CN117707654B - 一种多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，包括：创建多个通道，定义各个通道之间的继承关系并依据所述继承关系将多个通道搭建成多层结构，位于上层的通道被位于下层的一个或多个通道继承，位于下层的通道继承位于上层的一个或多个通道，对于存在继承关系的通道，被继承的通道为父通道，继承的通道为子通道；分别向各个通道注册函数；多物理场核心工业仿真处理软件进行仿真需要使用一函数时，激活该函数所在通道，且该函数所在通道的向上层的所有直接或间接父通道也被激活；执行所有被激活的通道内的函数。本发明可以有效降低多模块代码间的耦合性，有助于提高仿真效率，使得大规模、复杂的多物理场仿真分析更加快速和高效。
Description
技术领域
本发明涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及一种多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法。
背景技术
在工业、科研和工程领域中，多物理场现象非常普遍，例如航空航天、汽车、能源、生物医学等。多物理场是指多个物理场之间相互耦合的现象，例如流体动力学、电磁场、结构力学、传热学等。多物理场核心工业仿真处理软件则是一种可以用于模拟和分析多物理场现象的工具。例如，在工程领域，工程师可以利用多物理场核心工业仿真处理软件对不同物理场（如结构、电磁、热、流体等）进行仿真，以优化产品设计，改进性能并减少潜在问题。在电子工程中，多物理场核心工业仿真处理软件可用于模拟电路、集成电路、电磁场分布以及与热耦合的效应，有助于设计和优化电子设备。在汽车工程中，软件可用于模拟车辆的结构、空气动力学、热管理、电力系统等多个物理场，以提高汽车的性能、安全性和燃油效率。医学领域中，多物理场核心工业仿真处理软件可以用于模拟人体的生物物理过程，包括血流、热传导、机械应力等。航空航天领域需要对飞行器和航天器在不同物理场中的行为进行深入分析，多物理场核心工业仿真处理软件可用于飞行器结构、空气动力学、热管理等方面的仿真。总的来说，多物理场核心工业仿真处理软件在科学和工程领域中发挥着重要作用，为工程师和研究人员提供了一个综合的仿真平台，以更好地理解和优化系统在多个物理领域中的行为。
然而，在包括多物理场核心工业仿真处理软件在内的工业数值仿真软件开发中，时常会遇到多模块间互相调用函数，最后导致模块与模块间关系过于复杂，不易于工作人员后期维护。目前在不同的公司内，对于这一问题有不同的应对措施，其中一种较为常见的办法是使用外部库，比如QT库当中的连接函数（connect函数），通过该函数能够做到一对一的调用。但这种方法存在不足之处，主要是连接复杂。连接函数需要指定信号和槽的连接关系，当有多个信号和槽需要连接时，会导致代码变得复杂和混乱。尤其在大型项目中，连接关系可能会变得非常复杂，难以管理和维护。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，以解决上述问题，可以有效降低多模块代码间的耦合性，运行效率更快，有助于提高仿真效率，使得大规模、复杂的多物理场仿真分析更加快速和高效。
本发明提出了一种多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，包括：
创建多个通道，定义各个通道之间的继承关系并依据所述继承关系将多个通道搭建成多层结构，其中，位于上层的通道被位于下层的一个或多个通道继承，位于下层的通道继承位于上层的一个或多个通道，对于存在继承关系的通道，被继承的通道为父通道，继承的通道为子通道；
分别向各个通道注册函数；
多物理场核心工业仿真处理软件进行仿真需要使用一函数时，激活该函数所在通道，且该函数所在通道的向上层的所有直接或间接父通道也被激活；
执行所有被激活的通道内的函数。
在一个实施例中，向父通道注册的函数的通用性高于向子通道注册的函数。
在一个实施例中，执行被激活的通道内的函数的顺序为先执行被激活的子通道内的函数，后执行被激活的父通道内的函数。
在一个实施例中，向通道注册函数时，若函数有多个，多个函数按顺序注册并记录该顺序，执行通道内的多个函数时，按注册顺序依次执行多个函数。
在一个实施例中，向通道注册函数时，若函数有多个，每个函数均附带一个权重值，执行通道内的多个函数时，按权重值依次执行多个函数。
在一个实施例中，所述分别向各个通道注册函数中函数的类型包括普通函数、成员函数、lambda函数。
在一个实施例中，所述分别向各个通道注册函数利用C++模板元编程完成。
在一个实施例中，所述分别向各个通道注册函数的具体过程包括：
创建一个函数注册表，所述函数注册表用于存储函数指针和参数类型的元数据；
当一个函数被注册时，将被注册函数的函数指针与参数类型进行匹配，并将被注册函数的函数指针和参数类型的元数据存储到函数注册表中。
在一个实施例中，执行被激活的通道内的函数时，通过传递参数来激活相应的函数；
如果传递的参数与函数期望的参数类型不匹配，多物理场核心工业仿真处理软件系统进行错误检查并报告错误。
在一个实施例中，将多个通道搭建成多层结构时，按照从上层逐步向下的顺序搭建。
与现有技术相比，本发明的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法的有益效果在于：
1）本发明无需使用外部库，仅使用C++代码便可有效解决软件中多模块间通信连接复杂的问题，简化了代码的复杂性，能够有效降低多模块代码间的耦合性，降低模块之间的直接依赖，有助于提高系统的灵活性和可维护性。
2）本发明中具有继承关系的通道结构简单、使用方便，使多物理场核心工业仿真处理软件的代码更加清晰、简洁和易于维护，代码可读性相比原先要更高，使得开发人员能够在较短的时间里完成更多的开发工作，简化开发流程，提高开发效率，降低代码的重复性，提高软件的可维护性，开发人员可以更快地构建新的仿真模型和分析工具，加快软件开发的速度，大大减少开发时间和工作量。
3）本发明中层级结构可以用于实现复杂的执行计划，并使得通道具有很高的灵活性，减少代码的重复编写，在运行过程中不会产生中间文件，运行效率更快，从而减少计算资源和时间的浪费，有助于提高仿真效率，使得大规模、复杂的多物理场仿真分析更加快速和高效。
4）本发明可以提高信号在传递和处理过程中的稳定性和准确性。由于信号通道是在多个物理场之间进行交互的，因此其稳定性和准确性对于多物理场仿真的结果具有重要影响。通过继承和优化信号通道，可以提高仿真的准确性，从而更好地模拟实际系统的行为。
5）本发明可以促进不同物理场之间的信号传递和交互，从而更好地模拟多物理场之间的相互作用和耦合效应。通过合理地设计信号通道，可以确保不同物理场之间的信号传递和处理的一致性和稳定性，从而提高多物理场仿真的可靠性和有效性。
附图说明
图1为普通通道的流程示意图；
图2为本发明一实施例的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法的流程示意图；
图3为父子通道间函数唤醒顺序；
图4为多物理场核心工业仿真处理软件模块间连接关系图；
图5a、图5b为本发明一实施例的多物理场仿真的软件界面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点能够更加浅显易懂，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本申请中的“一个实施例”或“一种实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”、“一种实施例”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性地与其他实施例互相排斥的实施例。用辞“包括”、“包含”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。本申请使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。
现有技术通常只是在通道列表中创建一个通道，参见图1，仅有单一通道，然后向该单一通道中注册需要被调用的函数。当程序中某一位置需要使用到某个或某些函数时，激活该通道，依次执行该通道中的注册函数。
为应对大规模、复杂的多物理场仿真分析，本发明提出了一种多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，参见图2，包括：
步骤S1、在通道列表中创建多个通道，定义各个通道之间的继承关系并依据该继承关系将多个通道搭建成多层结构。其中，位于上层的通道被位于下层的一个或多个通道继承，而位于下层的通道继承位于上层的一个或多个通道。对于存在继承关系的通道，被继承的通道为父通道，继承的通道为子通道。
需要说明的是，“多层”、“多个”指的是数量为两个及以上。继承是面向对象编程中一种重要的概念，表示允许一个类（被称为子类或派生类）继承另一个类（被称为父类或基类）的属性和方法。子类可以重用父类的代码，同时可以添加、修改或扩展父类的功能。这使得代码更加模块化、可维护，并促进了代码的重用。在本发明中，通道继承关系则具体指的是当某通道（统称子通道）被激活时，被继承的通道（统称父通道）也被激活，与父通道关联的函数也可被重用和/或修改。
步骤S2、分别向各个通道注册函数，即将函数与通道关联，使得这些函数能够响应从通道接收到的数据或事件。当仿真软件执行到需要某函数的位置时，可以激活相应的通道。通道的激活可以触发与之关联的注册函数，执行相应的操作或计算。简言之，通过激活通道实现在仿真的不同阶段或条件下，动态地调用不同的函数来模拟系统的行为。通过注册过程，将函数与通道关联起来，以便在后续的执行过程中调用这些函数。
具体地，如果向通道注册的函数为单一函数，即只有一个函数，那么使用默认注册即可。若函数有多个，一种方式是将多个函数按顺序注册并记录该顺序，在执行通道内的多个函数时，按注册顺序依次执行多个函数；另一种方式是在注册进入通道时需要附带一个权重数值，在通道中会按照这个权重去排序，当该通道被唤醒执行通道内的多个函数时，会按照权重值依次执行这些函数。
步骤S3、当创建和注册都完成后，多物理场核心工业仿真处理软件进行仿真当程序中某一位置需要使用到具体的某一通道中的函数时，激活该函数所在通道，激活之后，注册在该通道中的函数将会被依次执行。同时，无需手动编写代码，该函数所在通道的向上层的所有直接或间接父通道也被激活。
步骤S4、执行所有被激活的通道（包括所需函数所在子通道和向上层的所有被直接或间接继承的父通道）内的函数。这意味着在执行子通道中的函数时，父通道中的函数也会按照注册顺序和/或权重值依次执行。这种层级结构可以用于实现复杂的执行计划，并使得通道具有很高的灵活性。
具体地，函数的执行顺序，如图3（以两层通道举例）所示：先执行被激活的子通道内的函数，后执行被激活的父通道内的函数，即对于不同层的通道，执行顺序是从本层通道开始，逐步向上，直至最上层的通道。当执行同一通道内的多个函数时，根据注册顺序和/或权重值依次执行。
本发明一种实施例的步骤S1中将多个通道搭建成多层结构时，按照从上层逐步向下的顺序搭建，即先创建父通道，再创建子通道。具体地，所有的通道都应该继承自初始通道，这样它们就可以获得通道的基本功能。普通通道可以简单地创建并继承初始通道。对于有父子关系的通道，我们需要先创建父通道（也是一个普通通道），然后创建子通道（同样是一个普通通道），并在创建子通道时指定其继承自父通道。
本发明一种实施例的父通道注册的函数往往是需要被重复调用的函数，比如刷新界面的函数、检查文件是否存在的函数等，而子通道中的函数往往是为了实现单一任务的函数，比如打开文件的函数、计算某一具体任务的函数。简言之，向父通道注册的函数的通用性高于向子通道注册的函数，即越是上层的通道中的函数通用性越强，越是下层的通道中的函数专用性越强。
本发明一种实施例的步骤S2中分别向各个通道注册函数中函数的类型包括普通函数、成员函数、lambda函数。普通函数是是一种独立的、不附属于任何类或对象的函数，以通常的方式定义和调用，没有与特定对象或类的关联。普通函数可以有一定数量的参数（也可以没有），通过这些参数可以向函数传递数据。成员函数是与类或对象关联的函数，它们可以访问类的成员变量和其他成员函数。成员函数被定义在类的内部，并通过类的对象或类的指针/引用进行调用。lambda函数是一种匿名函数，可以在需要时定义并传递给其他函数，是一种在不需要显式定义函数的情况下就可以进行计算的函数，可以接收任意多个参数（甚至可以没有参数）并且可以返回单个表达式的值，通常用于短期的、临时的操作，可以捕获外部变量，并以紧凑的语法表示。
本发明一种实施例的步骤S2中分别向各个通道注册函数利用C++模板元编程完成。具体过程包括：
创建一个函数注册表，所述函数注册表用于存储函数指针和参数类型的元数据；
当一个函数被注册时，将被注册函数的函数指针与参数类型进行匹配，并将被注册函数的函数指针和参数类型的元数据存储到函数注册表中。
当执行被激活的通道内的函数时，通过传递参数来激活相应的函数，即通过在注册表中查找与传递参数匹配的函数元数据，可以确定要执行的函数。
如果传递的参数与函数期望的参数类型不匹配，多物理场核心工业仿真处理软件系统可以在执行前进行错误检查并报告错误。
在多物理场核心工业仿真处理软件中，监视器池模块（Monitor Pool）起连接数据库（DataBase）和图形用户界面（GUI）的功能，如图4所示。以多物理场核心工业仿真处理软件进行仿真的过程中使用上述方法为例进行说明，如图5a和图5b所示：
当用户在GUI部分添加一个图形文件，并且将该文件写入数据库，如图5a中的下方虚线框，在上方的视图（view）界面需要显示这个文件的具体图形，如图5a中的上方虚线框中的图形。当文件被解析完成并存储之后，需要刷新视图页面，在这一过程中就使用了通道。新建一个上传图形文件的通道，视图部分的代码当中向该通道注册了刷新函数，当用户在GUI部分上传了图形文件，解析完成后激活通道，通道中的所有函数依次执行，其中视图部分的刷新函数就会执行，于是view去查看数据库，将数据库中的图形重新在界面上画一份，刚上传的文件就立刻出现在视图当中。之所以这么做更为便捷，是因为当程序员在编写GUI上传图形文件的代码位置不能够拿到view部分的对象或指针，不能够直接调用view上的刷新函数，于是使用通道能够减少代码的耦合性。
当用户在GUI部分点击Place，视图部分支持手动拖拽图形，然后可以拖拽到指定位置。在这一过程中要求周围的GUI无法操作，否则会出现用户在拖拽的过程中做其他操作导致报错。这一功能使用通道可以简单实现，在周围的GUI代码当中向Place图像通道中注册禁止使用的函数，当用户使用Place功能，会自动激活Place图像通道，于是周围的GUI出现禁用状态。
需要说明的是，图5a和图5b展示了使用多物理场核心工业仿真处理软件进行多物理场仿真分析时的操作界面截图。这些截图旨在展示本方法在实际软件中的构建和操作过程，而非直接涉及本发明的技术方案。这些操作界面的截图中包括了英语表述，这些英语表述均为软件界面的原始呈现状态，此处未对这些内容进行处理以呈现实际软件的真实状态。图5a和图5b呈现的内容有助于本领域的技术人员更加直观地了解采用本发明技术方案的软件的实现方式，图中的英语表述并不会对理解本发明的技术方案本身产生影响。
本发明具有如下有益效果：
1）本发明无需使用外部库，仅使用C++代码便可有效解决软件中多模块间通信连接复杂的问题，简化了代码的复杂性，能够有效降低多模块代码间的耦合性，降低模块之间的直接依赖，有助于提高系统的灵活性和可维护性。
2）本发明中具有继承关系的通道结构简单、使用方便，使多物理场核心工业仿真处理软件的代码更加清晰、简洁和易于维护，代码可读性相比原先要更高，使得开发人员能够在较短的时间里完成更多的开发工作，简化开发流程，提高开发效率，降低代码的重复性，提高软件的可维护性，开发人员可以更快地构建新的仿真模型和分析工具，加快软件开发的速度，大大减少开发时间和工作量。
3）本发明中层级结构可以用于实现复杂的执行计划，并使得通道具有很高的灵活性，减少代码的重复编写，在运行过程中不会产生中间文件，运行效率更快，从而减少计算资源和时间的浪费，有助于提高仿真效率，使得大规模、复杂的多物理场仿真分析更加快速和高效。
4）本发明可以提高信号在传递和处理过程中的稳定性和准确性。由于信号通道是在多个物理场之间进行交互的，因此其稳定性和准确性对于多物理场仿真的结果具有重要影响。通过继承和优化信号通道，可以提高仿真的准确性，从而更好地模拟实际系统的行为。
5）本发明可以促进不同物理场之间的信号传递和交互，从而更好地模拟多物理场之间的相互作用和耦合效应。通过合理地设计信号通道，可以确保不同物理场之间的信号传递和处理的一致性和稳定性，从而提高多物理场仿真的可靠性和有效性。
以上所述实施例仅是对本发明的进一步说明，并非对本发明做其他形式的限制，本发明还可有其它多种实施例。在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的修改和变化，但这些相应的修改和变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，包括：
创建多个通道，定义各个通道之间的继承关系并依据所述继承关系将多个通道搭建成多层结构，其中，位于上层的通道被位于下层的一个或多个通道继承，位于下层的通道继承位于上层的一个或多个通道，对于存在继承关系的通道，被继承的通道为父通道，继承的通道为子通道；
分别向各个通道注册函数：将函数与通道关联，使函数能够响应从关联的通道接收到的数据或事件；
其中，继承关系具体指的是当子通道被激活时，父通道也被激活，与父通道关联的函数也能被重用和/或修改；
多物理场核心工业仿真处理软件进行仿真需要使用一函数时，激活该函数所在通道，且该函数所在通道的向上层的所有直接或间接父通道也被激活；
执行所有被激活的通道内的函数。
2.根据权利要求1所述的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，向父通道注册的函数的通用性高于向子通道注册的函数。
3.根据权利要求1所述的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，执行被激活的通道内的函数的顺序为先执行被激活的子通道内的函数，后执行被激活的父通道内的函数。
4.根据权利要求1所述的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，向通道注册函数时，若函数有多个，多个函数按顺序注册并记录该顺序，执行通道内的多个函数时，按注册顺序依次执行多个函数。
5.根据权利要求1所述的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，向通道注册函数时，若函数有多个，每个函数均附带一个权重值，执行通道内的多个函数时，按权重值依次执行多个函数。
6.根据权利要求1所述的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，所述分别向各个通道注册函数中函数的类型包括普通函数、成员函数、lambda函数。
7.根据权利要求1所述的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，所述分别向各个通道注册函数利用C++模板元编程完成。
8.根据权利要求7所述的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，所述分别向各个通道注册函数的具体过程包括：
创建一个函数注册表，所述函数注册表用于存储函数指针和参数类型的元数据；
当一个函数被注册时，将被注册函数的函数指针与参数类型进行匹配，并将被注册函数的函数指针和参数类型的元数据存储到函数注册表中。
9.根据权利要求8所述的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，执行被激活的通道内的函数时，通过传递参数来激活相应的函数；
如果传递的参数与函数期望的参数类型不匹配，多物理场核心工业仿真处理软件系统进行错误检查并报告错误。
10.根据权利要求1所述的多物理场核心工业仿真处理软件信号通道继承方法，其特征在于，将多个通道搭建成多层结构时，按照从上层逐步向下的顺序搭建。
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