GCAir - 国产系统仿真测试验证一体化平台

1. 系统架构设计

用GCAir可以创建复杂系统：在ICD定义接口和总线；在画布创建子系统；对子系统进行接口和总线的实例化；在子系统内导入行为模型FMU、Python、C/C++、插值表等，并实现子系统内部的功能设计；把行为模型的输入输出与子系统接口和总线相连；对多个子系统进行接口和总线连接，从而实现复杂系统的架构设计。

2. ICD总线管理

ICD（Interface Control Document）接口控制文件用于描述系统、分系统、设备与系统之间的接口关系。GCAir提供ICD总线管理工具，可用于配置多种报文数据格式、收发矩阵、节点等数据总线内容，在虚拟仿真阶段和半实物仿真阶段均可使用这些配置。

3. 模型库管理

GCAir模型库管理可以把用户建好的子系统保存到库，实现子系统封装。库里的子系统可被不同工程复用，也可被同一个工程共享使用。

4. 系统模型构建

GCAir提供系统模型构建的相关操作，可对子系统进行参数设置、故障设置、端口和总线添加等，使用户可根据具体系统设计需求灵活配置子系统。

5. 多源异构系统集成

GCAir平台基于FMI标准，面向复杂系统架构设计和模型规范化问题，支持ME（Model Exchange）1.0/2.0/3.0标准和CS（Co-Simulation）1.0/2.0/3.0标准的FMU，用于复杂系统总体设计与建模、模型间接口关系设计与建模。

平台还提供硬件板卡集成接口，如1553B、A429、CAN、UART、反射内存、EtherCAT等，用于复杂系统的半实物仿真。

6. 第三方软件联合仿真

在系统仿真时，某些复杂系统的部分模型需要在指定仿真软件中运行。GCAir支持第三方联合仿真，具有Python模块、TCP模块、DDS总线等，用户可按系统仿真需求进行配置。

7. 半实物仿真

在半实物仿真系统中，被控制对象是虚拟的，控制系统是实物。GCAir可用于验证控制系统设备及控制算法的安全性、可靠性。实时仿真机的软件部分由实时操作系统和实时仿真引擎组成，实时性误差精度小于0.1ms。

仿真引擎服务程序（SimulationEngine）是运行仿真模型的实体，可实现多线程执行、顺序分组执行、仿真控制、故障注入、分布式仿真等功能，使半实物仿真系统具有可控性，并支持系统总体的反复优化、重点评估、多方案比较和快速更新。

8. 虚拟仿真

复杂系统在半实物仿真之前通常需要进行全虚拟仿真，以完成模型在环（MiL）验证。GCAir支持全虚拟仿真，该过程中被控制对象和控制系统均为虚拟对象。

9. 虚实融合

GCAir支持从全虚拟仿真到半实物仿真的一键切换，实现模型在环（MiL）与硬件在环（HiL）的快捷切换。对已配置好的子系统设置为被测硬件后，可切换至半实物仿真模式；在半实物仿真时，被测硬件子系统内部跳过FMU模型运行，并按板卡总线信号报文与硬件实物通信。

10. 分布式实时仿真

GCAir支持分布式仿真，可用于大型复杂装备系统的分布式半实物仿真。针对硬件设备种类多、数量多、通信方式多、物理距离远等情况，GCAir分布式仿真系统可通过多个实时仿真机完成不同物理位置、不同硬件设备的系统组网与半实物仿真。

11. 自动化测试TestManager

TestManager是GCAir自动化测试的配套工具，可实现基于需求的自动化批量仿真测试。将GCAir工程导入TestManager后，可根据测试需求配置测试场景、测试用例、测试工况，运行仿真并生成测试报告。TestManager支持全虚拟系统和半实物系统的批量仿真测试，可涵盖MiL、SiL、HiL流程。

12. GCAir Python API

GCAir提供Python API接口函数，用户可基于常用Python IDE编写脚本，对接口进行组合和运用以完成多种任务。Python API可用于工程仿真控制、断点控制、故障注入、自动化调试、批量自动化测试、模型优化、性能评估、数据后处理、结果对比，以及与Matlab工程的交互调用。

13. 可视化与人机交互

GCAir具有2D曲线、控件元素库、三维视景面板等可视化元素，并支持连接VR/AR设备、人机交互模拟器设备等。2D曲线面板可实时显示系统仿真的变量曲线和数值；显示型控件可用于虚拟终端实时显示；控制型控件可在系统仿真时实时调节输入量或参数；三维视景面板用于三维视景实时展示。

14. 基于插件的二次开发

GCAir支持定制开发和定制界面，提供基于插件的二次开发功能。插件可与GCAir进行数据收发通信，完成定制系统的实时仿真与人机交互，并保持定制软件的独立性与开放性。

复杂装备正向设计

适合在系统架构阶段统一定义接口、总线、子系统和行为模型，支撑复杂系统总体设计与建模。

模型在环、软件在环、硬件在环验证

适合从MiL到SiL、HiL的连续测试验证，把全虚拟验证、软件验证和半实物验证纳入同一平台流程。

半实物仿真与实时仿真

适合控制系统设备、控制算法安全性与可靠性验证，以及需要实时仿真机、板卡接口和实物通信的系统测试。

数字孪生与综合虚拟验证

适合结合2D曲线、控件、三维视景、VR/AR和人机交互模拟器，构建可视化、可交互的数字孪生验证环境。

虚实结合仿真测试验证

支持从纯虚拟模型设计、代码生成、实时仿真到半实物仿真的流程，可用于控制系统相关研发和验证过程。

多源异构模型集成接口

接口类型丰富，可集成来自不同软件和硬件设备的模型，用于系统仿真、模型置信度提升和模型运算效率改善。

与需求分析流程衔接

可按照控制系统设计的应用场景和需求定义软件功能，并以工程文件保存需求与设计之间的迭代过程。

V流程全生命周期测试支持

可针对需求建立测试场景，以文件形式保存测试用例，从纯虚拟测试到半实物测试，实现生命周期测试自动化，缩短需求验证周期。