PERA.SimCube多學(xué)科異構(gòu)集成平臺

協(xié)同集成的框架SimCube分為三個應(yīng)用，自動化Automation，可視化SimViz，編輯器SimEditor。自動化應(yīng)用主要完成自動化流程的搭建，以及軟件集成和數(shù)據(jù)集成；SimEditor主要為腳本方式集成仿真軟件提供方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境；SimViz可以導(dǎo)入數(shù)據(jù)，以表格方式顯示數(shù)據(jù)結(jié)果，并可對數(shù)據(jù)進行可視化。

Automation

• 流程建模

提供不同的流程建模模式，包括粒子群優(yōu)化計算模式、裝配計算模式、并行流程計算模式、串行流程計算模式、循環(huán)流程計算模式、分支流程計算模式、總線流程計算模式等，通過流程計算模式能夠快速地搭建出復(fù)雜的仿真流程。

PERA.SimCube建立流程

• 軟件集成

系統(tǒng)支持異構(gòu)設(shè)計仿真軟件集成，方便地集成商業(yè)軟件和自編軟件，并支持聯(lián)合仿真過程中的整體調(diào)試和驗證。

PERA.SimCube集成不同的軟件

• 數(shù)據(jù)集成

系統(tǒng)支持FMI2.0標(biāo)準(zhǔn)，可以用于不同軟件之間傳遞數(shù)據(jù)參數(shù)。系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)類型包括組、整型、雙精度浮點類型、布爾類型、字符串類型、文件、整型數(shù)組、雙精度數(shù)組、布爾數(shù)組、字符串?dāng)?shù)組、表、復(fù)合型，并可通過組參數(shù)對其邏輯歸類。

系統(tǒng)還通過參數(shù)鏈接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。鏈接可以是簡單的數(shù)據(jù)傳遞如：a=b；也可以是一個復(fù)雜的JavaScript表達式如：a=100*b+Math.sin(c)。

PERA.SimCube數(shù)據(jù)集成圖

• 流程執(zhí)行和監(jiān)視

采用總線調(diào)度模式控制流程的執(zhí)行。對于復(fù)雜的流程關(guān)系可以統(tǒng)一的管理和調(diào)度。提供可視化監(jiān)控技術(shù)，運行過程中實時監(jiān)視流程的運行狀態(tài)，以及分布在各個計算節(jié)點的任務(wù)項；實時監(jiān)視計算的結(jié)果數(shù)據(jù)，如曲線圖、曲面圖等。

• 流程調(diào)試功能

通過單步執(zhí)行、調(diào)試執(zhí)行、自動化執(zhí)行三種不同的執(zhí)行方式，可以對單個仿函、整個流程進行不同層次的錯誤檢查。

SimEditor

• 腳本編寫調(diào)試環(huán)境

針對仿真軟件的腳本代碼，PERA.SimCube提供仿真腳本的開發(fā)環(huán)境SimEditor，支持腳本語言的關(guān)鍵字著色、腳本庫管理、自動完成、調(diào)試運行等功能，避免低級錯誤。

SimViz

• 數(shù)據(jù)可視化

導(dǎo)入或生成數(shù)據(jù)以表格形式呈現(xiàn)，可對表格中的各列繪制各類圖形，圖形擁有豐富的配置選項。

Automation可無縫集成SimViz，在流程計算過程中實現(xiàn)計算數(shù)據(jù)實時可視化，可以快速監(jiān)測計算的正確性，便于對計算流程進行及時調(diào)整。

PERA.SimCube數(shù)據(jù)實時顯示

對于簡單的流程可以通過GUI方式建立模型，對于復(fù)雜的模型可以通過編寫JavaScript腳本的方式建立，用戶僅需要簡單的編程基礎(chǔ)，即可省去大量的鼠標(biāo)操作。

PERA.SimCube建立流程的兩種方式

• 動態(tài)更改模型

模型在運行過程中，也可以動態(tài)地創(chuàng)建、修改、刪除仿函，可以針對特定需求解決特定問題。

• 支持FMI2.0標(biāo)準(zhǔn)

FMI是一個不依賴于工具的接口標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)MI2.0版本更高程度的兼容性，這樣可以更好地支持不同廠家和供應(yīng)商的模型數(shù)據(jù)交互。

• 粒子群優(yōu)化算法

粒子群優(yōu)化算法是通過模擬鳥群覓食行為而發(fā)展起來的一種基于群體協(xié)作的隨機搜索算法。通常認為這種算法速度比較快而且可以得到比較好的結(jié)果。

• 模型調(diào)試、運行

支持單步執(zhí)行、暫停/恢復(fù)，調(diào)試執(zhí)行、自動化執(zhí)行。通過這三種不同的執(zhí)行方式，可以對單個仿函、整個流程進行不同層次的錯誤檢查，從而幫助用戶快速方便地建立正確的模型。

• 總線控制

對于復(fù)雜的仿真流程，仿函之間往往存在錯綜復(fù)雜的條件約束，需要對它們進行統(tǒng)一管理和調(diào)度，通過總線控制方式，可以很好地解決這一問題。

• 模型數(shù)據(jù)提取

對于已經(jīng)計算完成的模型，程序提供統(tǒng)一的接口，通過編寫腳本提取計算模型的結(jié)果數(shù)據(jù)，提取的數(shù)據(jù)可作為另一個流程的輸入，也可輸出為文本文件，甚至可以直接寫入到其它數(shù)據(jù)庫中。

• 數(shù)據(jù)可視化

在流程執(zhí)行過程中，對結(jié)果數(shù)據(jù)實時進行可視化，支持多種后處理類型，比如曲線、曲面、云圖等。

• 自動化的控制臺程序

提供自動化控制臺程序，可讀入模型文件并運行。通過這個接口，其它程序可以很方便地集成PERA.SimCube軟件。

• 仿真腳本開發(fā)環(huán)境

通過仿函集成有限元軟件時，會編寫修改仿真軟件的腳本代碼，PERA.SimCube提供仿真腳本的開發(fā)環(huán)境SimEditor，方便用戶對代碼進行編寫、調(diào)試，從而快速方便地對軟件進行集成。

PERA.SimEditor編輯環(huán)境界面

• 仿函庫定制

通過JavaScript腳本定義插件，用戶可以建立自己的仿函庫，定制的仿函與Automation原生仿函在流程定義，執(zhí)行，調(diào)試等等方面沒有區(qū)別。

• 圖形用戶界面定制

集成Qt設(shè)計師軟件，可以使用鼠標(biāo)拖拽方式創(chuàng)建圖形界面文件，然后使用JavaScript腳本加載圖形用戶界面。

• office支持

提供JavaScript腳本接口支持讀寫Word，Excel文件，本機無需安裝這些軟件，利用這些功能可創(chuàng)建各類計算報告。

• 價值1：快速建立復(fù)雜的流程模型

對于大型復(fù)雜的流程，通過鼠標(biāo)拖放方式需要花費大量的時間和操作，PERA.SimCube提供基于JavaScript腳本的方式，方便用戶快速方便地建立流程。

• 價值2：統(tǒng)一的運行調(diào)度環(huán)境，真實反映業(yè)務(wù)場景

對于流程中復(fù)雜的條件約束，采用總線控制方式進行統(tǒng)一管理和調(diào)度，從而讓系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)場景進行仿真。

• 價值3：*的集成開發(fā)調(diào)試環(huán)境，讓錯誤消失在萌芽階段

通過SimEditor編輯調(diào)試環(huán)境、Automation運行調(diào)試功能，能限度地定位問題所在，排除錯誤，增強運行的穩(wěn)健性。

• 價值4：實時地監(jiān)視運行，在運行狀態(tài)下也能夠修改流程

實時地監(jiān)視流程運行的狀態(tài)，實時查看計算的結(jié)果數(shù)據(jù)。在流程運行過程中也可以實時地修改流程，并能實時反映到結(jié)果中。

• 價值5：方便集成到用戶研發(fā)信息化體系中

通過自動化控制臺程序，使系統(tǒng)可以快速與用戶其他研發(fā)信息化系統(tǒng)集成，避免企業(yè)“信息孤島”的不斷產(chǎn)生。

• 項目背景

項目來源于國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃，項目要求實現(xiàn)某國防領(lǐng)域相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的多種商業(yè)軟件和自編程序算法的集成；實現(xiàn)自編程序與商業(yè)軟件的輸入、輸出的數(shù)據(jù)類型集成；實現(xiàn)模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞，并能在迭代的過程中從下游流程反饋到上游流程中，即可以逆向傳遞數(shù)據(jù)；實現(xiàn)數(shù)據(jù)在仿真過程的實時可視化，可查看各種物理量的變化趨勢，在流程運行結(jié)束后也可查看各個參數(shù)的變化趨勢，提供曲線圖與云圖繪制功能。

某項目業(yè)務(wù)流程圖

• 解決方案

1、PERA.SimCube的自動化應(yīng)用Atuomation提供仿函封裝各種商業(yè)軟件和自編程序算法，提供復(fù)合仿函解決通用的流程模式，如序列、并行、分支、循環(huán)、總線等；

2、仿函有各種輸入、輸出參數(shù)，通過參數(shù)封裝項目中的各種數(shù)據(jù)類型；

3、提供參數(shù)之間的鏈接達到數(shù)據(jù)的傳遞功能；

4、提供參數(shù)的數(shù)據(jù)可視化，使用多線程技術(shù)在流程運行過程中對數(shù)據(jù)實時可視化；

5、提供流程多種執(zhí)行模式：單個仿函的執(zhí)行、單步調(diào)試執(zhí)行和自動化執(zhí)行；

6、提供報告生成功能；

7、應(yīng)用的框架基于插件開發(fā)，具備很好的可擴展性，仿函、參數(shù)都可按業(yè)務(wù)需求使用框架進行二次開發(fā)；

8、另外，仿函與參數(shù)的編輯器同樣可基于插件擴展；實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)提取仿函提取另一個流程的計算結(jié)果數(shù)據(jù)，利用這個仿函便于多個流程之間的銜接，便于對流程按業(yè)務(wù)模塊進行分層設(shè)計實現(xiàn)。

• 應(yīng)用效果

PERA.SimCube獲得項目單位的高度贊揚，認為其在復(fù)雜工業(yè)品的研發(fā)中，尤其是集成自研程序的過程中，可提供*的應(yīng)用價值。其中流程建模、流程執(zhí)行、數(shù)據(jù)可視化等功能可幫助研發(fā)人員節(jié)省大量時間；尤其是實時可視化功能，非常有利于研發(fā)過程初期仿真流程的調(diào)試，提高仿真效率。

雖然源于某項目單位課題，但實際上因為系統(tǒng)在架構(gòu)設(shè)計上做了充分全面的考慮，包括在通用性與業(yè)務(wù)相關(guān)功能上做了很好的抽象，所以使PERA.SimCube具有優(yōu)秀的實用性和擴展應(yīng)用價值，可靈活響應(yīng)和滿足研發(fā)設(shè)計單位協(xié)同仿真、多學(xué)科集成等迫切需求，快速解決企業(yè)困擾。