CN105488251A - 一种分布式飞行器仿真平台及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分布式仿真技术应用领域，涉及一种分布式飞行器仿真平台及其实现方法。分布式飞行器仿真平台包括数据库、工作流管理模块和结果展示模块，所述数据库包括仿真模型库、用户数据库、项目数据库、工作流数据库、运行参数数据库、分布数据交换库和仿真结果库。本发明通过组件式仿真模型管理方法，将模型封装成独立组件的形式，无需反复对模型进行修改与集成，能够极大的提高仿真系统开发效率，降低系统开发消耗；基于图形界面的工作流定制方法能够让用户直接将任务所需的工作流以直观的图形化工作流图的形式表示出来，而不再需要通过编写复杂的逻辑关系来实现，极大的提高了工作流构造的效率，降低了工作流复杂度和对操作人员的要求。

Description

一种分布式飞行器仿真平台及其实现方法

技术领域

本发明涉及分布式仿真技术应用领域，涉及一种分布式飞行器仿真平台及其实现方法。

背景技术

回顾飞行器发展史，可以发现飞行器仿真技术的进步往往是伴随着信息技术的发展。信息技术早期在飞行器中的应用可以追溯到上世纪50年代至70年代初期，此时期出现了一批标准计算程序和基于DOS操作系统(磁盘操作系统)的计算机辅助设计软件。此阶段的飞行器仿真软件基本上都是各自独立，难以实现资源共享，模型的复用。

经过半个多世纪的发展，飞行器仿真技术实现了跨越，并行与协同、虚拟样机、集成设计等先进设计理念在各种设计平台和计算仿真软件开发中得到充分体现，对提高飞行器仿真水平起到了积极推动作用。各种先进设计理念的应用使飞行器研制技术呈现出数字化、集成化、虚拟化的发展趋势。

近年来，集成仿真方法在飞行器多学科设计中得到了广泛应用。以美国国家航空航天局(NASA)为代表的一些研究机构正致力于为下一代的航天器系统开发一种分布式的协同工程环境。其中最具代表性的是NASA主持的高级工程环境(AEE)项目。AEE的三大核心组成部分分别为产品数字管理(PDM)系统、集成设计框架ModelCentre系统、以及基于XML的航天器描述语言(LVL)。PDM为分析数据存储和过程控制提供网络数据库；ModelCentre集成设计框架则将分析工具集成到一起，并可在分布式环境中实现自动化；LVL为数据传输提供公用接口。ModelCentre集成设计框架是实现多学科集成的核心工具，通过在ModelCentre集成设计框架中集成各种分析工具。AEE可实现几何模型、结构、气动、重量、尺寸、推进系统等学科之间的综合仿真。

ModelCentre功能十分强大，但是因为其通用性较强，所以使用起来非常复杂，对操作人员的专业性要求非常高，而且构造流程的效率较低。所以，需要一种飞行器专用的仿真平台，能够简单快捷的构造仿真工作流并实现仿真模型的复用和分布式计算。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供飞行器仿真平台，可以简单快捷的构造仿真工作流并实现仿真模型的复用和分布式计算。

为解决上述技术问题，本发明提供一种分布式飞行器仿真平台及其实现方法。

其中，一种分布式飞行器仿真平台，包括数据库、工作流管理模块和结果展示模块，所述数据库包括仿真模型库、用户数据库、项目数据库、工作流数据库、运行参数数据库、分布数据交换库和仿真结果库；

仿真模型库保存仿真模型，用于构成工作流；

用户数据库保存用户数据，用于用户管理；

项目数据库保存项目数据，用于项目管理；

工作流数据库保存工作流，用于工作流的驱动；

运行参数数据库保存工作流的输入输出参数，用于工作流的驱动；

分布数据交换库用于实现多个飞行器仿真平台间工作流数据和运行参数的交换；

仿真结果库保存工作流的运行结果，用于运行结果的查看和分析；

工作流管理模块用于定制和驱动工作流；

结果展示模块用于展示工作流运行结果。

基于所述分布式飞行器仿真平台的实现方法，包括如下步骤：

S1，通过组件式仿真模型管理方法建立仿真模型库；

S2，建立用户数据库与项目数据库，用于进行用户管理和项目管理；

S3，制定用于定制工作流的图形界面；

S4，制定工作流的驱动方法；

S5，建立仿真结果库，用于保存工作流运行结果。

进一步，集成飞行器仿真工作流的试验设计方法与优化算法到分布式飞行器仿真平台，用于实现工作流的试验设计与优化。

更进一步，将试验设计方法与优化算法以组件的形式集成进分布式飞行器仿真平台。

进一步，步骤S1通过组件式仿真模型管理方法建立仿真模型库时，采用面向对象的方法开发仿真模型，将仿真模型组件设计为对单个对象实体行为进行仿真并拥有标准输入输出的可执行程序，然后存入仿真模型库，并对其进行管理；

进一步，步骤S3制定用于定制工作流的图形界面时，工作流图形界面由仿真模型组件、连接线、循环节点和判断节点组成；

连接线连接仿真模型组件构成工作流，循环节点使工作流带入循环，判断节点使工作流带入条件分支。

进一步，步骤S4制定工作流的驱动方法时，以数据流为核心对工作流进行驱动，驱动过程中保持只有一个数据流。

更进一步，步骤S4制定工作流的驱动方法时，通过分布数据交换库进行数据中转，对工作流进行分布式计算。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明通过组件式仿真模型管理方法，将模型封装成独立组件的形式，无需反复对模型进行修改与集成，能够极大的提高仿真系统开发效率，降低系统开发消耗，提高仿真模型资源的复用性；基于图形界面的工作流定制方法能够让用户直接将任务所需的工作流以直观的图形化工作流图的形式表示出来，而不再需要通过编写复杂的逻辑关系来实现，极大的提高了工作流构造的效率，降低了工作流复杂度和对操作人员的要求。进一步，基于数据流的工作流驱动方法，工作流以数据流为核心来驱动，随着数据流向前推进，保证了数据的准确性和唯一性，并且无需复杂的时序控制，降低了工作流构造的复杂度；基于分布数据交换库的分布式计算方法，以分布数据交换库为中心，所有的交互通过分布数据交换库来进行，无需服务器端与客户端之间或多个客户端之间的相互通信，降低了对网络的要求，并可以在更大范围的不同网段甚至互联网上部署分布式客户端。

附图说明

图1为本发明分布式飞行器仿真平台实现方法的流程图；

图2为本发明仿真模型库的示意图；

图3为本发明项目数据库的示意图；

图4为本发明定制工作流的图形界面的示意图；

图5为本发明工作流分布式计算的示意图。

具体实施方式

1.一种分布式飞行器仿真平台，包括数据库、工作流管理模块和结果展示模块，所述数据库包括仿真模型库、用户数据库、项目数据库、工作流数据库、运行参数数据库、分布数据交换库和仿真结果库；

仿真模型库保存仿真模型，用于构成工作流；

用户数据库保存用户数据，用于用户管理；

项目数据库保存项目数据，用于项目管理；

工作流数据库保存工作流，用于工作流的驱动；

运行参数数据库保存工作流的输入输出参数，用于工作流的驱动；

分布数据交换库用于实现多个飞行器仿真平台间工作流数据和运行参数的交换；

仿真结果库保存工作流的运行结果，用于运行结果的查看和分析；

工作流管理模块用于定制和驱动工作流；

结果展示模块用于展示工作流运行结果。

2.上述分布式飞行器仿真平台的实现方法，如图1所示包括如下步骤：

S1，通过组件式仿真模型管理方法建立仿真模型库：

采用面向对象的方法开发仿真模型，将仿真模型组件设计为对单个对象实体行为进行仿真并拥有标准输入输出的可执行程序，然后存入仿真模型库(如图2所示)，并对其进行管理；

S2，建立用户数据库与项目数据库(如图3所示)，用于进行用户管理和项目管理；

其中，用户数据主要包含用户的各种基本信息和用户的权限，用户管理功能主要目的就是让不同的用户拥有不同的访问权限。

项目数据主要包括项目名称、项目编号、项目时间和项目负责人等信息，每个项目也可以设置管理人员列表，只能由指定人员对项目进行管理。

S3，制定用于定制工作流的图形界面(如图4所示)：

工作流图形界面由仿真模型组件、连接线、循环节点和判断节点组成；

连接线连接仿真模型组件构成工作流，循环节点使工作流带入循环，判断节点使工作流带入条件分支。

工作流由仿真模型组件(Component)和连接这些组件的转移(Transition)组成，转移包括无条件转移和条件转移。对于图形界面来说，无条件的转移直接用带箭头的连接线表示，而条件转移则用判断节点加带箭头的连接线表示。同时，图形界面还有循环节点，用来直接表示循环。通过图形界面定制的工作流之后，平台将图形转换成数据表，存入工作流数据库中，供以后使用。

S4，制定工作流的驱动方法：

1)以数据流为核心对工作流进行驱动，驱动过程中保持只有一个数据流。

当工作流开始驱动，根据工作流数据库中存储的工作流数据从开始节点执行，将工作流输入参数读入运行参数数据库，根据转移(Transition)推进工作流。每执行到一个仿真模型组件(Component)，根据运行参数数据库中的参数构造该仿真模型组件的输入，用文件的形式传递给仿真模型组件，并执行仿真模型组件。等待仿真模型组件执行完成后，读取仿真模型组件的输出，更新运行参数数据库中相应的参数，并执行下一个转移，直至结束节点。在工作流驱动的过程中，只有一个数据流的存在，以保证数据的唯一性。

2)当计算量比较大时，通过分布数据交换库进行数据中转，对工作流进行分布式计算。

当需要多个仿真模型组件协同计算时，使用分布式计算方法将多个仿真模型组件分布到不同的终端上计算，以加快计算速度。

记完成同一个目标的多个仿真模型组件为一个任务，如图5所示，基于数据库的分布式计算方法，需要在分布数据交换库中构造一个执行任务表，用来指示需要执行的任务。计算开始时，仿真服务器获取工作流的第一个任务并存入执行任务表中。某个仿真终端获取该条记录并删除，然后从分布数据交换库中读取输入参数并开始执行该任务。任务执行完成后，将输出参数存入分布数据交换库，并根据分布数据交换库中的工作流获取后续的一个或多个任务，将其全部存入执行任务表。然后相应数目的仿真终端将会执行下一步的任务，直至完成整个计算。计算全部完成后，仿真服务器从分布数据交换库中读取最后的数据，作为仿真结果。

S5，建立仿真结果库，用于保存工作流运行结果。

由于飞行器仿真计算的结果种类繁多并且数据量较大，如果全部存入仿真结果库将会导致仿真结果库结构过于复杂，所以采用文件的形式保存仿真结果。每个仿真项目运行完成后，将仿真结果以文件的形式存入仿真结果库，并在仿真结果库中添加包含项目名、仿真时间和结果文件地址的条目，方便查询。

为了满足飞行器设计优化的需求，将试验设计方法与优化算法以组件的形式集成进分布式飞行器仿真平台。

将试验设计方法与优化算法封装成组件的形式，集成进飞行器仿真平台中；然后飞行器仿真平台根据用户的选择调用相应的试验设计方法或优化算法，使用生成的设计参数运行工作流，并将工作流运行结果反馈给试验设计方法或优化算法组件，生成下一批设计参数，直至完成试验设计或者优化的目标。

本发明能够较好的满足分布式飞行器仿真设计平台的需求，能够提高仿真模型的复用性并极大地降低仿真流程构造难度，加快仿真流程构造的速度，并能在不同的网络环境下同时进行分布式仿真计算，可广泛应用于飞行器分布式仿真设计平台。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种分布式飞行器仿真平台，其特征在于，包括数据库、工作流管理模块和结果展示模块，所述数据库包括仿真模型库、用户数据库、项目数据库、工作流数据库、运行参数数据库、分布数据交换库和仿真结果库；

仿真模型库保存仿真模型，用于构成工作流；

用户数据库保存用户数据，用于用户管理；

项目数据库保存项目数据，用于项目管理；

工作流数据库保存工作流，用于工作流的驱动；

运行参数数据库保存工作流的输入输出参数，用于工作流的驱动；

分布数据交换库用于实现多个飞行器仿真平台间工作流数据和运行参数的交换；

仿真结果库保存工作流的运行结果，用于运行结果的查看和分析；

工作流管理模块用于定制和驱动工作流；

结果展示模块用于展示工作流运行结果。

2.基于权利要求1所述分布式飞行器仿真平台的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，通过组件式仿真模型管理方法建立仿真模型库；

S2，建立用户数据库与项目数据库，用于进行用户管理和项目管理；

S3，制定用于定制工作流的图形界面；

S4，制定工作流的驱动方法；

S5，建立仿真结果库，用于保存工作流运行结果。

3.如权利要求2所述分布式飞行器仿真平台的实现方法，其特征在于，集成飞行器仿真工作流的试验设计方法与优化算法到分布式飞行器仿真平台，用于实现工作流的试验设计与优化。

4.如权利要求3所述分布式飞行器仿真平台的实现方法，其特征在于，将试验设计方法与优化算法以组件的形式集成进分布式飞行器仿真平台。

5.如权利要求2所述分布式飞行器仿真平台的实现方法，其特征在于，步骤S1通过组件式仿真模型管理方法建立仿真模型库时，采用面向对象的方法开发仿真模型，将仿真模型组件设计为对单个对象实体行为进行仿真并拥有标准输入输出的可执行程序，然后存入仿真模型库，并对其进行管理。

6.如权利要求5所述分布式飞行器仿真平台的实现方法，其特征在于，步骤S3制定用于定制工作流的图形界面时，工作流图形界面由仿真模型组件、连接线、循环节点和判断节点组成；

连接线连接仿真模型组件构成工作流，循环节点使工作流带入循环，判断节点使工作流带入条件分支。

7.如权利要求6所述分布式飞行器仿真平台的实现方法，其特征在于，步骤S4制定工作流的驱动方法时，以数据流为核心对工作流进行驱动，驱动过程中保持只有一个数据流。

8.如权利要求7所述分布式飞行器仿真平台的实现方法，其特征在于，步骤S4制定工作流的驱动方法时，通过分布数据交换库进行数据中转，对工作流进行分布式计算。