引言
在当前技术迭代加速、市场竞争加剧的背景下，企业研发正从“经验驱动”向“数据驱动”“模型驱动”转型。复杂产品（如航空航天装备、智能汽车、工业机器人）的研发涉及多领域耦合、多学科协同，传统基于文档的研发模式已难以应对“周期长、成本高、风险难控”的痛点。基于模型的系统工程（MBSE）与科学计算/系统仿真技术的融合应用，成为破解这一困境的核心手段，推动企业研发实现“早期验证、精准优化、高效协同”的跨越式升级。
虚拟系统综合设计与仿真平台(WRP SimConductor)是一款成都赢瑞自主研发的集系统架构设计、模型集成和设计、信息流设计与管理、多学科仿真、数据分析为一体的工业软件产品。
北太天元是具备完全自主知识产权的国产通用型科学计算软件，致力于为科学研究与工程研发提供安全可控的底层计算支撑。软件基于自主可控的内核架构，集成高性能数值计算、符号运算、优化求解、微分方程建模、数值积分、随机数生成、数据可视化及算法开发等核心功能，构建了完整的科学计算技术体系。
北太真元是基于北太天元构建的图形化多域仿真与模型化设计环境，具有面向动态系统、嵌入式系统及复杂工程系统的建模、仿真与分析能力。软件采用直观的框图式建模方式，支持通过模块拖拽与信号线连接，快速构建连续、离散及混合时间系统的系统模型，广泛应用于控制工程、电力电子、航空航天、汽车、通信等多学科领域。
北太天元/真元提供学科深度，开发具体学科的专用逻辑模型库，导入SimConductor，作为系统架构模型的基础组件。赢瑞提供系统广度，搭载这些组件构建完整的系统模型，执行跨学科耦合仿真、协同设计与综合验证。双方平台通过接口深度集成，使得工作流贯通，效能倍增。
同时，双方相互赋能，形成闭环。北太的科学计算软件深入工程实践，其模型库在复杂系统仿真中得到实际应用与验证，价值延伸。赢瑞的系统设计和仿真验证平台获得丰富、专业的学科模型库支撑，提升复杂系统建模的精度、效率和覆盖范围。双方合作为复杂装备的研发提供从学科建模到系统设计、仿真、验证的一体化解决方案。
SimConductor与北太天元联合仿真结构图
Simconductor平台：作为MBSE建模与系统仿真调度中心，搭建目标系统的仿真架构，将本地化的模型单元挂接到仿真架构中形成任务，并对任务进行时序设计；通过组态面板驱动模型的仿真运行、数据记录、数据/故障的注入，并实时的可视化监控模型的输入输出数据；对仿真过程产生的数据进行可视化展示分析。包括模型接口数据展示分析和模型运行过程状态进行分析。
北太天元内核：提供高性能科学计算与算法执行能力，作为根技术，具备解释器机制与词法语法体系，是软件的计算引擎，并配备了核心函数库、词法语法分析、程序调试器与开发者工具(SDK)。
北太真元：提供仿真建模能力，提供完善的模块化建模仿真环境，配备多类 基础、行业模块库与定步长、变步长求解器，支持复杂系统的模块化建模、仿真与验证，可实 现连续/离散系统以及混合系统建模、多域多物理动态系统仿真、基于模型的系统工程设计等 功能，支持用户构建、模拟、分析、优化相应的复杂动态系统。
EngineApi插件：对外提供 TCP Server 通信服务与基于自定义 ProtoBuf 协议的标准化函数调用接口，接收外部系统的计算请求后，通过内部调用北太天元内核执行核心计算逻辑，最终将计算结果按 ProtoBuf 协议规范序列化后，通过 TCP 连接反馈至外部系统，形成 “请求接收 - 内核计算 - 结果反馈” 的完整通信与计算闭环。
FMU插件：将多学科模型集成到软件中(支持多种形式的多学科模型集成)并组装成本地化的模型单元，并定义模型单元的输入输出接口和接口数据。
北太天元插件：基于TCP Client通信服务，和北太天元按照约定的接口协议进行北太天元计算能力的调用。
FlightGear：一款开源、跨平台的飞行模拟器，提供高度逼真的飞行体验，可以验证模型仿真的模拟效果。
MirrorOne：是成都赢瑞科技开发的 "数字样机系统综合试验一体机"，作为高端装备虚拟仿真领域的专业工具，它提供了从系统设计到验证的全流程数字化解决方案。
核心技术亮点
1）内置函数深度兼容与高效调用
覆盖数学计算、信号处理、矩阵运算等核心领域，支持三角函数等初等数学函数、线性代数、快速傅里叶变换和滤波、计算几何、数值积分和微分、图和网络、稀疏矩阵、随机数、插值和优化等函数。
调用过程无需额外适配层，直接通过内核接口联动，计算延迟控制在微秒级，确保复杂仿真中函数调用的实时性。
函数参数支持动态适配，自动匹配输入数据类型（如整数、浮点数、复数矩阵），无需用户手动转换格式。
2）用户自定义 M 脚本全流程支持
完全兼容M语法规范（与Matlab兼容），用户可基于北太天元编写自定义算法脚本（如控制策略、优化模型、数据处理逻辑），并直接被 Simconductor 调用。
支持脚本模块化管理，允许将复杂算法拆分为多个子脚本，通过函数调用实现逻辑复用，降低开发复杂度。
脚本执行过程支持断点调试、变量监控，可实时查看中间计算结果，方便算法迭代优化。
3）多输入多输出（MIMO）函数适配
支持单个函数接收多维度输入参数（如矩阵、数组、结构体、自定义对象），输出结果可同时包含计算值、状态标识、日志信息等多类数据。
适配复杂算法模型的调用需求，例如在飞控模拟仿真中，可通过单函数接收传感器数据、飞行状态、环境参数等多输入，输出控制指令、决策结果等多输出。
输入输出参数支持动态扩容，无需预先定义固定维度，灵活应对不同场景下的算法调用需求。
1）北太天元插件机制，支持用户自定义功能扩展
北太天元给开发者提供了底层数据的访问接口，这使得开发者能够使用 C/C++ 等底层语言编写可与北太天元交互的可执行程序。使用开发者工具箱（SDK）可以使得开发工作变得更加灵活，用底层语言编写的程序在运行时也会有更高的效率。
北太天元插件的机制的基本框架如下图：
2）Simconductor平台通过插件接口实现算法模块的动态加载与管理
在使用时通过将对应插件文件存放到SimConductor 运行目录的wrlib文件下，在功能建模“视图”区域查看到对应插件图元，其名称与图标根据插件文件中的设置自动带出。其扩展场景实际应用包括：
工业场景中，用户可开发自定义通信插件，实现 Simconductor 与特定工业设备（如传感器、控制器）的对接；
科研场景中，可开发专属算法插件（如新型控制策略、优化算法），快速集成到仿真系统中验证效果；
跨平台协同场景中，可开发第三方软件适配插件，实现与 CAD、CAE 工具的数据互通。
实现多任务并发执行时的资源调度与线程安全保障。
1）多任务并发资源调度策略：
采用基于优先级的抢占式调度机制，根据任务重要性（如核心仿真计算、数据采集、界面刷新）分配 CPU 资源，确保关键任务优先执行。
支持任务动态调度，可根据仿真负载自动调整任务执行顺序与资源分配比例，避免单一任务占用过多资源导致系统卡顿。
引入任务池管理机制，预先创建固定数量的线程，减少线程创建与销毁的开销，提升并发执行效率。
2）线程安全保障机制：
线程安全核心保障机制：
采用临界区保护、互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）等同步机制，防止多线程同时访问共享资源（如全局变量、数据缓冲区、硬件接口）导致的数据竞争与错乱。
对关键数据采用原子操作，确保数据读写的完整性，避免因线程切换导致的数据截断或错误。
支持死锁检测与规避，通过超时机制、资源有序分配策略，降低死锁发生概率，保障仿真流程不中断。
确保仿真过程稳定、高效。
即使在多任务并发场景（如多模块联合仿真、实时数据采集与处理并行执行）下，仍能保持仿真步长稳定，无数据丢失或计算错乱。
并发执行效率较单线程提升 30% 以上，尤其在大规模数据处理、多模型协同仿真中，可显著缩短仿真总时长。
基于自定义通信协议保障数据传输的实时性与可靠性。基于 TCP 协议优化设计，采用轻量化报文结构，减少协议头部开销，提升数据传输效率。支持心跳包机制与断线重连功能，自动检测通信链路状态，断线后可快速恢复连接并续传数据，保障通信可靠性。针对复杂数据结构进行序列化与反序列化。支持矩阵、数组、结构体、嵌套对象等复杂数据类型的序列化，将数据转换为二进制流传输，降低传输带宽占用。
通过FMI协议实现Simcondutor和北太真元的互联互通。
1）FMI 协议深度适配
支持FMI 1.0、FMI 2.0 和 FMI 3.0（Functional Mock-up Interface）标准，兼容 Model Exchange（模型交换）和 Co-Simulation（协同仿真）两种模式。
北太天元与 Simconductor 均已实现 FMI 接口封装，可将自身模型导出为 FMU（Functional Mock-up Unit）文件，或导入第三方 FMU 模型。
支持 FMU 模型的参数配置、状态监控与数据交互，确保跨平台模型集成的兼容性与一致性。
2）互联互通协同流程
协同仿真时，Simconductor 负责系统级架构建模、多模块集成与调度，北太天元专注于高精度数值计算、复杂算法仿真（如多域物理、连续离散耦合问题）。
通过 FMI 接口实现数据实时交互，Simconductor 向北太天元传递边界条件、控制参数，北太天元将计算结果反馈给 Simconductor，形成闭环仿真。
支持仿真步长协同，双方自动同步仿真时间进度，避免因步长不一致导致的数据错位或仿真失败。
3）优势互补价值体现
发挥 Simconductor 在系统建模、多领域集成、可视化仿真方面的优势，以及北太天元在数值计算精度、算法库丰富度上的特长。
适用于复杂产品研发场景（如航空航天装备、智能汽车、工业控制系统），实现 “系统架构设计 + 高精度仿真验证” 的全流程协同，减少跨平台数据转换成本与误差。
发挥Simcondutor的系统建模和北太真元的仿真建模优势。
应用案例展示案例一：飞机雷达目标探查
Simconductor构建飞机系统模型，针对雷达目标探查算法，基于M脚本实现逻辑算法，通过插件机制链接北太天元内核，实现算法计算和结果反馈。
Simconductor调用北太天元执行M函数案例
北太天元加载EngineApi插件
SimConductor 调用北太天元插件
SimConductor调用北太天元执行M函数计算结果
案例二：飞行控制策略验证
在赢瑞SimConductor构建飞行系统级模型，针对飞控策略，在北太真元中建立飞机俯仰角和横摆角控制算法。北太真元和SimConductor通过FMI实现联合仿真实时交互能力。
技术驱动，共创仿真未来
赢瑞与北太振寰的此次深度合作，不仅是两款国产软件的技术互补，更是对“MBSE+科学计算”融合应用范式的一次成功探索。它为解决航空、航天、船舶、汽车、电子等高端制造领域日益增长的复杂系统仿真需求，提供了一条高效、可靠且自主可控的崭新路径。
我们相信，技术的价值在于应用与融合。未来，双方将继续深化合作，共同推动联合仿真技术在更广阔的工业场景中落地生根，赋能中国智造。
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