CN114117645B - 一种舰船总体性能预报集成应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰船总体性能预报集成应用系统，涉及船舶技术领域，该舰船总体性能预报集成应用系统中，人机交互模块用于获取船体结构参数和虚拟试验的工况参数并加载至工具集成模块确定的试验模型上得到实船尺度模型，人机交互模块还用于获取组件参数并配置对应的工具集成模块确定的命令执行组件，流程控制模块用于对各个命令执行组件配置形成虚拟试验执行流程，并依次执行各个命令执行组件以调用相应的算法对实船尺度模型进行迭代仿真，以通过数据管理模块输出舰船总体性能预报结果，利用处理程序进行封装编译后生成的组件的调用和搭建形成流程，实现对舰船总体性能虚拟试验，降低了对工程师的经验能力要求，且自动化程度和规范化效果好。

Description

一种舰船总体性能预报集成应用系统

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是一种舰船总体性能预报集成应用系统。

背景技术

舰船总体性能预报是船舶研究设计中必不可少的内容，传统的物理试验方法存在经济费用高、测试消耗时间长且测试不全面的问题，而数字化的虚拟仿真试验可以很好的解决物理试验方法的这些缺陷，但是舰船总体性能预报过程中需要进行大量仿真分析过程，专业性很强、专业面很广，涉及水动力性能、结构安全性能、声隐身性能及计算机软件等专业，因此对工程师的经验和能力要求较高，而且容易因为工程师的主观因素而导致设计不够准确产生试验误差。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种舰船总体性能预报集成应用系统，本发明的技术方案如下：

一种舰船总体性能预报集成应用系统，该系统包括：工具集成模块、流程控制模块、人机交互模块和数据管理模块；

工具集成模块用于确定舰船总体性能虚拟试验过程中使用的试验模型和若干个命令执行组件，每个命令执行组件分别是对舰船总体性能虚拟试验过程中使用到的处理程序进行封装编译后生成的组件；

人机交互模块用于获取船体结构参数和虚拟试验的工况参数并加载至确定的试验模型上得到实船尺度模型，人机交互模块还用于获取组件参数并配置对应的命令执行组件；

流程控制模块用于对各个命令执行组件配置形成虚拟试验执行流程，并按照虚拟试验执行流程依次执行各个命令执行组件以调用相应的算法对实船尺度模型进行迭代仿真；

数据管理模块用于将舰船总体性能虚拟试验过程中的数据添加到对应的报告模板中，输出舰船总体性能预报结果。

其进一步的技术方案为，工具集成模块包括in-House程序封装和若干个命令执行组件，in-House程序封装提供集成封装接口实现数据交换以及对开发程序的驱动，开发程序包括Matlab、VC和VB中的至少一种，命令执行组件由算法或求解器以bat、exe或dll的方式封装编译得到的。

其进一步的技术方案为，流程控制模块用于利用流程控制组件连接不同的命令执行组件以形成虚拟试验执行流程，并按照预定执行方式执行虚拟试验执行流程，流程控制组件包括分支组件、并行组件、暂停组件及循环组件中的至少一种，预定执行方式为自动执行、交互执行或单独执行。

其进一步的技术方案为，流程控制模块通过流程调度引擎实现，流程控制模块在执行一个节点时，获取当前节点的数据前驱节点的最新数据并传递给当前节点。

其进一步的技术方案为，流程控制模块用于在执行虚拟试验执行流程的过程中，将已执行的组件的状态设置为已执行状态，将未执行的组件的状态设置为未执行状态；则人机交互模块，还用于在虚拟试验执行流程的执行过程中，显示各个组件的状态以显示流程执行情况。

其进一步的技术方案为，数据管理模块还用于对不同舰船总体性能虚拟试验过程中的数据进行对比。

其进一步的技术方案为，数据管理模块还用于以结构化方式和非结构化方式对系统运行过程中的数据进行存储，且支持多维度数据查询，多维度数据查询包括关键字查询、组合查询、模糊查询和自定义查询中的至少一种。

其进一步的技术方案为，人机交互模块还用于通过流程可视化设计技术控制流程控制模块配置形成虚拟试验执行流程，人机交互模块还用于展示舰船总体性能虚拟试验过程中的数据。

其进一步的技术方案为，系统还包括模板管理模块，模板管理模块用于将配置形成的虚拟试验执行流程发布并保存为流程模板，供其他舰船总体性能虚拟试验过程中调用。

其进一步的技术方案为，流程控制模块还用于从模板管理模块管理的若干个流程模板中选择对应的流程模板与选定的各个命令执行组件一起配置形成虚拟试验执行流程。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种舰船总体性能预报集成应用系统，该系统对已有专家经验算法进行封装成组件，通过组件的调用和搭建形成流程，实现对舰船总体性能虚拟试验，使得普通设计工程师也能进行舰船总体性能的研究评定，降低了对工程师的经验能力要求。且利用该系统可以利用已有组件构建规范化的虚拟试验执行流程，并自动进行迭代仿真计算，整个舰船总体性能预报过程自动化程度高且较为规范，组件复用率较高，极大程度降低了仿真计算过程的重复行工作。人机交互模块可以展示需要关注的核心设计结果，提取统计仿真结果数据，多样化的展示效果，提高了舰船总体性能评估过程的直观性。

附图说明

图1是一个实施例中的舰船总体性能预报集成应用系统的架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种舰船总体性能预报集成应用系统，该系统包括：工具集成模块、流程控制模块、人机交互模块和数据管理模块，可选的，还包括模板管理模块人，如图1所示，分别介绍如下：

一、工具集成模块。

工具集成模块用于确定舰船总体性能虚拟试验过程中使用的试验模型和若干个命令执行组件，每个命令执行组件分别是对舰船总体性能虚拟试验过程中使用到的处理程序进行封装编译后生成的组件。

具体的，工具集成模块包括in-House程序封装和若干个命令执行组件。in-House程序封装提供集成封装接口，实现自定义文本的数据交换，以及对开发程序的驱动，开发程序包括Matlab、VC和VB中的至少一种。命令执行组件由算法或求解器以bat、exe或dll的方式封装编译得到的，这里的算法是舰船总体性能预报过程中可能会使用到的各种标准算法或自研算法，以向导式的工作模式对专家经验算法进行深度的封装，并自动编译生成命令执行组件，封装后的命令执行组件可以直接调用，无需工程师自行编写、降低设计难度，而且有利于重复调用，提高组件复用率。另外封装后不会暴露处理程序中的具体细节，安全性也更高。

组件是系统中的最小单位，所有的舰船总体性能虚拟试验过程都由基本的组件组成，组件是系统中功能的最小模，而组件由多个基础技术来完成的，其基础技术是基于XML的流程描述语言，依赖技术包含多编码文件解析技术、ActiveX动态接口技术、程序封装技术、Matlab引擎技术、跨平台程序执行技术、动态链接库技术等众多子技术。

XML描述语言技术与动态链接库技术(DLL)是组件技术的基石，其中XML描述语言技术提供了跨越应用程序的语言描述方式，用于描述组件的基础属性、功能以及使用方式等；动态链接库技术提供了组件的基本功能实现，其封装了组件的所有程序功能包含界面以及执行功能。

而ActiveX动态接口技术、文件解析技术、程序执行技术等为动态链接库中添加了组件的灵魂，能够让组件库实现各类功能：文件解析、命令执行、MatLab功能、Word、Excel功能等等。

工具集成模块还用于根据具体的舰船总体性能虚拟试验过程的需求和目的对试验过程进行调度管理，包括试验规划和试验调度两部分：

(1)试验规划：获取试验模型，根据具体的舰船总体性能虚拟试验过程的需求和目的，形成试验方案，试验方案是虚拟试验的静态描述文件，记录参与试验的试验模型，还记录参与试验的设备和环境边界条件等，并负责对试验模型进行初始配置。具体步骤如下：

1.1)试验规模规划，设定试验方案名称，参与试验的试验模型类型及数目、试验设备类型及名称。

1.2)试验信息流，确定所有试验模型或试验设备之间的接口关系，包括试验模型的成员变量状态更新和消息交互，形成试验模型类、实例之间的发布订购关系。

1.3)试验参数设置，包括试验模型初始参数配置、试验模型与应用程序之间的关联、时间控制方式等内容。

2)试验调度：根据试验方案，对试验过程进行管理。具体实现如下：

2.1)试验方案解析。导入试验方案，将参加试验的试验模型初始化为多个对象实例，并将初始参数配置给相应的对象实例。

2.2)对象实例管理。试验运行过程中，一个对象模型可同时存在多个实例，建立试验对象实例列表对实例进行管理。试验对象实例列表负责在内存中存储试验对象实例信息，根据试验时间的推进更新实例数目、所在机器等信息，支持实例的遍历和查询等管理功能。

2.3)运行状态和事件管理。对象实例会根据试验模型的用户自定义代码中实现的方法进行状态更新，并发送相应的消息对象，建立试验对象实例状态列表对实例状态进行管理，建立事件缓冲池对消息进行管理。试验对象实例状态列表，建立在共享内存或者本地内存中，提高状态更新的效率。事件缓冲池中根据时间推进信息将对象实例产生的消息按FIFO、FILO和优先级的方法排序，根据需要调用相应对象模型的远程方法或者激活状态更新。

二、人机交互模块。

利用界面设计器，工程师可根据需要定义具有丰富表现形式的人机界面控件，将设计无关的参数都隐藏在后台，提供给用户一个专业化的简洁的人机交互界面。流程界面配置工具可通过简单的拖拽方式，将易于理解的图形化控件组合成一个窗口，并与流程中的组件参数和组件信息等相连接，进而在可视化的界面中便可对组件或组件参数的信息进行设定、显示、修改等操作，从而使得人机交互模块获取用户在可视化界面中配置的组件参数，并利用其配置对应的命令执行组件。

另外，人机交互模块还用于获取船体结构参数和虚拟试验的工况参数并加载至确定的试验模型上得到实船尺度模型，工况参数比如包括海浪参数、波高、浪向等。将船体结构参数和虚拟试验的工况参数施加到试验模型上后，可以在人机交互界面上实时展示并支持参数修改调整。

人机交互模块的人机交互界面及页面动态扩展技术主要利用动态链接库以及动态插件扩展技术，此两项技术允许平台能够根据用户的配置无限的动态扩展Ribbon页面以及APP/流程的可视化界面，插件的本质是在不修改程序主体的情况下对软件功能进行加强。当插件的接口被公开时任何人都可以自己制作插件来解决一些操作上的不便或增加一些功能。一个插件框架包括两个部分：主程序(host)和插件((plug-in)。主程序即是“包含”插件的程序。插件必须实现若干标准接口，由主程序在与插件通信时调用。在该实施例中，通过插件接口描述了本插件的基本属性信息、包含文件信息、所属分组、图标、提示以及界面信息，该插件最终被编译为动态链接库文件。用户只需将插件放入特定的目录下，当系统加载该插件时，会获取相关的信息，动态匹配相关的功能，若识别为Ribbon界面的插件后，会自动创建插件界面并添加显示出来。

人机交互模块的主窗口分为四个区域：工具栏、界面控件工具箱、属性编辑器、显示界面，其中：

(1)工具栏：用于设置流程界面的常用工具。包括打开、保存、控件顺序设置、控件Tab值设定、控件布局设定、自动调整大小、预览等功能。

(2)界面控件工具箱：提供用于拖拽的界面控件，包括布局控件、间隔控件、按钮控件、视图控件、容器、输入控件、显示控件、图形控件及自定义控件。

(3)显示界面：将选中的控件拖拽到显示界面中，用于展示。保存时将按照图形化保存。

(4)编辑器：用于配置显示界面和显示界面上的控件、布局等的属性。

首次进入到界面设计器中时，界面设计器会自动创建空界面。此时可将界面控件工具箱中的控件拖拽到显示界面中，进行配置操作。再次打开流程后，配置工具会在当前流程目录是否存在已配置好的流程界面，若有将自动加载进来，没有将创建一个新的流程显示界面。通过拖拉方式，将界面控件工具箱中的界面控件放置在用户界面上。还可以对如下属性进行设置：(a)界面控件被拖拽到显示界面后便可对界面控件设定属性(大小、位置、图片、样式等)。单个界面控件：单击单个界面控件，右侧的属性编辑器会显示能配置当前控件的属性，在属性编辑器中进行修改。(b)参数映射属性，在属性编辑器中的第一个属性“数据映射”中的子项进行设置。单击右侧按钮，出现组件参数界面，选择相应组件参数，点击“确定”完成参数映射。人机交互模块还提供当前显示界面的预览效果，预览效果与流程界面运行时的界面相同，流程在交互运行状态时，将弹出用户交互界面，指导用户完成流程。

三、流程控制模块。

流程控制模块用于对各个命令执行组件配置形成虚拟试验执行流程，并按照虚拟试验执行流程依次执行各个命令执行组件以调用相应的算法对实船尺度模型进行迭代仿真。

流程控制模块用于利用流程控制组件连接不同的命令执行组件以形成虚拟试验执行流程，流程控制组件包括分支组件、并行组件、暂停组件及循环组件中的至少一种。在实际应用时，人机交互模块还用于通过流程可视化设计技术控制流程控制模块配置形成虚拟试验执行流程，也即可以通过“拖拉拽”的方式按流程执行的逻辑顺序依次连接命令执行组件形成虚拟试验执行流程，通过参数映射模块，自动完成同名参数之间的相互关联，实现控制流和数据流的连接与传递。具体的：

(1)分支组件主要分为3个相对独立的功能分区

(1a)分支条件显示：分支条件显示区域会根据用户实际的分支情况来动态的显示，每一条有组件的分支，每一个分支条件都可以分为四列，第一列是分支的判断语句。第二列是分支表达式。第三列是分支表达式编辑功能的入口按钮，可以通过点击每一条分支的公式编辑器按钮来编辑该条分支对应的表述。第四列显示分支的名称(默认为该条分支中第一个组件的名称)。可以利用人机交互模块标记显示当前用户正在操作的分支，并通过按钮来使当前分支上移或下移。

(1b)分支执行类型：当分支执行类型为“只有第一个值为true的分支会被执行”时，组件运行时有且最多有一个分支会被执行，当分支执行类型为“所有值为true的分支都会被执行”时，组件运行时所有值为true的分支都会被执行。

(1c)分支表达式编辑：分支表达式编辑功能操作参照公式解析组件。

(2)并行组件属于流程组件，它能够并行执行其内部的流程分支。

(3)暂停组件主要分为3个相对独立的功能分区：

(3a)运行时组件功能设置。

(3b)针对不同操作的组件执行时参数配置：当操作为“显示参数”时，左边树结构显示流程中可用参数列表，右边树结构显示执行过程中要显示的参数列表，通过“全部选中”按钮可以将左边树结构中的参数全部填充至右边树结构；通过“全部取消”按钮可清空右边树结构所有参数；通过“增加”按钮可以将左边当前的树节点添加至右边的树结构；通过“删除”按钮可以将右边树结构当前节点移除。

(3c)各种操作组件运行时共同参数配置：对暂停之后是否继续流程，暂停时间等参数进行设置。

流程控制模块按照预定执行方式执行虚拟试验执行流程，预定执行方式为自动执行、交互执行或单独执行。流程控制模块通过流程调度引擎实现，流程控制模块在执行一个节点时，获取当前节点的数据前驱节点的最新数据并传递给当前节点，传递的数据类型支持常规类型(Int，Real，String)数组及文件，常规类型数据直接完成值传递，文件参数实现拷贝形式的传递。

流程控制模块还用于对流程中所有参数进行管理，包括新增参数、删除参数、新增分组、删除分组、移动参数分组、复制参数、粘贴参数、导入导出参数表、批量设置参数等功能。

流程控制模块用于在执行虚拟试验执行流程的过程中，将已执行的组件的状态设置为已执行状态，将未执行的组件的状态设置为未执行状态。则人机交互模块，还用于在虚拟试验执行流程的执行过程中，显示各个组件的状态以显示流程执行情况。

四、数据管理模块。

数据管理模块用于将舰船总体性能虚拟试验过程中的数据添加到对应的报告模板中，输出舰船总体性能预报结果。这里的数据包括初始数据、执行过程中产生的各项中间数据以及最终得到的结果数据。同时，人机交互模块还用于展示舰船总体性能虚拟试验过程中的数据，展示方式包括直接展示数据和/或以图表方式展示数据，图表方式包括曲线方式、云图方式等等。

数据管理模块还提供如下几种功能：

(1)数据导入功能。

按照用途进行归纳合并，参照国际通用的数据格式标准，针对初始数据、过程数据、结果数据，制订专门的数据文件存储格式，形成所内规范、统一的数据格式标准，其它类型的数据交换，都遵循这个统一的标准。实现数据的快速入库。

(2)数据存储功能

以结构化方式和非结构化方式对系统运行过程中的数据进行存储，对于诸如节点号、工况号、坐标、载荷等容易分解的数据，以结构化方式进行管理。结构化数据是数据管理的重点，该管理方式是把结构化数据形成数据库表的数据，直接存入数据库。支持对不同类型的数据进行管理。具体包括：(a)基本数据模型应能包括：基础数据类型：实型(Double)、整型(Integer)、布尔型(Boolean)、文件(File)；扩展数据类型：从基础数据类型扩展而来，本质上还是属于基础类型，如Word、Image等；物理数据类型：由基础类型、扩展类型组合构成的一种具有实际物理含义的数据类型，如：载荷、节点号等。(b)数据分类(Data Tag)：用来将一组相关的数据项组织在一起，数据分类由若干特定的数据类型构成。(c)数据对象(Data Object)：表示真实世界中的一个方案、产品等。(d)库对象(Lib Object)：可以存放任意多的同一物理类型的数据。

对于数据文件、三维模型、图片、视频等不容易分解或无法分解的数据，以非结构化方式进行管理。该管理方式是把非结构化数据以文件(附件)形式保存到数据库中，同时在数据库中保存该数据的描述信息，并且建立描述信息和数据文件的关联，以便于技术人员快速方便地查询使用所需的数据文件。

(3)数据组织功能。

为用户提供了一个有效的数据分类组织方式，用户可以根据个人需要和日常使用数据习惯，个性化定义数据组织方式，支持按领域->型号->部门->专业定义，支持节点的权限控制，并提供数据状态变更控制管理，方便用户从产品结构的角度去查看了解相关的数据，提高查询效率。

(4)数据检索查询功能。

数据管理模块支持多维度数据查询，多维度数据查询包括关键字查询、组合查询、模糊查询和自定义查询中的至少一种。具体的：(a)关键字查询：系统提供的快速查询方法，允许用户输入任意的查询关键字，对全部参与全文检索的属性进行快速查询。(b)组合查询和模糊查询为代表的高级查询：系统允许用户根据一个或多个对象属性进行查询，并支持组合查询和模糊查询功能。(c)自定义查询：用户可以通过相关数据查看功能，查询某个项目的相关的所有数据信息。其中包括数据、人员等,实现整个系统数据的双向查询，或者可以根据自己需要设置查询条件以查找到所需的数据。

(5)数据对比功能。

数据管理模块还用于对不同舰船总体性能虚拟试验过程中的数据进行对比，通过导入不同数据、设置对比方式，可进行一系列的数据对比功能，包括不同工况的比对，试验数据和仿真数据的比对。

(6)数据导出功能。

数据管理模块支持将数据库中的数据转换导出成指定的格式，并提供扩展接口，定制成用户需要的特定文件格式。数据导出功能也称为数据格式转换功能，系统允许用户通过Web界面把结构化数据以文本文件、Word文件、dat文件等格式导出。系统还提供了可扩展接口，允许软件编程人员按照用户的需求定制用户需要的各种导出文件格式，其中导出类型是可以根据需要自行扩展。

(7)流程数据传递功能。

该项功能用于支持流程控制模块的数据传递功能，idesigner以XML存储流程，XML中以<DataFlow>表述节点节点间有数据映射关系，以<DataLink>表示具体的数据映射条目，映射条目可以有多个。数据映射也是以直观的“拖-拉“形式进行定义。流程运行过程中，流程引擎在某节点运行前，依据DataFlow信息，找到该节点的数据前驱节点，然后根据DataLink关系，获取最新数据。

五、模板管理模块。

模板管理模块用于将配置形成的虚拟试验执行流程发布并保存为流程模板，供其他舰船总体性能虚拟试验过程中调用，模板管理模块中管理有若干个不同的流程模板，可利用人机交互模块显示流程模板的分类树结构，并提供新增分类、删除分类、上移分类、下移分类等功能，通过对流程模板的分类为流程模板的使用提高效率。

同时，在执行一项舰船总体性能虚拟试验过程时，还可以直接调用直接预存的流程模板，则流程控制模块还用于从模板管理模块管理的若干个流程模板中选择对应的流程模板与选定的各个命令执行组件一起配置形成虚拟试验执行流程，也即预存的流程模板直接作为虚拟试验执行流程中的节点使用。

模板管理模块采用MVC三层技术架构，同时采用数据库技术以及XML技术作为基础技术支撑，Model层为XML文件以及数据库文件，Control层用于将Model层与View层联合起来，当Model或View存在请求时，Control层能够清楚的找到适配对象；View层主要是用户界面的展示，用于用户操作的入口。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种舰船总体性能预报集成应用系统，其特征在于，所述系统包括：工具集成模块、流程控制模块、人机交互模块和数据管理模块；

所述工具集成模块用于确定舰船总体性能虚拟试验过程中使用的试验模型和若干个命令执行组件，每个命令执行组件分别是对舰船总体性能虚拟试验过程中使用到的处理程序进行封装编译后生成的组件；所述工具集成模块包括in-House程序封装和若干个命令执行组件，in-House程序封装提供集成封装接口实现数据交换以及对开发程序的驱动，开发程序包括Matlab、VC和VB中的至少一种，命令执行组件由算法或求解器以bat、exe或dll的方式封装编译得到的；

所述人机交互模块用于获取船体结构参数和虚拟试验的工况参数并加载至确定的试验模型上得到实船尺度模型，所述人机交互模块还用于获取组件参数并配置对应的命令执行组件；

所述流程控制模块用于对各个命令执行组件配置形成虚拟试验执行流程，并按照所述虚拟试验执行流程依次执行各个命令执行组件以调用相应的算法对所述实船尺度模型进行迭代仿真；包括：所述流程控制模块用于利用流程控制组件连接不同的命令执行组件以形成虚拟试验执行流程，并按照预定执行方式执行所述虚拟试验执行流程，所述流程控制组件包括分支组件、并行组件、暂停组件及循环组件中的至少一种，所述预定执行方式为自动执行、交互执行或单独执行；所述流程控制模块还用于在执行所述虚拟试验执行流程的过程中，将已执行的组件的状态设置为已执行状态，将未执行的组件的状态设置为未执行状态；则所述人机交互模块，还用于在虚拟试验执行流程的执行过程中，显示各个组件的状态以显示流程执行情况；

所述数据管理模块用于将舰船总体性能虚拟试验过程中的数据添加到对应的报告模板中，输出舰船总体性能预报结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流程控制模块通过流程调度引擎实现，所述流程控制模块在执行一个节点时，获取当前节点的数据前驱节点的最新数据并传递给当前节点。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据管理模块还用于对不同舰船总体性能虚拟试验过程中的数据进行对比。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据管理模块还用于以结构化方式和非结构化方式对系统运行过程中的数据进行存储，且支持多维度数据查询，多维度数据查询包括关键字查询、组合查询、模糊查询和自定义查询中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述人机交互模块还用于通过流程可视化设计技术控制所述流程控制模块配置形成虚拟试验执行流程，所述人机交互模块还用于展示舰船总体性能虚拟试验过程中的数据。

6.根据权利要求1-5任一所述的系统，其特征在于，所述系统还包括模板管理模块，所述模板管理模块用于将配置形成的虚拟试验执行流程发布并保存为流程模板，供其他舰船总体性能虚拟试验过程中调用。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述流程控制模块还用于从所述模板管理模块管理的若干个流程模板中选择对应的流程模板与选定的各个命令执行组件一起配置形成虚拟试验执行流程。