CN104915242A - 多学科协同仿真架构方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多学科协同仿真架构方法，采用与商用工程软件相应的标准或二次开发接口、代理接口，各自独立的分布布置，经软总线平台进行商用工程软件间的跨学科信息交互和互操作，解决了多学科协同仿真中商用工程软件所提供的接口无法跨版本、不支持软件分布式布置的问题，且加强了商用工程软件的多学科协同仿真的可行性；由于本方法通过HLA/RTI软总线平台将商用工程软件有机的连接到一起，可以更好的支持多学科协同仿真，有效保证复杂系统设计的效率和可信度；由于本方法中各个软件子系统均在物理层面独立，因此可方便增加子系统数量，具有良好的扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据处理方法，特别是涉及实现多领域仿真服务、数据传递的多学科协同仿真架构方法。
背景技术
多学科协同仿真的本质是多学科领域模型的互联与互操作；现代科学技术的发展，推动了不同学科的相互交叉与渗透，协同仿真技术是基于建模技术、分布仿真技术和信息管理技术的综合应用技术，是在各领域建模、仿真分析工具和CAX/DFX技术基础上进行的进一步发展，也是将各个领域、各个单位的复杂分布异构系统组合成为一个整体以进行仿真、设计、全方位研究产品性能的途径。
多学科协同仿真方法主要有基于统一语言方法和基于模型接口方法两种；基于统一语言的方法是协同仿真的理想方法和发展目标，但由于该种软件目前尚不成熟，各种模型库需要自行开发才能满足实际的建模和仿真要求。
基于模型接口方法主要可以分为点对点式结构、网状结构和软总线式结构三种具体的实现方式。
点对点结构模式的仿真主要是通过软件间的数据接口，实现数据的双向传递与交互，由于每个不同版本的仿真软件数据接口只能支持对应版本的其他软件的数据接口，因此导致了仿真模型的可重用性很低，此外，低版本的商用仿真软件想要点对点式仿真时，就必须安装在同一个操作平台上，不能分布式布置，虽然一些高版本的商用仿真软件添加了远程通信的功能，但是仍不完善，因此点对点式仿真不能满足解决面向复杂产品设计的协同仿真的要求。
网状结构模式由于缺乏有效的数据过滤机制和客户化的消息定制方式，导致了网络中存在大量的冗余数据，其实时性和可靠性都难以保证，因此不适合用来解决面向复杂产品设计的协同仿真问题。
软总线结构模式基于软总线的仿真方式将整个协同仿真从物理层面分开，各个子系统相互之间通过软总线实现通信和交互，能保证各个子系统的可重用性，可分布式布置等特性，但是由于商用工程软件的开放程度不够，故在已有的软总线多学科协同仿真中，并没有完全实现商用工程软件各自独立与软总线平台连接，例如ADAMS为通过其control模块将模型嫁接至MATlab/Simulink中，然后通过Simulink与软总线平台进行信息交换，这导致了仿真模型的可重用性不高，也限制了其实现分布式的布置，故而商用工程软件与软总线之间的接口开发是实现多学科协同仿真的焦点。
综上所述，目前多学科协同仿真中商用工程软件所提供的接口存在无法跨版本、不支持软件分布式布置的问题。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种多学科协同仿真中商用工程软件所提供的接口能够实现跨版本、支持软件分布式布置的多学科协同仿真架构方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种多学科协同仿真架构方法，包括软总线平台、代理接口、子系统、标准或二次开发接口；每一个子系统对应于一个标准或二次开发接口；每一个标准或二次开发接口对应于一个代理接口；标准或二次开发接口、代理接口的构成方式根据相应的子系统而定；子系统通过与其相应的标准或二次开发接口与相应的代理接口进行信息交互；代理接口通过软总线平台交换各个子系统所需的信息。
多学科协同仿真架构方法，包括以下步骤：
步骤S101：软总线平台开启，等待子系统加入；
步骤S102：第一子系统代理接口初始化，加入软总线平台；等待其他子系统代理接口初始化完成消息；
步骤S103：执行软总线平台中的管理函数判断是否所有子系统已经加入软总线平台，如果是，执行步骤S104；如果否，继续步骤S101等待子系统加入；
步骤S104：软总线平台向所有子系统代理接口发送初始化完成消息；
步骤S105：各个子系统代理接口接收到初始化完成消息后，通过软件标准或二次开发接口启动软件，执行软件仿真初始化命令；初始化完成后，向代理接口传递初始化数据，等待各自所需其他子系统数据；
步骤S106：各个子系统代理接口向软总线平台传递数据，等待各自所需其他子系统数据；
步骤S107：软总线平台根据各个子系统请求向各个子系统发送其所需的其他子系统数据，等待子系统回应；
步骤S108：软总线平台判断各个子系统是否完成数据接收，如果是，执行步骤S109；如果否，继续步骤S107中等待；
步骤S109：软总线平台推进各个子系统逻辑时间，等待下一次数据交换；
步骤S110：各个子系统代理接口根据自身规则计算软件的仿真时间，通过软件标准或二次开发接口下发开始仿真消息；各软件开始执行仿真，仿真到达指定时间后，向代理接口发送结果数据，各个子系统代理接口等待仿真到达指定时间消息；
步骤S111：各个子系统代理接口判断仿真是否到达指定时间，如果是，执行步骤S112；如果否，继续步骤S110；
步骤S112：各个子系统代理接口接收到软件仿真结果数据后，向软总线平台传递数据，等待各自所需其他子系统数据；
步骤S113：软总线平台判断是否结束仿真，如果是，执行步骤S114；如果否，执行步骤S107；
步骤S114：软总线平台向代理接口发送结束仿真消息；
步骤S115：各个子系统代理接口接收结束仿真消息后，通过各软件标准或二次开发接口结束仿真，完成多学科协同仿真工作。
所述软总线平台为HLA/RTI；所述子系统为商用工程软件。
所述商用工程软件为AMESim、MATlab、ADAMS。
所述代理接口有RTI服务函数、数据结构转换函数、TCP\IP-sever套接字服务端。
与AMESim相应的标准或二次开发接口由Standard Interface标准接口和Generic Co-Simulation Library通过联合仿真库构成；与AMESim相应的代理接口由RTI服务函数和数据机构转换函数构成。
与MATlab相应的标准或二次开发接口为Engine；与MATlab相应的代理接口由RTI服务函数和数据结构转换函数构成。
与ADAMS相应的标准或二次开发接口由Subroutine用户子程序和TCP\IP-client套接字客户端构成；与MATlab相应的代理接口由RTI服务函数、数据结构转换函数、TCP\IP-sever套接字服务端构成。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明多学科协同仿真架构方法，采用与商用工程软件相应的标准或二次开发接口、代理接口，各自独立的分布布置，且经软总线平台进行商用工程软件间的跨学科信息交互和互操作，解决了多学科协同仿真中商用工程软件所提供的接口无法跨版本、不支持软件分布式布置的问题，且加强了商用工程软件的多学科协同仿真的可行性；由于本方法通过HLA/RTI软总线平台将商用工程软件有机的连接到一起，可以更好的支持多学科协同仿真，有效保证复杂系统设计的效率和可信度；由于本方法中各个软件子系统均在物理层面独立，因此可方便增加子系统数量，具有良好的扩展性。
附图说明
图1为本发明的多学科协同仿真架构方法的原理图；
图2为本发明的多学科协同仿真架构方法的接口内容示意图；
图3是发明的多学科协同仿真架构方法的流程图。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
如图1所示，本发明的一种多学科协同仿真架构方法，包括软总线平台、代理接口、子系统、标准或二次开发接口；其中，子系统、标准或二次开发接口、代理接口各有若干个；每一个子系统对应于一个标准或二次开发接口；每一个标准或二次开发接口对应于一个代理接口；标准或二次开发接口、代理接口的构成方式根据相应的子系统而定；子系统通过与其相应的标准或二次开发接口与相应的代理接口进行信息交互；代理接口通过软总线平台交换各个子系统所需的信息。
图2所示，本实施例选用HLA/RTI(高级体系结构，High LevelArchitecture)作为软总线平台，代理接口由RTI服务函数、数据结构转换函数、TCP\IP-sever套接字服务端根据子系统的不同进行相应地组合，子系统选用商用工程软件AMESim(多学科领域复杂系统建模仿真平台)、Matlab(矩阵实验室)、ADAMS(机械系统动力学自动分析)，标准或二次开发接口与商用工程软件对应为：AMESim为Standard Interface标准接口与Generic Co-Simulation Library通用联合仿真库、Matlab为Engine、ADAMS为Subroutine用户子程序与TCP\IP-client套接字客户端，其中，AMESim软件通过Standard Interface标准接口和Generic Co-Simulation Library通用联合仿真库与RTI服务函数和数据结构转换函数构成的代理接口进行信息交互；Matlab通过Engine与RTI服务函数和数据结构转换函数构成的代理接口进行信息交互；ADAMS通过Subroutine用户子程序和TCP\IP-client套接字客户端与RTI服务函数、数据结构转换函数、TCP\IP-sever套接字服务端构成的代理接口进行信息交互；代理接口通过HLA/RTI软总线平台交换各个商用软件所需的信息，实现多学科领域商用工程软件的跨版本，分布式的互联与互操作，提高复杂系统设计的效率。
以下是本实施例的执行步骤：
步骤S101：执行HLA/RTI软总线平台中初始化函数，等待AMESim、MATLAB、ADAMS子系统加入；
步骤S102：子系统代理接口初始化，所有子系统代理接口首先执行RTI服务函数加入HLA/RTI软总线平台，并向平台发送已经加入的消息，然后等待平台的回调信息；ADAMS子系统则还需要启动TCP\IP-sever端，等待ADAMS软件连接；
步骤S103:HLA/RTI软总线平台确认是否所有子系统都加入，并决定是否发送初始化完成消息；如果是，则执行步骤S4,；如果否，则继续步骤S1中等待；
步骤S104：HLA/RTI软总线平台发送初始化完成消息；
步骤S105：各个子系统代理接口接收到初始化完成消息后，AMESim由API函数后台启动软件，通过Standard Interface和Generic Co-Simulation Library建立数据传输通道，然后完成初始化工作，MATLAB启动Engine并建立数据传输通道，然后完成初始化工作；ADAMS启动Solver，通过Subroutine和TCP\IP-client建立数据传输通道，然后完成初始化工作；
步骤S106：各个子系统代理接口接收到软件初始化数据后，由数据结构转换函数将数据转换并储存为HLA/RTI软总线平台格式，然后向HLA/RTI软总线平台传递，同时等待HLA/RTI软总线平台发送回各自所需数据；
步骤S107：HLA/RTI软总线平台根据各个子系统请求关系向各个子系统发送其所需的其他子系统数据，等待子系统回应；
步骤S108：HLA/RTI软总线平台判断各个子系统是否完成数据接收，如果是，执行步骤S109；如果否，继续步骤S107中等待；
步骤S109：HLA/RTI软总线平台确定各个子系统接收到所需数据后，运行时间管理函数推进各个子系统系统逻辑时间，等待下一次数据交换；
步骤S110:各个子系统代理接口根据自身规则计算软件的仿真时间，通过软件标准或二次开发接口下发开始仿真消息；各软件开始执行仿真，仿真到达指定时间后，向代理接口发送结果数据，各个子系统代理接口等待仿真到达指定时间消息；
步骤S111：各个子系统代理接口判断仿真是否到达指定时间，如果是，执行步骤S12；如果否，继续步骤S10中等待；
步骤S112：各个子系统代理接口接收到软件初始化数据后，由数据结构转换函数将数据转换并储存为HLA/RTI软总线平台格式，然后向HLA/RTI软总线平台传递，同时等待HLA/RTI软总线平台发送回各自所需数据；
步骤S113：HLA/RTI软总线平台依据仿真时间判断是否结束仿真，如果是，执行步骤S114；如果否，执行步骤S107；
步骤S114：HLA/RTI软总线平台向各代理接口发送结束仿真消息；
步骤S115：各个子系统代理接口接收结束仿真消息后，AMESim由API函数后台保存结果，关闭软件；MATlab通过Engine保存结果，关闭软件；ADAMS通过Subroutine和TCP\IP-client保存结果，关闭软件；整个系统完成多学科协同仿真工作；
通过上述步骤的执行，本实施例通过标准或二次开发接口：AMESim的Standard Interface标准接口与Generic Co-Simulation Library通用联合仿真库、MATlab的Engine、ADAMS的Subroutine用户子程序与TCP\IP-client套接字客户端，实现了商用软件各自独立与HLA/RTI软总线平台的连接将商用工程软件有机的连接到一起，解决了多学科协同仿真中商用工程软件所提供的接口无法跨版本，不支持软件分布式布置的问题，既提高了仿真模型或者子系统的可重用性，也提高了商用工程软件的多学科协同仿真的可行性，同时，由于商用软件子系统是相互独立的，能提高系统的可扩展性。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围。
Claims (8)
1.一种多学科协同仿真架构方法，其特征在于，包括软总线平台、代理接口、子系统、标准或二次开发接口；每一个子系统对应于一个标准或二次开发接口；每一个标准或二次开发接口对应于一个代理接口；标准或二次开发接口、代理接口的构成方式根据相应的子系统而定；子系统通过与其相应的标准或二次开发接口与相应的代理接口进行信息交互；代理接口通过软总线平台交换各个子系统所需的信息。
2.根据权利要1所述多学科协同仿真架构方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S101：软总线平台开启，等待子系统加入；
步骤S102：第一子系统代理接口初始化，加入软总线平台；等待其他子系统代理接口初始化完成消息；
步骤S103：执行软总线平台中的管理函数判断是否所有子系统已经加入软总线平台，如果是，执行步骤S104；如果否，继续步骤S101等待子系统加入；
步骤S104：软总线平台向所有子系统代理接口发送初始化完成消息；
步骤S105：各个子系统代理接口接收到初始化完成消息后，通过软件标准或二次开发接口启动软件，执行软件仿真初始化命令；初始化完成后，向代理接口传递初始化数据，等待各自所需其他子系统数据；
步骤S106：各个子系统代理接口向软总线平台传递数据，等待各自所需其他子系统数据；
步骤S107：软总线平台根据各个子系统请求向各个子系统发送其所需的其他子系统数据，等待子系统回应；
步骤S108：软总线平台判断各个子系统是否完成数据接收，如果是，执行步骤S109；如果否，继续步骤S107中等待；
步骤S109：软总线平台推进各个子系统逻辑时间，等待下一次数据交换；
步骤S110：各个子系统代理接口根据自身规则计算软件的仿真时间，通过软件标准或二次开发接口下发开始仿真消息；各软件开始执行仿真，仿真到达指定时间后，向代理接口发送结果数据，各个子系统代理接口等待仿真到达指定时间消息；
步骤S111：各个子系统代理接口判断仿真是否到达指定时间，如果是，执行步骤S112；如果否，继续步骤S110；
步骤S112：各个子系统代理接口接收到软件仿真结果数据后，向软总线平台传递数据，等待各自所需其他子系统数据；
步骤S113：软总线平台判断是否结束仿真，如果是，执行步骤S114；如果否，执行步骤S107；
步骤S114：软总线平台向代理接口发送结束仿真消息；
步骤S115：各个子系统代理接口接收结束仿真消息后，通过各软件标准或二次开发接口结束仿真，完成多学科协同仿真工作。
3.根据权利要求2所述多学科协同仿真架构方法，其特征在于：
所述软总线平台为HLA/RTI；所述子系统为商用工程软件。
4.根据权利要求3所述多学科协同仿真架构方法，其特征在于：所述商用工程软件为AMESim、MATlab、ADAMS。
5.根据权利要求4所述多学科协同仿真架构方法，其特征在于：所述代理接口有RTI服务函数、数据结构转换函数、TCP\IP-sever套接字服务端。
6.根据权利要求5所述多学科协同仿真架构方法，其特征在于：与AMESim相应的标准或二次开发接口由Standard Interface标准接口和Generic Co-Simulation Library通过联合仿真库构成；与AMESim相应的代理接口由RTI服务函数和数据机构转换函数构成。
7.根据权利要求6所述多学科协同仿真架构方法，其特征在于：与MATlab相应的标准或二次开发接口为Engine；与MATlab相应的代理接口由RTI服务函数和数据结构转换函数构成。
8.根据权利要求7所述多学科协同仿真架构方法，其特征在于：与ADAMS相应的标准或二次开发接口由Subroutine用户子程序和TCP\IP-client套接字客户端构成；与MATlab相应的代理接口由RTI服务函数、数据结构转换函数、TCP\IP-sever套接字服务端构成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |