CN108628594A - 一种系统仿真模型的图形用户界面设计方法 - Google Patents

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Abstract

为了克服现有通用型与专用型系统仿真工具难以兼顾建模能力、灵活性与操作难度、效率的问题，本发明提出一种系统建模、仿真计算部分与图形用户界面部分相独立的仿真工具设计方法，保留通用建模开发能力并定制化专用、高效的操作界面。所采用的技术方案是：一种系统建模、仿真计算部分与图形用户界面部分相独立的仿真工具设计方法，其实现包括建模仿真工具、图形用户界面及模型文件库三部分。建模仿真工程师通过开发环境界面实现模型文件库内容的开发扩充，模型替换与连接关系变更，开发阶段可在其中直接进行仿真计算测试。一般用户通过定制的图形用户界面，经由软件间变量映射与结果动态读取接口，进行参数配置、仿真运行与结果查看。

Description

一种系统仿真模型的图形用户界面设计方法
技术领域
本申请涉及动态系统的计算机仿真模拟领域，尤其是系统仿真模型的图形化用户操作。
背景技术
通过建立动态系统的数学模型并利用计算机进行数值模拟，来预示和优化系统的设计方案，或重现故障现象用于分析与定位，是目前应用于航空、航天、能源、工程机械等高成本、高风险及高可靠性大型系统研发的主流技术手段。
现有的系统仿真工具软件根据其设计与应用理念可划分为通用型与专用型。
通用型系统仿真软件往往依托于某种基础计算机程序设计语言，如可采用VisualStudio集成开发环境(Microsoft公司)通过C/C++或C#等语言描述动态系统的数学模型及求解算法；或采用MATLAB数值计算软件(MathWorks公司)通过MATLAB语言或Simulink图形模块构建动态系统的数学模型，利用其内置的求解算法进行系统仿真；或采用SimulationX多物理领域建模工具(ESI/ITI公司)通过Modelica语言或图形模块构建动态系统的数学模型，利用其内置的求解算法进行系统仿真。
通用型系统仿真工具具有系统描述能力强，自由度高的优点，但需要掌握特定的建模语言及数值计算方法，学习及使用门槛较高，且构建、修改系统的操作多依赖于文本或图形模块编辑，系统参数的设定及仿真结果的查看操作步骤多，效率较低。
专用型系统仿真软件往往针对特定的业务流程，内置若干固化的仿真模型，提供有限的参数设置及结果分析用户界面元素。如采用FlightLab飞行器仿真软件(ART公司)通过按钮点选，即可分析旋翼机悬停、前飞、转弯等几种工况的飞行动力学性能。
专用型系统仿真工具具有用户界面简单直观、操作效率高的优点，但无法改变动态系统的内部结构，除了图形界面操作已提供的功能以外，往往难以进行系统的拓展，增加新的功能需要进行整体升级，对系统的描述能力受限，自由度较低。
发明内容
为了克服现有通用型与专用型系统仿真工具难以兼顾建模能力、灵活性与操作难度、效率的问题，本发明提出一种系统建模、仿真计算部分与图形用户界面部分相独立的仿真工具设计方法，保留通用建模开发能力并定制化专用、高效的操作界面。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种系统建模、仿真计算部分与图形用户界面部分相独立的仿真工具设计方法，其实现包括建模仿真工具、图形用户界面及模型文件库三部分。
其中建模仿真工具为基于某种特定领域建模语言(Domain Specified Language，DSL)并支持基础计算机程序设计语言接口的通用型仿真模型开发环境；采用建模仿真工具对动态系统的基础元件进行数学模型计算机程序开发；若干基础元件的集合称为基础元件库；通过对基础元件与其间接口关系的有机组合，形成子系统组件；子系统组件的集合称为组件模型库；通过对子系统组件模型与其间接口关系的有机组合，形成系统模板；若干系统模板的组合称为系统模板库；通过模型文件库与文件版本控制系统管理积累形成的基础原件库、组件模型库与系统模板库；某一特定的系统仿真模型为某一系统仿真模板给定具体参数后的实例。
其中图形用户界面的操作逻辑根据用户所需的业务流程定制开发，其通用性的功能点包括提供仿真系统中各组件、元件参数配置的用户输入接口；提供设定仿真求解参数的用户输入接口；提供仿真运行调度控制的用户输入接口；能够将上述仿真配置信息的集合保存至特定的工程文件，实现仿真系统配置的整体存取；能够对工程文件的参数进行批量配置、运行；能够基于系统仿真模型的计算结果进行系统参数的动态优化；在不改变现有参数的情况下，替换模型的具体实现，图形用户界面仍能够正常使用，并给出当前模型的版本信息；图形用户界面预留自定义参数，在原有参数的基础上进行有限的拓展不必变更图形用户界面。图形用户界面与系统仿真模型间的参数配置接口为定制开发的映射字典文件，结果存取接口根据系统仿真模型的计算输出可动态生成。
本发明的有益效果是，本系统仿真模型的图形用户界面设计方法将系统建模、仿真计算部分与图形用户界面部分独立设计，建模仿真工具面向专业的仿真建模工程师，高效率的图形用户界面面向一般使用者，能够兼顾灵活性与易用性，降低仿真技术的使用门槛，同时提高系统仿真模型的操作使用效率。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1为模型文件库中基础元件、子系统组件及系统模板的层次关系示意图；
图2为建模仿真工具、图形用户界面及模型文件库的相互关系示意图。
具体实施方式
【实施例1】
图1中所述的基础元件通过Modelica语言实现，文件为.mo格式的模型源程序，使用的建模仿真工具为SimulationX；接口关系的定义通过图形化的连接操作实现，以连接(connection)方程的形式存储于上一层次的子系统组件文件中，子系统组件文件也为.mo格式的模型源程序；子系统组件间接口关系的定义也通过图形化的连接操作实现，以连接(connection)方程的形式存储于上一层次的系统模板文件中，系统模板文件也为.mo格式的模型源程序。
图2中所述的通用建模开发环境为SimulationX，系统仿真模型实例为.isx工程文件，仿真计算求解引擎内置于SimulationX软件中实现，通过Windows的COM接口操作实现定制化图形用户界面于其之间的仿真参数配置及运行调度控制，并读取仿真计算结果。
建模仿真工程师通过SimulationX软件的开发环境界面实现模型文件库内容的开发扩充，开发阶段可在其中直接进行仿真计算测试。
一般用户通过定制的图形用户界面，经由开发的软件间变量映射与结果动态读取接口，进行参数配置、仿真运行与结果查看。
【实施例2】
图1中所述的基础元件通过Modelica语言实现，文件为.mo格式的模型源程序，使用的建模仿真工具为SimulationX；接口关系的定义通过图形化的连接操作实现，以连接(connection)方程的形式存储于上一层次的子系统组件文件中，子系统组件文件通过代码导出方式生成基于FMI仿真接口标准的FMU模型文件。
图2中所述的通用建模开发环境为基于FMI标准的集成仿真工具(如GCAir)，子系统组件间接口关系的定义通过基于变量名的自动匹配或接口控制文件(ICD)实现，系统仿真模型实例为.gc工程文件；仿真计算求解引擎为独立的软件，可部署于不同的计算机上，通过TCP/IP网络协议与GCAir或定制化图形用户界面进行数据通讯，实现仿真参数配置及运行调度控制，并读取仿真计算结果。
建模仿真工程师通过GCAir软件的开发环境界面实现模型文件库内容的开发扩充，模型替换与连接关系变更，开发阶段可在其中直接进行仿真计算测试。
一般用户通过定制的图形用户界面，经由开发的软件间变量映射与结果动态读取接口，进行参数配置、仿真运行与结果查看。

Claims (4)

1.一种系统仿真模型的图形用户界面设计方法，其构成包括建模仿真工具、图形用户界面及模型文件库三部分，技术方案上将建模、仿真计算部分与图形用户界面部分相独立，可通过两种用户界面进行仿真操作：建模仿真工程师通过开发环境界面实现模型文件库内容的开发扩充，模型替换与连接关系变更，开发阶段可在其中直接进行仿真计算测试；一般用户通过定制的图形用户界面，经由软件间变量映射与结果动态读取接口，进行参数配置、仿真运行与结果查看。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建模仿真工具为GCAir。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子系统模型为FMU格式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统仿真工程为gc格式。
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