多领域物理统一建模技术 --CAD创新与发展的思考与实践

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1 多领域物理统一建模技术 --CAD创新与发展的思考与实践
武汉天喻软件有限责任公司 陈立平 2007年12月

2 提纲 关于CAD的若干思考 信息化回顾 创新动机 多领域统一建模规范介绍 我们的研究与开发状况 建议与结论 国外研究与应用状况

3 若干思考 CAD与国家创新工程 CAD的时代考量（内涵与模式） CAD的拓展 CAD-从信息集成到模型集成

4 制造业信息化历史回顾 1980年代初托夫勒的《第三次浪潮》 “八五”、“九五” 科技部通过863计划启动2C工程
IT技术是继工业革命后的第三次技术革命，在IT时代，穷国富国处于同一起跑线上 “八五”、“九五” 科技部通过863计划启动2C工程 计算机辅助设计（CAD）应用示范工程--甩图板 计算机集成制造系统（CIMS）（后期更名为现代集成制造系统） “十五”科技部将2C工程合并-制造业信息化工程 5个数字化：设计、制造、装备、管理、企业 “十一五”国策：信息化带动工业化，发展高新技术产业，提升传统制造业

5 创新动机1：嵌入式时代 …PC、Internet时代后，已步入嵌入式时代 资源可重用、系统可重构是本时代的主要技术热点
面向服务(业务)的架构(SOA)/模型驱动的设计MDD/模型驱动的代码自动生成技术将成为本时代的重要基础支撑 在嵌入式时代，机、电、液、控、热等软、硬件等多物理领域对象高度集成与融合，复杂机电产品的研发必须在先进服务模式支持下，协作（同步）开发。 产品创新需要面向服务的新理论、新方法和新软件平台技术

6 现代机电产品：机、电、液、气、控、热…多物理器件集成
发动机（燃油、电动） 悬架系统（机械、液压、气动、磁流变等） 动力传动系统（包括变速箱、离合器、差速器等） 制动系统（包括ABS、 ESP、 TCS等） 转向系统（全液压、电液、电动） 空调系统

7 创新动机2：数字化设计技术现状 技术成熟，同质化，得到普及 重结构、轻性能 多几何设计、少功能设计 强信息集成，弱模型集成 缺系统综合能力
短辅助创新设计能力

8 创新动机3：计算理论与应用技术现状 “精致”的异构单领域工具，难以支持多领域协同开发
一般力学、多体系统动力学 －> 机械系统动力学平台 固体力学 －> 结构有限元分析 FEM 流体力学 －> 计算流体动力学 CFD 电磁学 －> 电磁场有限元分析 控制理论－> Matlib/Simulink 液压系统－> AMESim …… 平台开放性差，软件封装知识，知识依赖软件 缺少系统建模、分析和优化的技术支撑 模型难以在现有技术平台上有效积累、集成、共享、重用 模型的重用性不足，缺乏统一建模规范 现有CAE以基础理论的软件化为重，工程界需要支持设计师计算活动的计算设计理论与技术

9 创新动机4：CAX应用现状 需求 概念设计 CAD：画图 系统设计 详细设计 创新的重要阶段 缺乏技术支撑 结构设计 工艺设计
现有CAE：校核

10 创新动机6：软件技术的发展 软件界长期以来羡慕机械电子行业的模块化、可重用的生产方式
机器语言 汇编语言 高级语言 结构语言 面向对象语言 面向业务的 建模语言 面向编程人员的语言 面向工程人员的语言 软件界长期以来羡慕机械电子行业的模块化、可重用的生产方式 软件技术的变革：SOA（Service Oriented Architecture） 资源可重用，系统可重构，自动编程 模型驱动的架构、模型驱动的设计－－MDA、MDD 用户可依据自己的业务知识自动生成自己所需的应用软件 软件依赖于知识，用户将占据主动地位 知识协同、智能协同的时代即将到来

11 创新动机7：我国产品设计的技术现状 系统匹配能力弱 设计能力弱于制造能力 设计缺乏系统性、理性的指导和技术支撑，多“形似”少“神似”
整机研发能力弱于单一零部件研发能力 复杂机电系统产品研发能力弱于单纯机械产品研发能力 设计多以传统常规为主，缺乏鲁棒性、优化设计和使能手段 缺乏数据和知识的积累与重用，急需支持数据、知识集成和重用的支撑平台 缺乏专业化分工服务知询 系统匹配能力弱

12 未来产品设计服务的特征 机电产品本构的多域性需要统一的模型表达标准
专业化知询服务需要知识与软件平台分离，如同Software\hardware是软硬件产业的产品形态，独立的知识件（knowledge-ware）当成为未来知询产业的产品形态 在支持统一模型标准的SOA（面向服务的架构）平台上，用户以重用知识件的方式，“搭建”产品模型，以重构的方式，生成产品的设计计算程序，在不断的应用中或自行或与知询商合作丰富发展专业知识库。 未来产品设计服务产业的“生态”：模型标准+专业知识库+统一的计算设计平台+用户

13 Modelica：工业领域的JAVA 本构描述的多领域性和系统的复合性是复杂机电系统的重要特征
目前的机电产品设计理论、方法及工具均侧重单一领域的建模与分析，未能从本构上体现机电产品的上述特征，已不能满足日趋复杂的机电产品创新设计的需要。为此需要新的理论、方法和支撑技术 欧美于1996年开始针对性地开展了多领域物理建模与分析，并提出了具有普适性、可拓展的多领域物理建模语言modelica,取意“模型计算”，并成立了开放的国际合作组织MA（ Modelica被认为是IT技术与工业领域的具有里程碑意义的基础创新，近年来技术在一批重要行业的典型产品的开发中得到成功应用，得到国际研究机构及工业界的认同，发展迅猛，2006年6月法国达索系统宣布以modelica为技术标准实施“knowledge inside”，国外重要企业及研究机构已宣布以modelica为模型表达标准

14 基于Modelica的产品建模

15 未来产品研发平台的形态 产品研发平台是企业工程知识经验的结晶，是企业的核心竞争力的体现，是买不到的
以知识为主体，在资源可重用、系统可重构的架构平台的支撑下，在统一建模规范的基础上，由企业+专业知询服务+平台协作积累、搭建而成

16 创新动机5：目前用户、CAX供应方、服务方的关系
软件平台商缺乏专业知识 用户无法将专业知识植入平台 服务方根据个性化需求在异构的平台上以异构的API进行二次定制，效率低，无法重用，用户难以维护，服务难以成为健康的产业 在传统的模式下，我国相关机构缺乏核心技术的把握 一味地强调集成将导致核心技术的空心化 异构的定制1 异构的定制2 异构的定制.. CAX1 CAX2 CAX..

17 产品设计计算服务的新模式 企业产品创新研发平台 企业模型库 企业产品建模及计算设计平台 工业基础模型库 产品建模及计算设计平台 知询服务机构
企业模型库 企业产品建模及计算设计平台 知询服务机构 平台开发机构 工业基础模型库 产品建模及计算设计平台 知询服务机构 平台开发机构 建模规范与标准

18 华中科大的数字化设计创新：C3P->M3P
复杂机电系统对产品设计在理论、方法和技术手段三个层面提出了新的挑战 多学科协同优化MDO Multi-discipline Collaborative Opt. 多领域统一建模与分析 Multi-domain Modeling 多体系统建模与分析 Multi-body Dynamics CAX Product Lifecycle Management

19 多领域物理建模方法 多领域建模是为实现复杂系统的协同仿真而产生的建模技术，其目标是将机械、电子、液压、控制等不同学科领域的模型集成一体，以实现协同设计、分析和仿真 基于接口的方法 基于高层体系结构（HLA）的方法 基于统一建模语言（Modelica语言）的方法—下一代模型计算语言----EUROSIM

20 缺点：需要人为地割裂不同领域子系统之间的耦合关系，需要各专用仿真软件提供相互交互的接口，不具有标准性、开发性，扩充困难
二、项目相关领域的国内外技术现状及趋势 基于接口的方法 缺点：需要人为地割裂不同领域子系统之间的耦合关系，需要各专用仿真软件提供相互交互的接口，不具有标准性、开发性，扩充困难

21 二、项目相关领域的国内外技术现状及趋势 基于HLA的方法 缺点：相比基于接口的方法，其标准性和开发性得到提高，但仍需要各专业仿真软件提供与HLA的接口，仍需要人为地割裂耦合关系，仍需要针对不同的仿真应用配置模型接口、编写集成代码，多个求解器步长协调存在技术问题

22 产品设计与CAD的释义 产品设计是产品的功能设计 产品模型是多领域、多学科统一综合描述 产品设计最终目标是产品性能的优化设计
CADrafting D CADesign D CADevelop Multi-D 从几何空间到状态空间

23 复杂机电系统对产品设计在理论、方法和技术手段三个层面提出了新的挑战
对象的本构多域性－基于中性统一表达的模型集成 进程的复杂性－基于协同工作流的过程集成 手段的多样新－基于HLA的多学科数据集成 以资源可重用、系统可重构为模式的 复杂产品建模、分析、仿真、优化一体化的设计技术

24 关于modelica 本构描述的多领域性和系统的复合性是复杂机电系统的重要特征
目前的机电产品设计理论、方法及工具均侧重单一领域的建模与分析，未能从本构上体现机电产品的上述特征，已不能满足日趋复杂的机电产品创新设计的需要。为此需要新的理论、方法和支撑技术 欧美于1996年开始针对性地开展了多领域物理建模与分析，并提出了具有普适性、可拓展的多领域物理建模语言modelica,取意“模型计算”，并成立了开放的国际合作组织MA（ Modelica被认为是IT技术与工业领域的具有里程碑意义的基础创新，近年来技术在一批重要行业的典型产品的开发中得到成功应用，得到国际研究机构及工业界的认同，发展迅猛，2006年6月法国达索系统宣布以modelica为技术标准实施“knowledge inside”，国外重要企业及研究机构已宣布以modelica为模型表达标准

25 Modelica语言开发成员 Hilding Elmqvist,Sweden Fabrice Boudaud,France
Jan Broenink,Netherlands Dag Brück,Sweden Thilo Ernst,Germany Peter Fritzson,Sweden Alexandre Jeandel,France Kaj Juslin,Finland Matthias Klose,Germany Sven Erik Mattsson,Sweden Martin Otter,Germany Per Sahlin,Sweden Hubertus Tummescheit,Germany Hans Vangheluwe,Belgium

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27 Modelica的初衷 多领域物理统一建模 超越数学建模 在矩阵表达上，采用matlab方式 在描述上，向JAVA学习
在建模方式上，采用可视化键合图

28 模型驱动的SOA平台架构 组件 模型 Modelica 模型 平坦 模型 内部 代码 仿真 结果 领域库 物理构件 物理系统 编译 器
分析优 化器 仿真 器 领域库

29 基于Modelica的层次建模

30 多领域物理统一建模标准规范及建模技术 应用分析程序 自动生成 模型表达 模型分析 模型集成 模型映射 模型计算

31 与平台无关的多领域模型库/知识库 研究内容：基础模型库 机械元器件库 电子元器件库 多体元器件库 热学元器件库 控制元器件库 基础模型库

32 Modelica：较VHDL更广泛的工业模型表达规范
特点 面向对象建模 微分、代数和离散方程 多领域统一建模 适宜于大型复杂系统 连续-离散混合建模 适宜于硬件在环仿真 陈述式与过程式建模 适宜于嵌入式控制系统 大量可重用领域库 统一的数学基础 ODE, DAE, BG, FSA, PN 源于工程实际

33 技术的先进性 yes

34 当前国际多领域物理建模研究热点 基于modelica的大规模并行计算问题 AI与modelica建模技术的结合 大规模物理系统的深度分解 复杂连续-离散计算的死锁机理及处理 偏微分问题（PDE）的集成机理与标准 实时计算与硬件在环HIL、软件在环SIL研究与应用 基于modelica参数化模型的多专业协同优化方法 Modelica标准的拓展

35 工业界的态度 法国达索系统技术副总裁Dominique Florack做大会主题报告 a modelica based open strategy for embedded systems

36 国际数字化设计技术发展历程 Knowledge inside

37 Collaborative intelligent
CATIA的发展战略 Collaborative intelligent Desktop Win Desktop Unix

38 二、项目相关领域的国内外技术现状及趋势 CATIA V5 SOA 工程建模语言Modelica 可重用的模型库

39 达索雄心：用Modelica整合全系列工业应用软件， 标准和规范已成为工业应用软件创新的技术至高点
相关领域的国内外技术现状及趋势 达索雄心：用Modelica整合全系列工业应用软件， 标准和规范已成为工业应用软件创新的技术至高点

40 欧美发达国家正试图通过规范标准进一步垄断模型库资源 ------我们必须未雨绸缪
欧洲系统模型库计划：基于Modelica的国际合作计划工业领域模型库EuroSysLib/ITEA2----人类有史以来最大的模型库计划 欧美发达国家正试图通过规范标准进一步垄断模型库资源 ------我们必须未雨绸缪

41 2006年本领域的新闻 2006年6月27日，3D和PLM解决方案世界领头羊Dassault Systemes发布其CATIA系统战略，宣布将嵌入式系统建模作为CATIA的中心，并选择开放标准Modelica作为DS开放策略的核心。 DS战略和研发执行副总裁Dominique Florack说：“CATIA系统的创新是要将PLM视角扩展到（产品开发）所有层面，这需要嵌入式系统新技术。DS的策略是基于统一的数学基础提供一个开放的V5嵌入式系统平台，使客户能够建模、仿真并管理100%生命周期的产品行为。” Modelica开放标准是这个开放的V5嵌入式系统平台的核心。

42 我们的研究与开发状况 研究起步： 2000年 系统开发启动： 2002年
研究起步： 年 系统开发启动： 2002年 2006年9月亚太地区唯一的系统平台原型InteMworks亮相modelica2006维也纳大会，受到国际同行的好评，进入国际同类技术源创开发序列 2007年12月，完全自主知识产权的 Modelica/mworks v1.0正式推出

43 多领域物理统一建模研究的基础 研究起步： 2000年 系统开发启动： 2002年
研究起步： 年 系统开发启动： 2002年 2006年9月亚太地区唯一的系统平台原型InteMworks亮相modelica2006维也纳大会，发表3篇论文，受到国际同行的好评，进入国际同类技术源创开发序列

44 Modelica：较VHDL更广泛的工业模型表达规范
特点 面向对象建模 微分、代数和离散方程 多领域统一建模 适宜于大型复杂系统 连续-离散混合建模 适宜于硬件在环仿真 陈述式与过程式建模 适宜于嵌入式控制系统 大量可重用领域库 统一的数学基础 ODE, DAE, BG, FSA, PN 源于工程实际

45 支持知询服务的计算平台进展 国外厂商对Modelica的支持 软件 公司/研究所 国家 类型 状态 1 Dymola 达索 法国 环境 完整
2 SimulationX ITI 德国 开发中 3 MathModelica MathCore 瑞典 4 OpenModelica PELAB 5 IDA SE Equa Simulation 6 MosiLab 6 Fraunhofer Institutes 7 SimPa2 INRIA, Imagine, EDF, PELAB, ... 国际合作 8 BlockBulider for Modelica Maplesoft 加拿大 工具 测试版

46 mechatronic systems 咨询
支持Modelica专业知询服务的发展 服务 公司/研究所 国家 类型 1 库开发 Modelon 瑞典 知询 2 arsenal research 奥地利 3 DLR 德国 4 mechatronic systems 咨询 Schlegel Simulation 5 发动机设计 AVL

47 Modelica/InteMworks建模

48 Modelica/InteMworks模型表示

49 Modelica/InteMworks的C代码自动生成

50 Modelica/InteMworks分析计算

51 Modelica/InteMworks优化建模

52 Modelica/InteMworks优化计算

53 关于多领域物理建模技术modelica 嵌入式时代复杂机电数字化设计的核心引领技术 模型的表达规范和标准 知识的积累\重用\集成框架 知识可重用、系统可重构的设计计算平台 支撑企业创新设计的重要手段 企业的浓厚兴趣和迫切需求 我国IT技术自主基础创新发展的机遇

54 未来的业务形态 1、标准升级 符合国际标准modelica是本项目的独有特色，modelica作为由国际组织MA维护的标准，随着应用的不断拓展，将不断升级，本产品亦将随之升级 2、功能性升级 随着产品推向市场，必将适应用户各种需求，势必完善、拓展软件的功能。另外，本产品亦将逐步整合传统的CAD系统，并实现网络化、并行化，形成相应的版本。 3、内容建设升级 与传统的软件产品不同，面向行业、领域的各类模型库的建设与积累，是本项目的模式的特色，不断丰富、发展的模型库本身就是公司的特有产品形态，在用户已配备计算平台的情况下，通过模型库的丰富升级，形成可持续的知识咨询服务。

55 结论与建议 Modelica发展迅速，目前已经应用于众多领域建模和仿真，特别是在传统单领域仿真所不可及的多领域耦合仿真。目前Modelica最成熟的应用在于汽车和热力学。 知识内蕴（knowledge Inside）的现实的仿真已经成为必然趋势。嵌入式系统是其架构核心， Dassault System等重要公司对Modelica的支持，将刺激Modelica市场在未来几年内高速发展，Modelica将应用于更为广泛的领域，同时将会出现更多的领域库、支撑平台、咨询服务和终端用户； Modelica的特征使得其领域库成为可共享和可重用的最有效的知识表达形式； Modelica在未来几年内将成为多领域建模的事实标准。 DMU – Digital Mock-Up

56 建议 Modelica的出现，使其成为领域知识最有效的表达形式，建议相关单位在合适的情况下考虑采纳Modelica作为领域知识表达形式,并建议国家标准化部门予以重视； 2. Modelica发展迅速，势头良好，是以欧洲为代表的统一建模仿真技术对以北美为代表的传统单一仿真技术的一次革命，这是我们迎头赶上新技术潮流、打破国外仿真工具在我国垄断地位、实现我国IT跨越式创新的历史性机遇； 3.多领域物理建模是具有里程碑意义的基础技术创新，具有强大的生命力，建议国家加大对多领域物理建模技术相关理论、技术的研究，积极参与制订具有生命力的国际新标准，并作出创新贡献 4.为打破未来国外在模型库领域垄断，建立中国的模型库

57 丰富的开放的资源 领域库(截止到2006年9月) Modelica(11) Blocks Constants Electrical
Icons Math Mechanics Blocks - Continuous, discrete and logical input/output blocks(Continuous, Discrete, Logical, Math, Nonlinear, Routing, Sources, Tables) Constants - Mathematical and physical constants (pi, eps, h, ...) Electrical - Electric and electronic components(Analog, Digital, Machines, MultiPhase) Icons - Icon definitions Math - Mathematical functions for scalars and matrices(such as sin, cos, solve, eigenValues, singular values) Mechanics - Mechanical components(Rotational, Translational, MultiBody) Media - Media models for liquids and gases(about 1250 media, including high precision water model) SIunits - SI-unit type definitions (such as Voltage, Torque) StateGraph - Hierarchical state machines (similiar power as Statecharts) Thermal - Thermal components(FluidHeatFlow, HeatTransfer) Utilities - Utility functions especially for scripting(Files, Streams, Strings, System) Media SIunits StateGraph Thermal Utilities

58 Physics of Dynamic Systems
领域库(截止到2006年9月) Free (18) Commercial (7) ATplus TechThermo HyLib BondLib ThermoPower HyLibLight ExtendedPetriNets VehicleDynamics ObjectStab FuelCellLib WasteWater PneuLib FuzzyControl ModelicaDEVS PowerTrain Magnetic Multi-bond Graph ThermoFluid ATplus (v2.1) – For building simulation and building control. BondLib (v1.1) – For physical systems with bond graphs. ExtendedPetriNets (v1.0) – For Petri nets and state transition diagrams(extended) FuelCellLib (v1.0) – For fuel cells FuzzyControl（v1.0） – For fuzzy control Magnetic (v0.9) – For magnetic actuators and drives. QSSFluidFlow (v1.0) – For quasi steady-state fluid pipe flow SPICELib (v1.0) – With some of the modeling and analysis capabilities of the electric circuit simulator PSPICE. SystemDynamics (v1.0) – For modeling according to the principles of system dynamics of J. Forrester. TechThermo (v1.0) – For technical thermodynamics. ThermoPower – For thermal power plants (based on Modelica.Media) VehicleDynamics (v0.5) – For the dynamics of vehicle chassis. WasteWater – For modelling and simulation of waste water treatment plants. ModelicaDEVS – For Discrete Event Systems. Multi-bond Graph – For modelling using MultiBond Graphs. NeuralNetwork – For modeling using neural network. Physics of Dynamic Systems – For …. VehicleInterfaces – To rovide standard system interface definitions that enable the whole vehicle system to be conveniently modelled. HyLib – For hydraulic components. HyLibLight – For hydraulic components (subset of HyLib). ObjectStab – For power systems voltage and transient simulation. PneuLib – For pneumatic components. PowerTrain – For vehicle power trains as well as various planetary gearboxes with speed and torque dependent losses. ThermoFluid – For thermofluid systems, steam power plants, process systems. CombiPlant – For combined cycle power plants from Modelon AB. QSSFluidFlow NeuralNetwork CombiPlant SPICELib Physics of Dynamic Systems SystemDynamics VehicleInterfaces

59 Household Refrigeration
领域库(截止到2006年9月) Other (45) SmartPowerTrains Numeric ModelicaFixedPoint SmartElectricDrives GAPILib Household Refrigeration DLR FlexibleBodies ActuationHydraulics HITLib Space Flight Dynamics DryLib UnitTesting Modelica.Fluid AirConditioning BasicHydraulics SmartPowerTrains – For modeling and simulating conventional vehicles and HEVs by Arsenal Research. SmartElectricDrives – For simulating and tuning of electric drives in complex electromechanical systems by Arsenal Research. DLR FlexibleBodies – Enable and support the object-oriented and mathematically effcient modelling of flexible bodies as components of multibody and of arbitrary physical systems. Space Flight Dynamics - To be used throughout the design cycle of the Attitude and Orbit Control System (AOCS) for a generic multibody, possibly flexible, spacecraft. Modelica.Fluid – Provide components describing zero- and one-dimensional thermo-fluid components, which can be connected in arbitrary networks. BasicHydraulics – Employ a standard hydraulic formulation similar to the Modelica HyLib library but is targeted at novice users. MotorcycleDynamics – Offer all the capabilities needed to perform virtual prototyping for a two-wheeled vehicle. MultiPhase Media - For the handling of multiphase applications and developed based on the Modelica.Media package. HydroPlant – For simulation of hydro power plants and designed to be an effective tool for commissioning, testing of new control strategies and verifying complete hydro plants or selected plant systems only. Numeric – For use in Modelica simulations with Lapack, SuperLU, Interpolation and MatrixIO. GAPILib – For model parameter identification using Genetic Algorithms. ActuationHydraulics – For applications in the automotive industry which require modelling and simulation of hydraulic systems. DryLib – Enable users to rapidly develop complex models of paper machine dryer sections. In addition, parameter optimization, model reduction and moisture control by means of Non-Linear Model Predictive Control is treated. AirConditioning – Allow transient and steady-state simulations of air conditioning systems at a very high model complexity level. It is used as a development tool by several large automotive companies. Developed by Modelon AB. 2005 ThermoFluidPro – Offer high-precision equations for the fluid properties of CO2 using the Helmholtz equation given by Span and Wagner. Developed by Modelon AB. TIL/TILFluids – For simulating refrigeration systems developed and maintained by the Institute for Thermodynamics (IfT) and TLK (TLKThermo GmbH). LinearSystems – Provide basic data structures for linear control systems as well as operations on them, and includes blocks that allow quick switching between a continuous and a discrete representation of a multi-rate controller. Free library. ARENALib – For modeling, simulation and analysis of discrete-event systems (DES). ModelicaFixedPoint – For fixedpoint arithmetics and automatic fixed point code generation for embedded systems and FPGA applications. Household Refrigeration – For the simulation of household refrigerators and freezers. HITLib – For modeling building thermal response. UnitTesting –Support automated testing of Modelica models to ensure, among other things, the ongoing validity and accuracy of the models. Commercial library. ThermoFluidPro MotorcycleDynamics TIL/TILFluids MultiPhase Media LinearSystems HydroPlant ARENALib

60 领域库(截止到2006年9月) Other (45) - 2005 Spacecraft ZFLib Metabolic ACLib
Vehicle Modeling Library SimpleFlow EnergyLibrary Spacecraft – For modeling and simulation of spacecraft dynamics. 2005 Metabolic – For modeling, simulation and visualization of metabolic pathways ACLib – To optimize the efficiency of Heating Ventilation and Cooling system (HVAC-system) and to obtain a better understanding of the complex transient system behavior of automotive refrigeration cycles. A joint research project by DaimlerChrysler AG, Airbus Deutschland GmbH and TUHH. Basis of AirConditioning. 2005 Vehicle Modeling Library – To simulate the drive train of a vehicle as well as to develop algorithms for relevant electronic control units (ECU). By Volkswagen AG, Germany, 2005. SimpleFlow – To model heat and coolant flows of simple thermal equivalent circuits. By Arsenal Research, 2005. EnergyLibrary – Off-line or HIL simulation for new management strategies of fuel consumption and emissions of automotive. Contain power train and electrical power net models. A joint project by Dresden University of Technology and the BMW Group. 2005 DissDyn - To study the trainsient behaviour of the two-phase flow inside the absorber tubes of parabolic trough power plants. By German Aerospace Center. 2005 Heavy Vehicle Modeling – Physical modeling for simulation of fuel consumption and other dynamic behavior in heavy vehicles. By Scania CV AB, Sweden Overall Fuselage Flow Model (OFFM) – For modeling different aircraft types to determine pressure, temperature and humidity in designated compartments of an aircraft fuselage based on the evaluation of mass and heat flow balances under various environmental and operational boundary conditions. By Airbus Deutschland GmbH ZFLib – Extension of the commercial library Powertrain. This library has a lot of models of ZF specific components as well as some add-ons for the export to other simulation tools. By ZF Friedrichshafen AG, Germany. 2005 DissDyn Heavy Vehicle Modeling Overall Fuselage Flow Model

61 领域库(截止到2006年9月) Other (45) - 2004以前 FoodProcessing GasTurbine ENERGY
Scania Modelica Library GenericVehicle SignalFlow PQLib (Power Quality Library) RECOMB Flight Dynamics Library Refrigeration System FoodProcessing – To simulate certain dynamic behavior in liquid food processing plants, particularly characterised by incompressible fluids with complex rheologic behaviour, transport delays and dynamically changing concentrations. By Tetra Pak Processing Systems, Sweden, 2003 ENERGY – To model the complex thermo hydraulic processes of thermal power plants, but it proved applicable to energy systems in general where various fluid media transport energy throughout processes. By Carl Bro Energikonsult AB, Sweden, 2003 GenericVehicle – A generic control architecture for Hybrid Electric Vehicles. By KTH Vehicle Dynamics, Sweden, 2003. SignalFlow – An adaptive signal management library, interconnected with a C++ class library. The objective is to simplify the signal exchange in large simulation models based on modular designs, which should correspond to the signal flow for real applications by representing common networks as models with general interfaces. By Lund University, Sweden, 2003. RECOMB - Renewable Energy Components mOdelling and optiMisation of Buildings. For modelling and simulation of energy supply systems on the basis of renewable energy. By Technische Universitaet Ilmenau, Germany and De Montfort University, UK. 2003 Refrigeration System – For physical modelling and transient simulation of refrigeration systems. Technical University Hamburg–Harburg, Germany. 2003 BioChem – Abstract general-purpose library for biological and biochemical systems. 2003 VehProLib – Vehicle Propulsion Library. To provide functionality for studying and analyzing the performance of different powertrain configurations. The included components cover the range from zero dimensional in-cylinder models to longitudinal models for complete vehicles. By Linkoping University, Sweden. 2003 HKSim – For heating and cooling systems in building applications. By Technical University Hamburg–Harburg and Imtech Deutschland GmbH & Co. KG, Germany. 2003 GasTurbine – Contain components specialized for gas turbine modeling based on ThermoFluid library. By MathCore Engineering AB and Alstom Industrial Turbines AB, Sweden. 2003 Scania Modelica Library – Analyze the fuel consumption of auxiliary units in heavy vehicles. By Scania CV AB and Royal Institute of Technology, Sweden PQLib (Power Quality Library) – For power quality analysis in power supply networks. By VA TECH ELIN EBG Elektronik GmbH, Austria. 2002 Flight Dynamics Library – To model 6-degrees-of-freedom, nonlinear flight dynamics and flight systems. By German Aerospace Center (DLR), Germany. 2002 . BioChem VehProLib HKSim

62 航空航天 Space Flight Dynamics 航天类
- A Modelica Library for Space Flight Dynamics, Tiziano Pulecchi, Francesco Casella, Marco Lovera (Dipartimento di Elettronica e Informazione, Politecnico di Milano, Italy), Modelica 2006. 简介：用于设计普通柔性多体航空器的姿态及轨道控制 系统。（可视为Spacecraft库的重设计版）此库 利用Modelica的非线性动态逆性能来预估例行的 轨道和姿态上扰动力矩。

63 Default choice for replaceable model SensorBlock, comprising a single star tracker, gyroscope, GPS receiver and magnetometer. SensorBlock模型默认选项，其中包括一个星球追踪器，陀螺仪，GPS接收器和磁力计。

64 Spacecraft - Object – oriented modelling of the dynamics of a satellite equipped with Single Gimbal Control Moment Gyros, Tiziano Pulecchi, Marco lovera (Dipartimento di Elettronica e Informazione, Politecnico di Milano, Italy), Modelica 2005. 简介：用于人造卫星动力学的建模与仿真。

65 Flight Dynamics Library
航空类 Flight Dynamics Library - The Modelica Flight Dynamics Library, D. Moormann, G. Looye (German Aerospace Center (DLR), Institute of Robotics and Mechatronics, Germany), Modelica 2002. 简介：用于对6自由度非线性飞行运 动及飞行系统建模与仿真。

66 实例：Local exchange of sub-components， 子部件之间的局部关系

67 国际应用发展情况：汽车工程 传统车Modelica模型（基于SED库） HEV模型(基于SED库, Toyota Lexus原型)

68 VehicleDynamics库结构：

69 实例：The hierarchical levels of a chassis model. 底盘模型的层次等级
1: the chassis level, 2: the suspension level, 3: the component level represented by an anti roll bar linkage: 3a, a MacPherson linkage: 3b, and a steering rack: 3c. of different suspensions or wheels. 1：底盘层，2：悬架层，3：部件层：3a，MacPherson连杆；3b，方向控制架；3c，车轮

70 实例：Example vehicle model，汽车模型
A typical example is shown in Figure where all the main subsystems (driver, driverEnvironment, engine, transmission, driveline, chassis, brakes, accessories, road, atmosphere, etc.) are included at the top level of the model. 顶层模型包括了驾驶员、驾驶环境、发动机、传动系统、底盘、刹车、其它辅助设备、道路、气流等等。

71 PowerTrain库结构： 实例：Modelica model of power train with automatic gearbox ZF 4HP22， ZF 4HP22型自动变速箱动力传动模型

72 Heavy Vehicle Modeling
重型卡车 Heavy Vehicle Modeling - Development of a Modelica Heavy Vehicle Modeling Library, Per Bengtsson, Henrik Jansson, Niklas Pettersson (Scania CV AB, SWEDEN), Modelica 2005. 简介：可用于重型卡车燃耗及其他动态性能的仿真。

73 Heavy Vehicle Modeling库结构：

74 实例：Heavy truck mode without any cooling system, 无冷却系统的重型卡车

75 Scania Modelica Library
- Modelica Library for Simulating Energy Consumption of Auxiliary Units in Heavy Vehicles, Niklas Pettersson (Scania CV AB, Sweden), Karl Henrik Johansson (Department of Signals, Sensors & System, Royal Institute of Technology, Sweden), Modelica 2003. 简介：用于分析重型卡车辅助单元的能耗。

76 Scania Modelica Library库结构：

77 实例：Modules of the simulation model， 仿真模型的各个模块
In the simulations, the vehicle is set to drive a road with varying topology and speed limit that have been obtained from recordings of real roads. The vehicle is assumed to run on cruise control and with computer-controlled gear shifting (automated manual transmission). 仿真时，车辆被设定为在根据实际道路数据设计的变拓扑虚拟路上行驶且限制速度，同时，被假定为巡航控制，并采用电脑控制变速（自动变速档）

78 我们在Modelica'2006 应用该模型库成功研发了丰田佳美混合动力汽车 参观展区
国际著名发动机设计商AVL宣布全面采用modelica模型标准

79 复合循环电厂Rio Bravo2(法)中水汽循环仿真Modelica模型

80 Magnetic库结构： 实例：A solenoid actuator，螺线管激励器 下图为激励器的Modelica模型图。它由以下部分组成：左侧的电子系统（线圈）连接着电磁转换器，中间是一个以磁通管为基础的磁网，右侧是机械子系统，一个电枢动力模型。

81 HKSim - Numerical Simulation of Complex Cooling and Heating Systems, Stefan Wischhusen, Gerhard Schmitz (Technical University Hamburg–Harburg, Department of Technical Thermodynamics, Germany), Modelica 2002. - Economical Analysis of Complex Heating and Cooling Systems with the Simulation Tool HKSim, St. Wischhusen, B. L¨udemann (Technical University Hamburg–Harburg, Department of Technical Thermodynamics, Germany), Modelica 2003. 简介：应用于工业能源系统(冷却系统\加热系统\冷却加热混 合系统等)仿真。

82 Schematic of a thermal power plant， 热电厂示意图
Configuration with one condensing boiler followed by a normal boiler

83 汽轮机 GasTurbine - Gas Turbine Applications using ThermoFluid, Andreas Idebrant (MathCore Engineering AB, Sweden), Lennart Näs (Alstom Industrial Turbines AB, Sweden), Modelica 2003. 简介：此库为汽轮机量身定做了各类组件。

84 实例：The complete Modelica model of a GTX100 gas turbine
实例：The complete Modelica model of a GTX100 gas turbine with controller, fuel system, cooling system and simulated grid， 带控制器、燃料系统、冷却系统和模拟网的GTX100型汽轮 机模型

85 空调 AirConditioning - AirConditioning – a Modelica Library for Dynamic Simulation of AC System, Hubertus Tummescheit (Modelon AB, Sweden), Katrin Pr¨olß (TU Hamburg–Harburg, Department of Thermodynamics, Germany), Modelica 2005. 简介：用于具备微通道管的紧凑型热交换器的空调系统 的稳态及瞬态仿真。

86 The Modelica-model describing the air conditioning cycle， 空调循环模型

87 实例：Thermodynamic network of the ICE model, 内燃机的热网模型
It consists of several heat capacities (i.e. oil, coolant, solid material of the engine) and their heat transfers. The contact to the rest of the ICE model and its environment is defined by the standard HeatPort, the Bus connectors and the earlier described ports for the fluid flows (orange). These connectors allow the exchange of oil and coolant between ICE and other components in the cooling circuit. 此模型包括了若干元素（如油，冷却剂，发动机的固体材料部分）及其热传输。内燃机模型的其它部分及环境则由标准HeatPort，总线连接，或流接口（橙色）来定义。这些定义的连接器允许在冷却循环中内燃机及其他部件通过油和冷却剂进行热交换。

88 The test bench for the gas turbine， 汽轮机试验台模型
Development and validation of models used to comprise an Evaporative Gas Turbine process (EvGT) model. This model includes non-linear processes, e.g. evaporation and condensation into a gas mixture with a fully dynamic gas composition. The model was developed over a period of several years and started within a licentiate thesis. 这个蒸汽式汽轮机模型是利用ENERGY库中已开发并校对过的模型建立的。该模型包括了非线性的处理，如蒸发浓缩生成的动态气体混和物。这个最初始于硕士论题的模型开发耗时若干年。

89 水电厂 HydroPlant - HydroPlant – a Modelica Library for Dynamic Simulation of Hydro Power Plants, Kristian Tuszynski (Modelon AB, Sweden), Jan Tuszyński (Datavoice HB, Sweden), Karl Slättorp (Tactel AB, Sweden), Modelica 2006. 简介：可对完整的水力电厂进行校检，及试验、测试其 新的控制策略。

90 Model of a complete hydro power plant， 水力电厂完整模型

91 核电——轻水反应堆 IRIS - Object-Oriented Modeling, Simulation and Control of the IRIS Nuclear Power Plant with Modelica, Antonio Cammi, Francesco Casella, Marco E.Ricotti, Francesco Schiavo (Politecnico di Milano, Italy), Modelica 2005. 简介：ThermoPower基础上发展而来，专用于IRIS新型 核电设备的建模与仿真。

92 IRIS库结构：

93 实例：Plant Model，设备模型 The model of the IRIS plant basically describes the primary circulation loop, i.e. the reactor coolant loop, and the secondary loop, i.e. the once-through evaporators, along with the feedwater and turbine systems. IRIS设备模型主要描述了主循环回路，即反应堆冷却回路，和次要回路，即脱水器，给水系统，涡轮系统。

94 汽车控制 GenericVehicle - Modelling of Generic Hybrid Electric Vehicles, Leo Laine (CTH, Sweden), Johan Andreasson (KTH Vehicle Dynamics, Sweden), Modelica 2003. 简介：用于混合电动汽车的通用型（硬件、配置无关） 控制体系建模。

95 实例：The ICE model，内燃机模型
The ICE model uses one dimensional look up tables for maximum and minimum torque. The fuel consumption is calculated by using the actual torque and rotational speed as input for a two dimensional look up table. 通过查一维表得到扭矩的最大最小值，以实际扭矩及转速为输入查二维表从而计算得到燃耗。

96 ActuationHydraulics 汽车液压系统
- Modelling Automotive Hydraulic Systems using the Modelica ActuationHydraulics Library, Peter Harman, Modelica 2006. 简介：应用于汽车中的液压系统。

97 实例：Power steering spool valve model，动力转向伺服阀模型
Figure shows a Modelica model of a spool valve within a power steering system model. The spool model is built up of submodels, each representing one flow path through the valve. These “SpoolPort” models interface with translational mechanics components from the Modelica standard library, and the flow through each is a function of the spool displacement, the pressure drop and the port geometry.

98 敬请专家提出宝贵意见