什么是 Sysplorer

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Sysplorer 是面向多领域工业产品的系统建模与仿真验证环境，全面支持多领域统一建模规范 Modelica，按照产品实际物理拓扑结构的层次化组织，支持物理建模、框图建模和状态机建模等多种可视化建模方式，提供嵌入代码生成功能，支持设计、仿真和优化的一体化，是国际先进的系统建模仿真通用软件。

Sysplorer 内置机械、液压、气动、电池、电机等高保真专业模型库，支持用户扩展、积累个人专业库，支持工业设计知识的模型化表达和模块化封装，以知识可重用、系统可重构方式，为工业企业的设计知识积累与产品创新设计提供了有效的技术支撑，对及早发现产品设计缺陷、快速验证设计方案、全面优化产品性能、有效减少物理验证次数等具有重要价值，为数字孪生、基于模型的系统工程以及数字工程等应用提供全面支撑。

功能介绍

Sysplorer 作为多领域工程系统研发软件，能够使不同领域的用户在统一的开发环境中对复杂工程系统进行多领域协同开发、试验和分析。

• 支持物理、框图、状态机等多范式系统建模

  • 支持多领域统一物理系统建模仿真，支持陈述式表达模型、模型方程分析及求解规划

  • 支持框图系统建模仿真，支持过程式表达模型、模型嵌入式代码生成及模型双向追溯

  • 支持状态机建模仿真，支持状态并行及深层次嵌套及动作、节点、事件等便捷的状态机建模功能

  • 支持物理、框图和状态机的多范式建模环境，支持多范式模型的统一表达、混合仿真求解

• 支持大规模复杂系统高效仿真求解

  • 提供高性能的编译与求解内核

  • 支持基于同步时钟语义的大规模复杂系统模型自动拆分，支持系统级分布式联合仿真功能，支持多时钟分区积分算法独立配置的联合仿真模式与并行计算功能

  • 提供内置变步长和定步长多种求解算法，适应不同应用场景，并支持用户扩展

  • 支持基于模型求解状态序列化的接续仿真功能

  • 提供稳态计算功能，支持模型进行稳态搜索，并从稳态开始仿真

• 提供丰富易用的可视化后处理环境

  • 支持查看任意变量结果曲线，提供丰富的曲线交互功能

  • 支持模型 2D 与 3D 动画，直观查看仿真过程

  • 支持仿真实时推进、数据回放两种模式查看仿真过程

• 支持模型驱动的代码生成与实时仿真

  • 支持 Windows、Linux、VxWorks 等多种环境的实时代码生成

  • 支持硬件设备代码生成，具备实时仿真能力

  • 支持控制器代码生成，并与硬件设备融合仿真

• 提供开放的软件集成与平台扩展接口

  • 完整支持 FMI 标准，支持基于 FMI 的系统联合仿真

  • 支持 C/C++/Fortran/Python 等外部语言集成

  • 提供 SDK，支持外部应用集成、界面定制与功能扩展

应用领域

Sysplorer 提供大量经过工程验证的设计仿真一体化模型库，涵盖机械、流体、电气、控制等专业领域，以及车辆、能源、制造等行业应用场景。基于 Modelica 对多领域物理系统统一建模的支持，可广泛应用于航天、航空、能源、船舶、车辆、制造等诸多行业，以解决复杂产品设计中的多领域耦合问题。

各专业应用情况如下：

• 机械专业：现包含基础机械、平面机械、机械多体，一维/三维传动、柔性体、接触等 7 个模型库，可高效完成机械传动系统设计、多体耦合仿真、接触碰撞模拟、柔性部件分析及机器人/机床验证等任务，支持多颗粒度建模仿真。

• 流体专业：现包含液压、气动、热流体、空气通风与处理等 12 个模型库，聚焦液压回路、气动回路、管网、热流及各类暖通系统的设计与验证分析，支持多颗粒度建模与仿真。

• 电气专业：现包含基础电气、电机、电力系统、燃料电池等 4 个模型库，聚焦电力电子电路、电机系统、电力系统的设计与验证分析，支持多颗粒度建模与仿真。

整体支持应用领域如下：

名称	说明
航天领域	航天器姿态和轨道动力学与控制耦合仿真分析，航天器供配电能源系统管理动态仿真分析，液体动力系统静态与动态特性仿真分析，测控、数传、综电等系统数据通信仿真分析，舵系统模型集成仿真、快速方案论证及半物理验证，数字航天器全系统多专业联动动态仿真分析。
航空领域	液压能源系统动态仿真分析，飞行控制与作动系统动态仿真分析，起落架系统多学科综合仿真分析，机轮刹车系统全数字与半物理仿真分析，发动机系统建模、模型集成与综合仿真，飞行动力学建模与仿真分析，飞机多系统集成仿真、虚拟试验与半物理仿真。
能源领域	核反应堆统一建模仿真平台、运行系统数字化实验平台、蒸汽发生器设备建模仿真应用，二回路汽水系统建模仿真应用，自然循环实验系统建模仿真应用、闭式布雷顿循环系统建模仿真应用。
船舶领域	舰船动力系统建模与仿真分析、电力推进系统多学科集成仿真分析、舰船电力装置方案论证及试验设计、液压操舵系统建模与仿真分析、集约化二回路热力优化分析、船用机械装备虚拟设计与试验验证、滑油系统数字孪生虚拟试验、甲板机械集成控制器性能仿真与验证。
车辆领域	车辆动力性、经济性仿真分析及优化，车辆操纵性稳定性仿真分析及优化，车辆平顺性仿真分析及优化，车辆整车性能仿真分析，快速原型、硬件在环、人在回环仿真。
制造领域	卷料属性设置与优化，卷料类模型构建与应用，卷辊类模型分析与调校，卷料辅件配置与仿真，卷料张力和速度计算控制仿真，收放卷系统动态模拟及辊轮负载分析，卷料生产线关键指标验证仿真。

Modelica 语言

背景与历史

统一建模语言具有与领域无关的通用模型描述能力，由于采用统一的模型描述形式，因此基于统一建模语言的方法能够实现复杂系统的不同领域子系统模型间的无缝集成。有关系统统一建模语言的研究最早源于 Elmqvist 博士论文，随后许多学者对此展开研究，结合面向对象设计思想，引入“类”的概念对物理系统“方程”进行封装与扩展，从而奠定了该领域面向对象统一建模思想的理论基础。

随着面向对象建模语言研究的不断深入，多种建模语言并存导致模型定义与转换的混乱。为此，欧洲仿真协会 EUROSIM 于 1996 年组织了瑞典等 6 个国家建模与仿真领域的 14 位专家，针对多领域物理统一建模技术展开研究，提出通过国际开放合作，研究设计下一代多领域统一建模语言 Modelica，2000 年成立非盈利的国际仿真组织 —— Modelica 协会。由该协会每隔一年半组织一次 Modelica 学术会议，交流和探讨 Modelica 语言相关理论、系统开发及应用等方面的研究进展，基于 Modelica 的领域知识模型库建设与维护。每两个月定期召开一次设计会议，讨论 Modelica 的扩展与完善。

经过广泛的国际合作，基于 Modelica 语言的模型库积累迅猛增长，并已公开发布多个免费共享模型库和一些付费的专业领域模型库，其模型库已覆盖汽车动力学、系统动力学、燃料电池、热动力、模糊控制等许多工程领域。任何研究人员均可在 Modelica 协会的网站 (opens new window)下载这些共享资源，利用这些资源您可以快速地构建自己的仿真应用。

苏州同元软控信息技术有限公司从 2000 年开始研究基于 Modelica 的多领域建模与仿真技术，经过长期的潜心研发，开发了拥有完全自主知识产权的基于 Modelica 复杂工程系统建模、仿真与优化于一体化的软件 Sysplorer。

主要特征与显著优势

Modelica 基于非因果建模思想，采用数学方程（组）和面向对象结构来促进模型知识的重用，是一种面向对象的结构化数学建模语言，支持类、继承、方程、组件、连接器和连接。它采用基于广义基尔霍夫原理的连接机制进行统一建模，可以满足多领域需求，例如机电模型（机器人、汽车和航空应用中的机电系统包含了机械、电子、液压和控制子系统）、过程应用、电力发电和输送等。Modelica 模型的数学描述是微分、代数和离散方程（组），相关的 Modelica 工具能够决定如何自动求解方程变量，因而无需手工处理。对具有超过 10 万个方程的大规模模型，可以使用专门的算法进行有效处理。

Modelica 语言主要特点如下：

• 基于方程的非因果建模
  非因果建模是一种陈述式建模方式，意味着基于方程而不基于赋值语句。方程不管哪个变量是输入（已知）、哪个变量是输出（未知）；对于赋值语句，赋值符号左边总是输出，右边总数输入。基于方程的模型其因果特性是不明确的，只有在方程系统求解时才确定变量的因果关系。非因果建模适于表达复杂系统的物理结构，基于方程的 Modelica 模型也比传统包含赋值语句的模型具有更强的复用性。

• 多领域建模
  Modelica 能够描述电气、机械、热力学、液压、生物、控制等多领域模型或组件，已有大量可复用的领域库。

• 面向对象建模
  Modelica 具有面向对象语言特征：类、泛型（C++ 模板） 、子类型，允许组件复用和模型进化；
  Modelica 提供良好的软组件模型，通过组件（接口） 相互连接，快速搭建复杂物理系统。

• 连续离散混合建模
  Modelica 支持连续离散混合建模，可建模仿真变量值只在某个时间点发生变化（电源开/关）、变量的变化不连续的（离合器分离/结合）、尽管不是瞬态变化但变化时间区间小（阀门开/关）等情况。

Modelica 语言详细介绍，请参见 Modelica 简介和 Modelica 语言规范。

行业应用

基于 Modelica 的多领域统一建模方法为复杂装备产品设计、分析与优化奠定了基础，目前在欧洲、美国、加拿大、中国、日本等国家和地区研究发展迅猛，市场上已有成熟的软件工具，其典型代表有国内的 Sysplorer。

基于 Modelica 语言的建模仿真技术已在汽车、动力、电力、污水处理等国内外行业的仿真中得到了广泛应用。国内以苏州同元软控信息技术有限公司为主导，开始在国内航天、航空、汽车、能源等行业广泛应用基于 Modelica 多领域建模和仿真技术，为空间站、国产大飞机、核能动力等重大型号工程提供数字化平台与工程服务支撑。

Sysplorer 对 Modelica Language 支持情况

为使您更好地使用 Sysplorer 进行建模仿真，您可了解 Sysplorer 对 Modelica 最新规范的支持情况。下表列出 Sysplorer 目前尚不支持的 Modelica Language 重要语义。

章节	标题	内容
4.7	平衡模型	不支持
4.8.5.3	整数转换为枚举	不支持
7.2.7	移除变型	Modelica Language 3.6 版本新特性，不支持
7.4	选择性继承	Modelica Language 3.6 版本新特性，不支持
9.2	运算符重载记录的 flow 变量	连接方程使用记录的重载运算符，不支持
10.3.4	sum 参数是运算符重载记录	求和使用记录的重载运算符，不支持
12.6.1	转换为记录类型	其它类型通过记录构造函数的形式转换为记录类型，不支持
12.7.2	函数的偏导	不支持
12.9.7	函数中外部对象	函数中 protected 外部对象，不支持
13.6	多语言说明	Modelica Language 3.6 版本新特性，不支持

提示

Sysplorer 支持 Modelica Language 3.6 及之前的版本，例如 3.3、3.4 版本。上表已包含 Sysplorer 所有不支持的 Modelica 规范章节。