某管道仿真系统控制模块设计说明书.docx

案卷号

日期

＜XX管道仿真系统控制模块＞
概要设计说明书

作 者： 曲斌
完成日期： 2007—6—17
签 收 人：
签收日期：

修改情况记录：
版本号
修改批准人
修改人
安装日期
签收人

1 引言 1
1.1 编写目的 1
1.2 范围 1
1.3 定义 1
1.4 参考资料 3
2 总体设计 3
2.1 需求规定 3
2.2 运行环境 4
2.3 基本设计概念和处理流程 4
2.4 系统状态图 8
2.5 数据字典 9
2.6 尚未解决的问题 11
3面向对象分析和接口设计 11
3.1控制引擎类的划分 11
3.2控制引擎模块脚本 13
3.3脚本的事件跟踪图 15
3.4 外部接口 16
4用例设计： 17
4.1基本功能概述 17
4.2用例概述 18
5其它说明 19
6 系统出错处理设计 20

1 引言
1.1 编写目的
随着计算机技术的不断发展，通过计算机仿真模拟工业加工、制造、装配过程已经成为一门主流的技术。对于具有复杂的过程工艺的管道系统，建立虚拟管道系统仿真管道的搭建安全性和工艺过程的合理性对于实际生产有着十分重要的帮助。基于此目的，我们将设计一个管道仿真系统来实现管道仿真。这里我们仅讨论它的一个子模块——控制引擎模块的分析和设计。

1.2 范围
说明：
a． 软件系统名称：XX管道仿真系统控制引擎模块
b． 本项目由XXX提出，开发者系XXX，用户为石油、化工、过程控制领域企业设计部门的相关技术人员。
1.3 定义
1) 用例(UseCase)：用例是面向对象分析中，采用UML进行系统需求分析的一个叙述性文档，用来描述一个参与者（一个外部的主动者）使用系统完成某个过程时的事件发生顺序。
2) 用例图（Use Case Diagram）：显示了系统的一组用例、用例的参与者以及用例和参与者之间的关系。
3) 时序图（Sequence Diagram）：展示出对象之间的交互顺序，这些交互是指在场景或用例的事件流中发生的
4) 状态图（State Diagram）：显示事件对状态的改变关系的图，通常状态图用来描绘一类对象的行为。
5) 命令操作语言：系统定义的具有规范的语法结构的语言，作为模型控制的外部接口供用户调用。
6) 剧本编辑模版：提供一个命令输入、编辑环境，用户通过该环境输入命令操作语言。
7) 剧本保存：将用户输入剧本的命令操作保存成不同格式的文件，以便在以后仿真的过程中调用。
8) 剧本文件载入：通过剧本模版加载之前写好的命令操作文件。
9) 剧本编译：将用户输入的剧本控制命令编译成对用户搭建的模型系统内各个对象的动作和状态的控制。
10) 编译检查：检查之前输入的命令操作语言是否符合语法规范，并根据对错给出相应的提示。
11) 命令行操作器：简化了的剧本编辑器，不需载入剧本文件，一次只能输入一个命令对单独的模型对象进行动作和状态的控制。
12) 中断优先级：在控制仿真过程中对各个控制指令的控制级别的限制，级别高的指令可以中断低级别的指令。
1.4 参考资料
a． 1）《软件工程导论》（第四版） 张海藩 编著 清华大学出版社
2）《软件工程》（高级） 郑人杰 主编 清华大学出版社
3）《需求工程》 （英）Ian Sommerville Pete Sawyer 著 赵文耘 叶恩 等译 机械工业出版社
4）《面向对象软件工程》 Timothy C. Lethbridge Robert Laganiere 著 张洪光 温遇华 徐巧丽 译 机械工业出版社
5）《SPS Manual.pdf》 ——sps管道仿真系统帮助文档

b． 1）国家标准-软件开发规范
2） 软件工程教案(放飞网)
3） 软件工程思想
2 总体设计
2.1 需求规定
本模块的输入部分是用户编辑的命令信息，输出为对整个系统仿真各个模块的对象的控制操作。即用户根据规范的表述方式（可以是系统自定义的语言体系）向系统输入逻辑控制信息，系统接收信息后将控制信息提供给信息处理单元，产生控制模型变量动作和状态的信息，供给预处理、计算等模块，控制仿真对象，完成对整个仿真过程的控制。
2.2 运行环境
a． 硬件的限制：CPU：AMD或INTEL 64位CPU，内存： 2GB，
显卡：NVIDIA 7300以上。
b． 软件环境：Windows 98/Windows 2000 /Windows XP+ MS SQL 2000
2.3 基本设计概念和处理流程
该模块是管道仿真系统的重要部分，一典型的管道仿真系统其功能应当包括管道仿真模型编辑，管道系统建立，仿真计算方式初始化、计算仿真结果，显示参数等等。控制仿真模块作为整个系统的仿真引擎，通过用户操作对已建立的仿真模型系统进行仿真计算统一调度，使用户实时的交互的控制已建立的仿真模型系统。该模块贯穿于整个仿真系统中，是整个系统的核心。图一描述整个管道仿真系统的系统结构以及控制引擎模块在管道仿真系统中的对其他模块的控制作用。

图1软件系统体系结构

针对仿真引擎模块，它的体系结构应当如下所示：
图2控制引擎体系结构图

控制引擎模块基本系统模型和功能级数据流图分别如图3、图4所示：

图3控制引擎基本系统模型
图4 控制引擎模块的功能级数据流图

2.4 系统状态图

图5 控制引擎模块的状态图

2.5 数据字典
流体属性：
流体属性=各种流体的基本属性+流体密度+流体的粘性指数+压力系数+温度系数+蒸汽压力+气体组成或比重+密闭输送条件
各种流体的基本属性=字母+十进制4{数字}4
流体密度=十进制4{数字}4
流体的粘性指数压力系数=十进制8{数字}10
温度系数=十进制5{数字}5
蒸汽压力=十进制4{数字}4
字母＝“A”…“Z”
十进制数字＝“0”…“9”

边界条件：
边界条件=压力和流量的设定值+恒速流入/流出+恒压流入/流出+所有供给和输出的控制
压力和流量的设定值=十进制4{数字}4
恒速流入/流出=十进制4{数字}4
恒压流入/流出=十进制10{数字}10
所有供给和输出的控制=字母
字母＝“A”…“Z”
十进制数字＝“0”…“9”

操作数据：
操作数据=正常开启或关闭的程序+紧急情况操作程序+对管道和设备的强制操作
正常开启或关闭的程序=字母
紧急情况操作程序=字母
对管道和设备的强制操作=字母
字母＝“A”…“Z”

图表：
图表=稳态细节图表+传输管道相关图
稳态细节图表=图表
传输管道相关图=图表

单位：
单位=所有数据的度量单位
所有数据的度量单位=字母&符号
字母＝“A”…“Z”
符号=各种单位符号

2.6 尚未解决的问题
在系统的整个控制过程中需要统一的语法规范约束用户的输入命令，语法的规定是一个系统的工程，这个部分需要进一步的讨论；另外将用户提供的输入信息编译成其它模块接口能够接受信息的编译开发环境核心需要借用外部环境。
3面向对象分析和接口设计
3.1控制引擎类的划分
从面向对象的角度分析整个控制引擎大体可以概括如下的类和对象：
剧本编辑模版试图类，剧本编辑模版文档类，剧本编辑模版应用编辑类，命令行操作对话框类，控制指令集类，剧本编译环境类，管道相关模型集类（该类为其它模块创建但需要载本引擎模块中使用），INPRE文件类,INTRAN文件类,INGRAF文件类。

图6控制引擎模块的类图

图7 控制引擎对象模型中的属性

3.2控制引擎模块脚本

下面的两个表分别列出了本控制引擎模块在正常和非正常情况下的脚本。该脚本都是以事件为序列描述的。

表1系统正常情况下的脚本

l 控制模块开启剧本编辑模版；用户在模版上编辑控制指令。
l 控制模块提示用户保存编辑信息；用户根据仿真阶段（初始化阶段、计算阶段、输出显示阶段）选择保存文件的格式。
l 控制模块载入保存的文件信息；用户选择编译剧本信息。
l 控制模块检查用户输入的文件指令是否符合语法规范，符合规范时提示用户该剧本可以进行控制操作。
l 控制模块在用户点击“确定”按钮时执行控制指令，控制之前用户建立的模型系统的动作及状态。
l 控制模块命令行操作器提供实时控制机制；在仿真运行过程中，用户在不载入剧本文件的情况下可以从命令行操作器中直接输入控制语句控制用户建立的模型系统的动作及状态。
l 控制模块在仿真过程中一直处于开启待命状态，只要用户执行命令操作检查完毕。控制模块在仿提示用户控制指令有效，执行仿真控制。

表2系统异常脚本

l 控制模块开启剧本编辑模版；用户在模版上编辑控制指令。
l 控制模块提示用户保存编辑信息；用户根据仿真阶段（初始化阶段、计算阶段、输出显示阶段）选择保存文件的格式。
l 控制模块载入保存的文件信息；用户选择编译剧本信息。
l 控制模块检查用户输入的命令不符合语法规范，系统停止编译。
l 控制模块提示用户错误信息的位置和错误种类，用户更改输入命令后，重新编译，编译器检查直到符合语法输入，提示用户输入符合语法，编译通过。
l 控制模块命令行操作器提供用户停止中断仿真命令；用户输入中断仿真仿真命令。
l 控制模块提示用户是否中断仿真，用户需要更改模型数据，选择“确定”按钮停止仿真。

3.3脚本的事件跟踪图

图8控制引擎模块事件跟踪图

3.4 外部接口

系统对象模型为本控制引擎提供外部接口函数，本模块的控制命令在编译完成后，调用模型对象的接口函数，用户输入的控制命令仅仅是为这些接口函数提供参数和外部调用。
4用例设计：
4.1基本功能概述
1 用户通过控制仿真模块控制整个系统的计算参数和方式的初始化，对计算过程进行实时控制，同时根据需要选择合适的种类和方式显示计算结果。
2 用户通过控制引擎提供的剧本编辑模版写入控制命令信息，并保存成固定格式的文件。在初始化控制参数时根据预处理、计算、图形输出等仿真的不同阶段选择相应格式的文件载入，通过文件上的控制命令语句控制仿真计算。
3 控制模块的编译模块能够将用户输入的符合语法规定的剧本信息自动的转化为系统识别的控制命令，控制已经建立的模型的时序动作，完成整个仿真。
4 控制模块提供优先级中断，可以在任意时刻中断仿真，方便用户及时更改错误。

控制仿真引擎用例图
图9 软件系统体系结构

4.2用例概述

用例
控制管道系统计算仿真初始化、工艺过程和输出结果

角色
工程师分析员
概述
当系统建立管道模型系统时完，本用例开始。
本用例完成工作，在控制编辑模版内编辑模型控制信息，针对不同外部对象（初始化对象、计算对象、输出显示对象）载入不同类型的文件加载编辑信息，然后将编辑的控制指令信息编译成模型对象的动作状态信息。当信息传递到外部对象是，本用例结束。
前提
需通过模型编辑模块建立好完整地模型信息
描述(场景)
用户在建立完成模型系统后，开启编辑模版窗口载入相应的文件到窗口编辑模版中，或者用户直接从命令行操作对话框中输入指令。编译通过后执行控制。
结果
观察到模型对象的动作，改变了计算模型的边界条件。
例外
控制造成模型系统执行错误工艺
安全例外
没有访问权限
相关用例
无
附件
无

5其它说明
本控制引擎模块仅为管道仿真系统的一个子模块，它与其他模块的边界关系由下图表示，即初始化、计算、输出显示等功能由其它模块提供，

6 系统出错处理设计
1．输入INPREP、INTRAN、INGRAF命令行格式或命令不正确，在输出文档中生成错误报告。
2．相态选择与模型元件不匹配，弹出对话框提示重新输入。
3．选择或设定参数值与系统数据库值不相符，弹出对话框提示重新输入。
4．磁盘存储空间已满，弹出对话框提示“磁盘空间不足，请删除无用文件。”
5．预处理死循环或数据溢出，系统强制性退出，并生成错误报告。
6．计算处理死循环或数据溢出，系统强制性退出，并生成错误报告
7．出现其它异常情况，按ESC强行退出。