★本刊记者/文晓

苏州同元软控信息技术有限公司董事长 周凡利

模型驱动的开发（MBD）是当前控制系统开发的主要方式，通常由工控机硬件、嵌入式系统基础软件以及建模与仿真软件构成，从工控角度，建模仿真工业软件包括控制系统与被控物理系统建模仿真软件，其与工控机和嵌入式系统密不可分，通常是由控制系统和物理系统建模仿真软件建立控制和被控物理系统模型，通过生成嵌入式C代码到工控机和嵌入式系统中运行，实现从模型在环（MIL）、软件在环（SIL）到硬件在环（HIL）或快速原型（RCP）的验证。现在控制-被控对象建模仿真已经进一步发展到信息物理系统（CPS）计算仿真。

苏州同元软控信息技术有限公司是专业从事新一代科学计算与系统建模仿真工业软件产品研发、工程服务以及解决方案的高科技公司，在工控方面可为用户提供控制系统建模仿真、物理系统建模仿真以及嵌入式代码生成的完整工具链。苏州同元软控信息技术有限公司董事长周凡利表示：“数字化与智能化必然带来新一轮技术变革，将如同计算机和互联网一样影响工业和生活的每个方面，也将推动工业控制、嵌入式系统以及建模仿真工业软件全面升级。这是我们千载难逢的换道超车、迎头赶上的发展机遇，也面临巨大挑战。同元软控全面拥抱数字化与智能化变革，旨在打造数智化新时代的新兴工业软件，为信息物理系统计算仿真提供通用平台。”

打造新一代科学计算与系统建模仿真平台MWORKS

成立于2008年的同元软控经过十六年持续研发，形成核心产品——新一代科学计算与系统建模仿真平台MWORKS，针对信息物理融合系统计算仿真提供从信息（含控制）系统与物理系统的融合建模、仿真、验证、代码生成、半物理仿真以及数字孪生的完整功能。周凡利表示，MWORKS定位为中国自主可控的新一代科学计算与系统建模仿真一体化平台和装备数智化底座支撑平台，在技术、产品、应用等多方面进行了创新，在解决卡脖子工业软件问题和推动工业数字化转型方面带来显著价值：

（1）统一环境下的多范式统一建模与信息物理融合统一建模：在MWORKS统一平台下，提供算法、框图、状态机、物理、数据等多范式统一建模，支持信息物理融合系统计算仿真；基于Modelica统一表达，创造性地实现框图、状态机、物理建模的统一；整体实现了统一建模环境、统一语言规范、统一编译分析、统一代码生成及统一调度求解。

（2）模型驱动的多目标代码生成：支持科学计算算法、框图模型、物理组件模型等不同算法模型面向MCU、DSP、CPU、GPU等不同硬件目标的仿真代码生成、嵌入式实时代码生成等不同场景的代码生成，从而支持信息物理融合系统的代码生成。其中基于Julia科学计算语言生成C/C++代码是国际上首次实现。

（3）基于机理-数据融合的智能控制与数智孪生：提供机器学习、深度学习、强化学习以及机理数据融合工具箱，支持基于AI的智能控制和基于机理-数据融合的数智孪生系统。

（4）云原生的新一代科学计算与系统建模仿真集成开发环境：免于安装，在线升级；弹性计算，按需调度；在线共享，实时协作；生态开放，易于扩展。

（5）通过多语言支持实现兼蓄经典、资源重用、创新超越：MWORKS科学计算软件Syslab提供Julia、Python、M、C/C++等多语言支持，基于Julia提供比MATLAB快2-10倍的运行效率，支持Python与Julia混合调用，自研M语言解释器实现M语法兼容度超97%，支持M代码无需MATLAB直接在Syslab中运行。

（6）初步解决了MATLAB被禁用的卡脖子工业软件问题：突破科学计算与系统建模仿真融合关键技术，打造了全球第四个科学计算与系统建模仿真一体化平台MWORKS，在无线通信、芯片设计、智能汽车、民用航空、航天卫星等典型产业已具备切换能力。

（7）提供了各行业装备数字化计算仿真底座：实现信息物理系统通用计算仿真与行业专用技术融合，形成了典型行业或重大工程多学科统一、信息物理融合的行业计算仿真平台；提出了以“数字样机、模型贯通、数字孪生”为主线的装备数字化技术路线，为空间站、载人登月、探月工程、国产大飞机、核能动力等国家重大工程提供了自主数字化平台。

2024年同元软控全新发布MWORKS2024，功能完备，性能突出，成为全球第四个科学计算与系统建模仿真一体化平台MWORKS。MWORKS具有4个核心软件（科学计算软件Syslab、系统建模仿真软件Sysplorer、系统架构设计软件Sysbuilder、系统协同建模与模型数据管理软件Syslink）、一个云化平台MoHub以及37个工具箱和29个模型库。MWORKS整体覆盖MATLAB/Simulink约80%功能，提供MATLABM语言兼容与Simulink模型导入功能，可以有效重用现有算法和模型资产。M语言语法兼容度超97%，内置1260多个常用函数，涵盖基础、数学、图形、控制、信号处理等领域常用函数，无须安装MATLAB直接运行M代码；支持将Simulink模型文件解析转换为Sysplorer模型。

新一代科学计算与系统建模仿真平台MWORKS产品架构

推动工业数字化转型升级

当前，MWORKS已广泛应用于航天、航空、能源、船舶、汽车、通信、电子等行业，为载人航天、探月工程、国产大飞机等重大工程以及新一代通信电子设备提供了先进、自主的数字化平台。

在工控建模仿真方面，针对航天卫星控制系统提供全生命周期的方案设计仿真、实时仿真、半物理仿真、超实时仿真、数字卫星交付等场景应用，实现了不同场景下控制系统与被控卫星系统的闭环仿真，在系列型号进行了充分的验证与应用。

在数字空间站方面，基于MWORKS构建了天和、梦天、问天三舱空间站的数字孪生模型，数字空间站包括4个专业、9个分系统、1600余台关键设备的多学科仿真模型，模型规模达到150万个方程组，实现空间站复杂系统的数字化交付、全系统数字集成以及数字孪生伴飞运维。数字空间站支撑任务前地面仿真模拟、在轨实时全面监测、运行状态快速预示、运行故障快速诊断，已经成为业界装备数字化的示范工程。

在机理-数据融合模型降阶方面，将多物理场多领域耦合的三维有限元分析模型转换为高效执行的一维分析模型，接入多学科系统模型进行统一仿真求解，综合一维模型的效率优势和三维模型的精度优势，实现高效计算与高精度仿真的平衡，以支持综合验证、虚拟实验、数字运维等场景。某装备在高超飞行环境下要考虑气动力与结构耦合的气动伺服弹性稳定性，采用同元模型降阶工具将结构场、气动场精细模型降阶为系统级模型，再接入多学科系统模型环境，集成开展耦合分析，在保证原有模型精度情况下，仿真效率提升6倍。多负载耦合的飞机液压系统半物理仿真实时性难以保障，传统手段难以模拟复杂、极端故障工况，使用同元模型降阶工具，将飞机液压系统模型降阶为神经网络代理模型，提高模型的运算速度，再运用半物理仿真工具，搭建极端工况模型，提高工况覆盖程度，某飞机液压系统模型仿真100s，耗时610s，模型降阶实时化处理耗时17.8s，仿真求解效率提升34倍。

此外，MWORKS已经在全国近300所高校推广应用，在哈工大、哈工程、北航、北理工等四所高校开设了200多门MWORKS相关课程，在全国100所高校开设了1300多门MWORKS相关课程，涉及数学优化、AI与数据科学、信号处理、通信、射频与混合信号、控制系统、模型驱动的代码生成与实时仿真、机械多体、基于模型的设计优化等方向以及车辆、能源、机械、电气等领域。

迎接未来挑战

数字化转型与网络化、智能化密不可分，对工控机、嵌入式系统及建模仿真工业软件将带来千载难逢的机遇与巨大挑战，对此，周凡利分析认为工控机与嵌入式系统将面临三大挑战：

其一，数字化：核心是装备数字化，关键挑战是如何将以物理样机为中心、“方案设计-物理试验方案改进-物理再试验”的瀑布迭代模式，转型到以数字样机为中心、通过数字样机实现“数字空间快速迭代、物理世界一次成功”的敏捷数字迭代模式，这需要完成以下升级：从专业级模型到系统级模型，从局部专业仿真到全系统数字仿真；从“控制逻辑-被控对象”闭环的控制系统半物理仿真，到“信息-物理融合系统”闭环的虚实融合数字孪生。

其二，网络化：主要挑战是软硬系统从单机版发展到端云一体化，从局部专业系统或分系统的半物理仿真发展到物联网世界的虚实融合。

其三，智能化：主要是装备产品研制过程的智能化与装备产品的智能化。

虽然面临种种挑战，但在周凡利看来，同元软控必将凭借独特优势赢得未来市场：

（1）定位明确，面向未来：定位为中国自主可控的新一代科学计算与系统建模仿真一体化平台和装备数智化底座支撑平台。科学计算与建模仿真一体化平台兼容覆盖MATLAB/Simulink，具备自己的后发核心创新优势；数智化支撑平台提供信息物理系统计算仿真基础平台、装备数智化工程支撑平台、标准开放云化生态平台。

（2）创新引领，特色显著：采用新一代高性能科学计算语言Julia，运行效率显著优于MATLABM语言；系统建模仿真内核历经16年持续迭代，求解性能国际领先。融合AI智能，探索AI自动编程、AI智能控制、AI数智孪生应用。打造云原生的新一代的科学计算与系统建模仿真IDE，实现端云一体化。科学计算提供Julia/Pythton/M等多语言支持，建模仿真支持框图/物理/状态机等多范式建模，提供MATLAB/Simulink兼容导入，实现现有资产重用。

（3）在工控机与嵌入式系统方面，提供先进自主的MIL/SIL/HIL/RCP建模仿真IDE与信息物理系统计算仿真平台，支持模型驱动的控制系统开发与基于数字样机的CPS数智孪生开发，支持国产硬件环境与国产操作系统。

“同元软控将全面拥抱数字化与智能化变革，打造数智化新时代的新兴工业软件，致力为用户提供装备数智化计算仿真底座支撑平台，推动产品端云一体化持续升级，通过AI工具与解决方案支持智能化装备产品的设计研发与装备产品研制过程的智能化。”周凡利说道。

摘自《自动化博览》2024年11月刊