLAB数据分析、信号处理、工程建模、控制系统设计等强大的数值计算能力；丰富的函数库和工具箱；独特的MATLAB语言和交互式开发环境商业软件，价格较高；在复杂的符号计算和精确数值计算方面，可能稍逊一筹Mathematica符号计算、数值计算、微积分、代数、物理学等强大的符号计算能力；广泛的数学和物理计算函数；图形绘制和可视化能力强大商业软件，价格较高；对于一些特定的领域和应用，可能需要一定的学习和适应时间Maple符号计算、数值计算、微积分、代数、方程求解等强大的符号计算能力；广泛的数学计算功能；图形绘制和可视化能力强大商业软件，价格较高；学习和适应时间可能较长；在某些特定的领域和应用方面，可能相对其他软件有一些限制MWORKS.Syslab数值运算、符号计算、信号处理、通信和绘图等国际先进、完全自主；可全面支持信息物理融合系统设计、仿真、验证及运维，为各行业提供装备数字化工程支撑还在不断开发与更新中，部分功能目前不支持；商业授权需要额外费用Maxima符号计算、数值计算、代数运算、微积分等开源软件，免费使用；提供广泛的数学计算功能；命令行界面和图形用户界面可选图形界面相对其他软件可能较简单；对于一些高级的数学计算和应用，可能需要其他包和扩展SCILAB数值计算、数据分析、控制系统设计等开源软件，免费使用；提供丰富的数学计算和数据分析功能；具有强大的控制系统设计能力图形界面相对其他软件可能较简单；在某些特定的领域和应用方面，相对其他软件科学计算常用软件产品天气预报：使用数值计算方法研究气象过程经济学：优化问题的求解工程领域：有限元方法自然科学：利用数值计算国防：计算及仿真航空航天工业：计算机仿真…科学计算的经典应用02系统建模发展概述物理模型按照一定规则对系统进行简化、或者采用一定比例尺寸按照真实系统的模样所制作的仿制品，看起来与实物基本相似抽象模型用符号、图表等形式来描述系统实物所建立起来的模型模型物理模型模型沙盘模型DNA分子双螺旋结构模型抽象模型数学模型描述系统中各要素特征和内在联系的抽象表示形式，通过使用数字、字母、符号等来建立公式、图像、框架图等微分方程模型、回归分析模型、动态规划模型仿真模型用便于控制的一组条件代表真实事物的特征，通过模仿性试验了解系统中各元素的规律概念模型基于经验、知识背景和思维直觉形成的对现实世界及其活动进行概念抽象与描述的结果通常用语言、符号、框图等形式表达模型年代发展特点1600-1940年在物理科学的基础上建模20世纪40年代电子计算机的出现20世纪50年代中期仿真被应用于航空领域20世纪60年代仿真被应用于工业控制过程20世纪70年代经济、社会和环境因素的大系统仿真20世纪70年代中期系统与仿真的结合，如支持随机网络建模的SLAM仿真系统20世纪70年代中期系统仿真与更高级决策结合，如决策支持系统DSS20世纪80年代中期集成化建模与仿真环境，如TESS仿真建模系统20世纪90年代可视化建模与仿真，虚拟现实仿真，分布式交互仿真21世纪多尺度和多模态建模，高性能计算，可视化和交互性系统建模与仿真历史发展MATLAB/Simulink（MathWorks）LabVIEW（NationalInstruments）Modelica（ModelicaAssociation）Dymola（DassaultSystèmes）OpenModelica（OpenSourceModelicaConsortium）Scilab（INRIA、ENPC、ScilabEnterprises）MWORKS.Sysplorer（中国苏州同元）系统建模与仿真常用软件03信息物理系统概述及其建模需求信息物理系统（CPS，Cyber-PhysicalSystems）集成泛在感知、可靠通信、嵌入式计算和智能化控制于一体的新一代智能系统，是物理实体与信息空间的融合统一体。信息物理系统的定义CPS通过计算、通信与控制技术的有机与深度结合，实现了计算资源与物理资源的紧密结合与深入协作。CPS的基本组成包括传感器、控制执行单元和计算处理单元。传感器用于对物理系统信号进行采集计算处理单元对采集到的数据进行计算分析控制执行单元根据计算结果对物理系统进行控制通信网络负责数据传输CPS体系结构与独立的物理系统或者信息系统相比，CPS具有以下技术特征：异构集成：由信息系统和物理系统异构集成而产生，每个子系统包含多种结构和功能各异的单元模块或设备装置深度融合：以信息子系统与物理子系统相互嵌套、深度融合形态存在数据驱动：跨设备、跨区域、跨系统的互联互通使得CPS系统表现出基于数据的泛在强交互特性系统自治：多模块、多单元异构集成的CPS系统必然需要有效的分层、分区自感知和自主调控，而系统自治能够使得CPS自配置形成不同层级的知识库、模型库和资源库，使其能够不断自我优化和演进提升CPS技术特征行为理解与分析信息物理系统需要建模以理解和分析其复杂的行为规律和内在机制优化设计与决策支持建模可以为信息物理系统的优化设计和决策提供支持故障检测与故障诊断建模可以实现对信息物理系统的故障检测和故障诊断控制与调节建模是信息物理系统控制和调节的重要手段CPS建模需求工业制造能源电力智能交通医疗健康CPS应用04采用MWORKS构建信息物理系统的优势MWORKS是各行业装备数字化工程支撑平台支持基于模型的全流程模型管理支持数字化交付、全系统仿真验证及全流程模型贯通提供算法、模型、工具箱、APP等规范的扩展开发手段，支持专业工具箱以及行业数字化工程平台的扩展开发MWORKS是开放、标准、先进的计算仿真云平台提供包括科学计算环境、系统建模仿真环境以及工具箱的云原生平台面向教育、工业和开发者提供了开放、标准、先进的在线计算仿真云环境支持构建基于国际开放规范的工业知识模型互联平台及开放社区MWORKS是全面替代MATLAB/Simulink的新一代科学计算与系统建模仿真平台提供科学计算环境Syslab替代MATLAB全面自主开发了系统建模仿真环境Sysplorer替代SimulinkMWORKS产品定位开放标准：采用国际知识模型统一表达规范Modelica、新一代科学计算语言Julia等开放规范或语言，定义新一代科学计算与系统建模仿真平台开放架构与接口规范，构建信息物理系统建模仿真开放平台融合创新：融合国际装备数字化工程发展趋势与中国重大创新工程数字化实践经验，自主计算仿真平台提供多物理融合、信息-物理融合、系统-专业融合、机理-数据融合、物理-数字融合等创新特性数字支撑：通过系列融合创新，MWORKS平台支持系统设计、计算分析、仿真验证、虚拟试验、运行维护及协同研发，全面支持复杂装备的数字化研制、数字化交付及数字孪生应用端云一体：平台基于统一架构和内核同时提供单机版和云化版本，单机版和云化版本可以独立运行或协同运行，实现架构、内核、算法、模型及数据的端云一体化MWORKS平台优势开放生态：基于开放架构与接口规范及开放语言，MWORKS提供算法、模型、工具、应用等多层次扩展开发能力，支持企业、高校、院所等合作伙伴构建自主模型、工具或应用，共建工业软件开放生态。国际先进：依托中国航天、航空、核能、船舶等行业重大工程数字化实践，持续迭代打磨平台，逐步实现对国际同类工业软件的替代与超越，在越来越多的功能和性能指标上超越国际同类产品。自主可控：平台表达采用国际开放规范或语言，建模仿真引擎国际先进、亚洲唯一、完全自主，首次实现了内核引擎欧美出口输出。全面支持国产操作系统、国产数据库及国产硬件环境。MWORKS平台优势MWORKS是一款国际先进、完全自主的新一代信息物理建模仿真平台，作为国产软件，该平台拥有更大的自主权和定制化能力，可全面支持信息物理融合系统设计、仿真、验证及运维，为各行业提供装备数字化工程支撑。05MWORKS平台架构及二次开发的必要性年份发展特点2001技术积累：关注Modelica技术，开展技术预研2004技术突破：突破核心关键技术，启动原型系统开发2006亮相国际：成功开发原型产品，首次亮相国际会议2008公司成立：同元软控公司成立2009产品发布：发布亚洲首款系统建模仿真软件MWORKS.Sysplorer2010工程应用：全面拥抱工程，航空航天应用探索和迭代2013深度服务：立足航空，基于系统工程提供深度服务2016精品打造：确立数字化系统设计与验证定位，打磨系列精品产品2018平台行程：系统设计与仿真验证平台初成，形成系统设计、验证及协同闭环2021走向生态：内核SDK发布，培育属组合工程生态2022平台升级：MWORKS平台全面升级，构建完整CPS建模仿真技术底座MWORKS平台发展历程MWORKS平台体系四大系统级产品MWORKS.Syslab：科学计算环境MWORKS.Sysplorer：面向多领域工业产品的系统建模与仿真验证环境MWORKS.Sysbuilder：基于SysML模型的面向复杂工程系统的系统架构设计环境MWORKS.Syslink：面向云端的系统协同建模与模型数据管理环境工具箱MWORKS.Toolbox函数库MWORKS.Function：提供基础数学和绘图等基础功能函数，内置曲线拟合、符号数学、优化与全局优化等高质优选函数库，支持用户自行扩展模型库MWORKS.Library：涵盖多个重点行业，支持用户自行扩展，基础模型可大幅降低复杂产品模型开发门槛与模型开发人员学习成本应用工具MWORKS.APP：满足多样化的数字化设计、分析、仿真及优化需求MWORKS平台体系满足个性化需求开发者可以根据自身需求对平台进行定制和扩展提高灵活性和可定制性便于适应特定的应用场景和业务需求避免庞大而冗杂的系统自由选择所需的功能，避免系统不必要的复杂性推动开发者社区的发展鼓励开发者之间的知识共享和合作二次开发的必要性科学计算与系统建模仿真开放系统架构在最高抽象级别上划分为三个层次：内核层：提供内核级开发接口：支持底层算法可替换，开发者可设置、替换科学计算与系统建模仿真平台底层数值算法、数学包、仿真求解算法、求解器等。平台层：提供平台级开发接口：支持应用资源可扩展，开发者可基于平台级开放接口，采用多语言高效开发函数库、模型库、APP等应用资源；支持外部系统可集成，第三方系统可以松耦合方式，整体集成科学计算与系统建模仿真平台。应用层：定义资源开发规范：支持函数、模型和APP资源的开发。MWORKS开放架构科学计算和建模仿真软件是工业软件的基础支撑软件随着新一轮科技革命快速发展，装备研制已经从信息化时代步入了数字化与智能化相结合的时代苏州同元软控打造了国际先进、完全自主的新一代信息物理系统建模仿真平台MWOR