某管道仿真系統(tǒng)控制模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、 案卷號(hào)日期XX管道仿真系統(tǒng)控制模塊概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書作者： 曲斌 完成日期： 2007617 簽收人：簽收日期：修改情況記錄：版本號(hào)修改批準(zhǔn)人修改人安裝日期簽收人20 / 221 引言11.1 編寫目的11.2 圍11.3 定義11.4 參考資料32 總體設(shè)計(jì)32.1 需求規(guī)定32.2 運(yùn)行環(huán)境42.3 基本設(shè)計(jì)概念和處理流程42.4 系統(tǒng)狀態(tài)圖82.5 數(shù)據(jù)字典92.6 尚未解決的問(wèn)題113面向?qū)ο蠓治龊徒涌谠O(shè)計(jì)113.1控制引擎類的劃分113.2控制引擎模塊腳本133.3腳本的事件跟蹤圖153.4 外部接口164用例設(shè)計(jì)：174.1基本功能概述174.2用例概述185其它說(shuō)明196 系統(tǒng)出錯(cuò)

2、處理設(shè)計(jì)201 引言1.1 編寫目的隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模擬工業(yè)加工、制造、裝配過(guò)程已經(jīng)成為一門主流的技術(shù)。對(duì)于具有復(fù)雜的過(guò)程工藝的管道系統(tǒng)，建立虛擬管道系統(tǒng)仿真管道的搭建安全性和工藝過(guò)程的合理性對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)有著十分重要的幫助。基于此目的，我們將設(shè)計(jì)一個(gè)管道仿真系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)管道仿真。這里我們僅討論它的一個(gè)子模塊控制引擎模塊的分析和設(shè)計(jì)。1.2 圍說(shuō)明：a 軟件系統(tǒng)名稱：XX管道仿真系統(tǒng)控制引擎模塊b 本項(xiàng)目由XXX提出，開發(fā)者系XXX，用戶為石油、化工、過(guò)程控制領(lǐng)域企業(yè)設(shè)計(jì)部門的相關(guān)技術(shù)人員。1.3 定義1) 用例(UseCase)：用例是面向?qū)ο蠓治鲋?，采用UML進(jìn)行系統(tǒng)需

3、求分析的一個(gè)敘述性文檔，用來(lái)描述一個(gè)參與者（一個(gè)外部的主動(dòng)者）使用系統(tǒng)完成某個(gè)過(guò)程時(shí)的事件發(fā)生順序。2) 用例圖（Use Case Diagram）：顯示了系統(tǒng)的一組用例、用例的參與者以與用例和參與者之間的關(guān)系。3) 時(shí)序圖（Sequence Diagram）：展示出對(duì)象之間的交互順序，這些交互是指在場(chǎng)景或用例的事件流中發(fā)生的4) 狀態(tài)圖（State Diagram）：顯示事件對(duì)狀態(tài)的改變關(guān)系的圖，通常狀態(tài)圖用來(lái)描繪一類對(duì)象的行為。5) 命令操作語(yǔ)言：系統(tǒng)定義的具有規(guī)的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)的語(yǔ)言，作為模型控制的外部接口供用戶調(diào)用。6) 劇本編輯模版：提供一個(gè)命令輸入、編輯環(huán)境，用戶通過(guò)該環(huán)境輸入命令操作語(yǔ)

4、言。7) 劇本保存：將用戶輸入劇本的命令操作保存成不同格式的文件，以便在以后仿真的過(guò)程中調(diào)用。8) 劇本文件載入：通過(guò)劇本模版加載之前寫好的命令操作文件。9) 劇本編譯：將用戶輸入的劇本控制命令編譯成對(duì)用戶搭建的模型系統(tǒng)各個(gè)對(duì)象的動(dòng)作和狀態(tài)的控制。10) 編譯檢查：檢查之前輸入的命令操作語(yǔ)言是否符合語(yǔ)法規(guī)，并根據(jù)對(duì)錯(cuò)給出相應(yīng)的提示。11) 命令行操作器：簡(jiǎn)化了的劇本編輯器，不需載入劇本文件，一次只能輸入一個(gè)命令對(duì)單獨(dú)的模型對(duì)象進(jìn)行動(dòng)作和狀態(tài)的控制。12) 中斷優(yōu)先級(jí)：在控制仿真過(guò)程中對(duì)各個(gè)控制指令的控制級(jí)別的限制，級(jí)別高的指令可以中斷低級(jí)別的指令。1.4 參考資料a 1）軟件工程導(dǎo)論（第四版）

5、 海藩 編著 清華大學(xué)2）軟件工程（高級(jí)） 人杰 主編 清華大學(xué)3）需求工程 （英）Ian Sommerville Pete Sawyer 著 文耘 葉恩 等譯 機(jī)械工業(yè)4）面向?qū)ο筌浖こ?Timothy C. Lethbridge Robert Laganiere 著 洪光 溫遇華 徐巧麗 譯 機(jī)械工業(yè)5）SPS Manual.pdf sps管道仿真系統(tǒng)幫助文檔b 1）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)-軟件開發(fā)規(guī)2） 軟件工程教案(放飛網(wǎng))3） 軟件工程思想2 總體設(shè)計(jì)2.1 需求規(guī)定本模塊的輸入部分是用戶編輯的命令信息，輸出為對(duì)整個(gè)系統(tǒng)仿真各個(gè)模塊的對(duì)象的控制操作。即用戶根據(jù)規(guī)的表述方式（可以是系統(tǒng)自定義的語(yǔ)言

6、體系）向系統(tǒng)輸入邏輯控制信息，系統(tǒng)接收信息后將控制信息提供給信息處理單元，產(chǎn)生控制模型變量動(dòng)作和狀態(tài)的信息，供給預(yù)處理、計(jì)算等模塊，控制仿真對(duì)象，完成對(duì)整個(gè)仿真過(guò)程的控制。2.2 運(yùn)行環(huán)境a 硬件的限制：CPU：AMD或INTEL 64位CPU，存： 2GB，顯卡：NVIDIA 7300以上。b 軟件環(huán)境：Windows 98/Windows 2000 /Windows XP+ MS SQL 20002.3 基本設(shè)計(jì)概念和處理流程該模塊是管道仿真系統(tǒng)的重要部分，一典型的管道仿真系統(tǒng)其功能應(yīng)當(dāng)包括管道仿真模型編輯，管道系統(tǒng)建立，仿真計(jì)算方式初始化、計(jì)算仿真結(jié)果，顯示參數(shù)等等。控制仿真模塊作為整個(gè)

7、系統(tǒng)的仿真引擎，通過(guò)用戶操作對(duì)已建立的仿真模型系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算統(tǒng)一調(diào)度，使用戶實(shí)時(shí)的交互的控制已建立的仿真模型系統(tǒng)。該模塊貫穿于整個(gè)仿真系統(tǒng)中，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。圖一描述整個(gè)管道仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以與控制引擎模塊在管道仿真系統(tǒng)中的對(duì)其他模塊的控制作用。圖1軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)針對(duì)仿真引擎模塊，它的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)如下所示：圖2控制引擎體系結(jié)構(gòu)圖控制引擎模塊基本系統(tǒng)模型和功能級(jí)數(shù)據(jù)流圖分別如圖3、圖4所示：圖3控制引擎基本系統(tǒng)模型圖4 控制引擎模塊的功能級(jí)數(shù)據(jù)流圖2.4 系統(tǒng)狀態(tài)圖圖5 控制引擎模塊的狀態(tài)圖2.5 數(shù)據(jù)字典流體屬性：流體屬性=各種流體的基本屬性+流體密度+流體的粘性指數(shù)+壓力系數(shù)+溫度系

8、數(shù)+蒸汽壓力+氣體組成或比重+密閉輸送條件各種流體的基本屬性=字母+十進(jìn)制4數(shù)字4流體密度=十進(jìn)制4數(shù)字4流體的粘性指數(shù)壓力系數(shù)=十進(jìn)制8數(shù)字10溫度系數(shù)=十進(jìn)制5數(shù)字5蒸汽壓力=十進(jìn)制4數(shù)字4字母“A”“Z”十進(jìn)制數(shù)字“0”“9”邊界條件：邊界條件=壓力和流量的設(shè)定值+恒速流入/流出+恒壓流入/流出+所有供給和輸出的控制壓力和流量的設(shè)定值=十進(jìn)制4數(shù)字4恒速流入/流出=十進(jìn)制4數(shù)字4恒壓流入/流出=十進(jìn)制10數(shù)字10所有供給和輸出的控制=字母字母“A”“Z”十進(jìn)制數(shù)字“0”“9”操作數(shù)據(jù)：操作數(shù)據(jù)=正常開啟或關(guān)閉的程序+緊急情況操作程序+對(duì)管道和設(shè)備的強(qiáng)制操作正常開啟或關(guān)閉的程序=字母緊急情

9、況操作程序=字母對(duì)管道和設(shè)備的強(qiáng)制操作=字母字母“A”“Z”圖表：圖表=穩(wěn)態(tài)細(xì)節(jié)圖表+傳輸管道相關(guān)圖穩(wěn)態(tài)細(xì)節(jié)圖表=圖表傳輸管道相關(guān)圖=圖表單位：?jiǎn)挝?所有數(shù)據(jù)的度量單位所有數(shù)據(jù)的度量單位=字母&符號(hào)字母“A”“Z”符號(hào)=各種單位符號(hào)2.6 尚未解決的問(wèn)題在系統(tǒng)的整個(gè)控制過(guò)程中需要統(tǒng)一的語(yǔ)法規(guī)約束用戶的輸入命令，語(yǔ)法的規(guī)定是一個(gè)系統(tǒng)的工程，這個(gè)部分需要進(jìn)一步的討論；另外將用戶提供的輸入信息編譯成其它模塊接口能夠接受信息的編譯開發(fā)環(huán)境核心需要借用外部環(huán)境。3面向?qū)ο蠓治龊徒涌谠O(shè)計(jì)3.1控制引擎類的劃分從面向?qū)ο蟮慕嵌确治稣麄€(gè)控制引擎大體可以概括如下的類和對(duì)象：劇本編輯模版試圖類，劇本編輯模版文檔類

10、，劇本編輯模版應(yīng)用編輯類，命令行操作對(duì)話框類，控制指令集類，劇本編譯環(huán)境類，管道相關(guān)模型集類（該類為其它模塊創(chuàng)建但需要載本引擎模塊中使用），INPRE文件類,INTRAN文件類,INGRAF文件類。圖6控制引擎模塊的類圖圖7 控制引擎對(duì)象模型中的屬性3.2控制引擎模塊腳本下面的兩個(gè)表分別列出了本控制引擎模塊在正常和非正常情況下的腳本。該腳本都是以事件為序列描述的。表1系統(tǒng)正常情況下的腳本l 控制模塊開啟劇本編輯模版；用戶在模版上編輯控制指令。l 控制模塊提示用戶保存編輯信息；用戶根據(jù)仿真階段（初始化階段、計(jì)算階段、輸出顯示階段）選擇保存文件的格式。l 控制模塊載入保存的文件信息；用戶選擇編譯劇

11、本信息。l 控制模塊檢查用戶輸入的文件指令是否符合語(yǔ)法規(guī)，符合規(guī)時(shí)提示用戶該劇本可以進(jìn)行控制操作。l 控制模塊在用戶點(diǎn)擊“確定”按鈕時(shí)執(zhí)行控制指令，控制之前用戶建立的模型系統(tǒng)的動(dòng)作與狀態(tài)。l 控制模塊命令行操作器提供實(shí)時(shí)控制機(jī)制；在仿真運(yùn)行過(guò)程中，用戶在不載入劇本文件的情況下可以從命令行操作器中直接輸入控制語(yǔ)句控制用戶建立的模型系統(tǒng)的動(dòng)作與狀態(tài)。l 控制模塊在仿真過(guò)程中一直處于開啟待命狀態(tài)，只要用戶執(zhí)行命令操作檢查完畢。控制模塊在仿提示用戶控制指令有效，執(zhí)行仿真控制。 表2系統(tǒng)異常腳本l 控制模塊開啟劇本編輯模版；用戶在模版上編輯控制指令。l 控制模塊提示用戶保存編輯信息；用戶根據(jù)仿真階段（初

12、始化階段、計(jì)算階段、輸出顯示階段）選擇保存文件的格式。l 控制模塊載入保存的文件信息；用戶選擇編譯劇本信息。l 控制模塊檢查用戶輸入的命令不符合語(yǔ)法規(guī)，系統(tǒng)停止編譯。l 控制模塊提示用戶錯(cuò)誤信息的位置和錯(cuò)誤種類，用戶更改輸入命令后，重新編譯，編譯器檢查直到符合語(yǔ)法輸入，提示用戶輸入符合語(yǔ)法，編譯通過(guò)。l 控制模塊命令行操作器提供用戶停止中斷仿真命令；用戶輸入中斷仿真仿真命令。l 控制模塊提示用戶是否中斷仿真，用戶需要更改模型數(shù)據(jù)，選擇“確定”按鈕停止仿真。3.3腳本的事件跟蹤圖圖8控制引擎模塊事件跟蹤圖3.4 外部接口 系統(tǒng)對(duì)象模型為本控制引擎提供外部接口函數(shù)，本模塊的控制命令在編譯完成后，調(diào)

13、用模型對(duì)象的接口函數(shù)，用戶輸入的控制命令僅僅是為這些接口函數(shù)提供參數(shù)和外部調(diào)用。4用例設(shè)計(jì)：4.1基本功能概述1 用戶通過(guò)控制仿真模塊控制整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算參數(shù)和方式的初始化，對(duì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，同時(shí)根據(jù)需要選擇合適的種類和方式顯示計(jì)算結(jié)果。2 用戶通過(guò)控制引擎提供的劇本編輯模版寫入控制命令信息，并保存成固定格式的文件。在初始化控制參數(shù)時(shí)根據(jù)預(yù)處理、計(jì)算、圖形輸出等仿真的不同階段選擇相應(yīng)格式的文件載入，通過(guò)文件上的控制命令語(yǔ)句控制仿真計(jì)算。3 控制模塊的編譯模塊能夠?qū)⒂脩糨斎氲姆险Z(yǔ)法規(guī)定的劇本信息自動(dòng)的轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)識(shí)別的控制命令，控制已經(jīng)建立的模型的時(shí)序動(dòng)作，完成整個(gè)仿真。4 控制模塊提供優(yōu)先

14、級(jí)中斷，可以在任意時(shí)刻中斷仿真，方便用戶與時(shí)更改錯(cuò)誤。 控制仿真引擎用例圖圖9 軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)4.2用例概述用例控制管道系統(tǒng)計(jì)算仿真初始化、工藝過(guò)程和輸出結(jié)果角色工程師分析員概述當(dāng)系統(tǒng)建立管道模型系統(tǒng)時(shí)完，本用例開始。本用例完成工作，在控制編輯模版編輯模型控制信息，針對(duì)不同外部對(duì)象（初始化對(duì)象、計(jì)算對(duì)象、輸出顯示對(duì)象）載入不同類型的文件加載編輯信息，然后將編輯的控制指令信息編譯成模型對(duì)象的動(dòng)作狀態(tài)信息。當(dāng)信息傳遞到外部對(duì)象是，本用例結(jié)束。前提需通過(guò)模型編輯模塊建立好完整地模型信息描述(場(chǎng)景)用戶在建立完成模型系統(tǒng)后，開啟編輯模版窗口載入相應(yīng)的文件到窗口編輯模版中，或者用戶直接從命令行操作對(duì)話框中輸入指令。編譯通過(guò)后執(zhí)行控制。結(jié)果觀察到模型對(duì)象的動(dòng)作，改變了計(jì)算模型的邊界條件。例外控制造成模型系統(tǒng)執(zhí)行錯(cuò)誤工藝安全例外沒(méi)有訪問(wèn)權(quán)限相關(guān)用例無(wú)附件無(wú)5其它說(shuō)明本控制引擎模塊僅為管道仿真系統(tǒng)的一個(gè)子模塊，它與其他模塊的邊界關(guān)系由下圖表示，即初始化、計(jì)算、輸出顯示等功能由其它模塊提供