一种基于通用接口的仿真试验设计系统与方法与流程

本发明涉及一种仿真试验设计方法。更具体地，涉及一种基于通用接口的仿真试验设计系统与方法。

背景技术：

试验是人们认识自然、了解自然的重要手段，许多重要的科学规律都是通过科学试验发现和证实的。当试验比较简单时，人们凭经验就可以进行。随着科学和技术的发展，试验涉及的因素众多，它们之间的关系更加复杂，光凭经验已不能达到预期要求，于是产生了试验设计。试验设计是为了减少随机误差对试验结果的影响，或为了减少试验次数，并使获得的数据适合于用统计方法分析，得出有效的和客观的结论，而对试验进行总体的安排。为确保试验目标的达成，必须通过科学、有效的方法、工具进行试验设计使得样本量尽可能小，样本空间覆盖范围尽可能广，置信度尽可能高。

目前流行的统计分析软件中，大多都具有试验设计功能，其中比较常见的有SAS，SPSS，MINITAB、Design-Expert等。SAS软件将试验设计类型分为：二水平设计、反应曲面设计、混料设计、混合水平设计、优化设计、裂区设计，还专门开发了如PLAN，FACT等几个过程用于试验设计。虽然它的试验设计功能强大，包含内容广泛，但略显专业，不容易入手。SAS软件更适合于专业人员，而不太适合于一般科研人员。SPSS是当今最流行的统计软件，其界面友好，操作简单，是非统计专业人员处理数据的首选，甚至很多方面与SAS相当，甚至超越SAS，但是，在试验设计方面，与SAS还有很大差距，它没有一个完整的试验设计系统，所以用SPSS来做试验设计也不太适合，因为对于一些常用的试验设计类型，在SPSS中没有与之相应的功能。MINITAB是一个不错的统计软件，主要用于质量管理和控制，虽然比较小，但却包含了统计中常用的数据处理方法。它包含有一个试验设计模块，里面有几种常用的试验设计方法，如田口设计，因子设计，反应曲面设计，混料设计，可以处理各种常用问题，使用起来比较方便。但由于其主要考虑在质量管理控制方面的应用，因此无法完全适应仿真领域的应用。Design-Expert 是Stat-Ease公司专为试验设计发布的软件，它提供了许多强大的统计工具：(1)两水平析因筛选设计：识别出影响产品设计和生产过程的重要因素，然后进行针对性地改进；(2)一般析因设计：找出某类最优的因子组合，例如某种原材料的供应源；(3)响应面法：找出最优的流程设置从而获得最优的绩效水平；(4)混合设计：发现生产产品理想的设计秘诀；(5)工艺因素，混合成分以及定性因素的组合，提供了混合各种成分和处理它们的功能。综上所述，对于仿真计算领域，还没有一款真正适用的试验设计与分析软件，主要是无法实现试验设计与分析同仿真平台系统关联并一体化运行。

因此，需要提供一种基于通用接口的仿真试验设计系统与方法，解决以往仿真试验次数多、效率低下的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于通用接口的仿真试验设计系统与方法，针对具体仿真目的辅助用户设计生成仿真试验方案，主导仿真平台以及仿真试验分析评估的执行，并可借助通用接口使得仿真试验设计更为简便高效。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于通用接口的仿真试验设计系统，所述该系统包括

仿真试验管理模块，用于对仿真试验信息进行配置；

试验因子提取模块，用于设置因子水平设置方法扩展接口，并从仿真试验数据中提取生成可供仿真试验设计的试验因子；

仿真试验设计模块，用于设置试验设计方法扩展接口，并基于试验设计方法将试验因子的所有水平值相互组合生成试验方案；

仿真试验想定管理模块，根据所述仿真试验设计模块建立的试验方案及所述仿真试验管理模块中配置的仿真数据访问接口，实现对仿真试验想定的管理。

优选的，所述仿真试验管理模块中仿真试验信息采用XML文件格式进行配置。

优选的，所述试验因子提取模块中

因子水平设置方法扩展接口用于增加因子水平数据设置方法；

提取试验因子的水平数据设置方法包括均匀设计、相对设计和自由设计。

优选的，所述仿真试验设计模块中

试验设计方法扩展接口用于增加仿真试验设计方法；

试验设计方法包括全面析因设计、正交设计、均匀设计、部分因子设计和拉丁超立方抽样。

一种基于通用接口的仿真试验设计方法，所述该方法包括

S1、通过仿真试验管理配置仿真试验信息并获取仿真试验数据；

S2、设置因子水平设置方法扩展接口，并从仿真试验数据中提取生成可供仿真试验设计的试验因子；

S3、设置试验设计方法扩展接口，并基于试验设计方法将试验因子的所有水平值相互组合生成试验方案；

S4、根据所述步骤S3建立的试验方案及所述步骤S1中配置的仿真数据访问接口，实现对仿真试验想定的管理。

优选的，所述步骤S1中仿真试验信息采用XML文件格式进行配置。

优选的，所述步骤S2中

因子水平设置方法扩展接口用于增加因子水平数据设置方法；

提取试验因子的水平数据设置方法包括均匀设计、相对设计和自由设计。

优选的，所述步骤S3中

试验设计方法扩展接口用于增加仿真试验设计方法；

试验设计方法包括全面析因设计、正交设计、均匀设计、部分因子设计和拉丁超立方抽样。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案与现有技术相比，有以下优点：

1、基于通用接口能够与仿真平台一体化运行，使得仿真试验设计更为简便高效；

2、提供扩展接口可根据需要添加新的设计方法。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例中一种基于通用接口的仿真试验设计系统示意图；

图2示出本发明实施例中一种基于通用接口的仿真试验设计方法流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员 应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明公开了一种基于通用接口的仿真试验设计系统，该系统包括：

仿真试验管理模块1、试验因子提取模块2、仿真试验设计模块3、仿真试验想定管理模块4。

仿真试验管理模块1，用于对仿真试验信息进行配置；试验因子提取模块2，用于从仿真试验数据中提取生成可供仿真试验设计的试验因子；仿真试验设计模块3，利用试验因子提取模块2建立的试验因子，基于一定的设计方法将试验因子的所有水平值相互组合生成试验方案；仿真试验想定管理模块4，根据仿真试验设计模块3建立的试验方案，以及仿真试验管理模块1中配置的仿真数据访问接口，实现对仿真试验想定的管理。

仿真试验管理模块1，用于对仿真试验信息进行配置：

仿真试验管理模块1，实现对仿真试验的管理，包括仿真试验的新建/打开/保存，对仿真试验信息进行配置。仿真试验信息的配置内容包括试验名称和所有试验数据的信息。通过连接仿真试验数据数据库或导入数据文件的方式获取仿真试验数据后，以列表的形式显示所有可分析的试验数据，供用户选择和配置仿真试验数据信息，信息包括了仿真试验数据名称、单位、初值、取值范围和访问方式。通过仿真试验信息配置，记录仿真试验数据的访问接口等信息，使得仿真试验设计系统支持所有数据库和数据文件方式存储的仿真试验数据。

如下代码给出了某个仿真试验采用XML文件格式存储的配置信息示例：

<？xml version＝"1.0"encoding＝"gbk"？>

-<试验配置试验项目名称＝"典型想定试验_1"试验阶段名称＝"试验想定_1">

-<试验因子>

-<因子个数＝"3">

-<因子名称＝"SCN_Longtitude"初值＝"122"单位＝"度"访问类型＝"数据库"备注＝"--">

<值域范围类型＝"连续"值域＝"120:130"/>

<检索方法表名＝"平流层浮空雷达性能参数表"列名＝"雷达经度"检索条件＝"想定编号＝241AND雷达ID＝OTHOO1"/>

</因子>

-<因子名称＝"SCN_Latitude"初值＝"38"单位＝"度"访问类型＝"数据库"备注＝"--">

<值域范围类型＝"离散"值域＝"36；37；38；39；40"/>

<检索方法表名＝"平流层浮空雷达性能参数表"列名＝"雷达纬度"检索条件＝"想定编号＝241AND雷达ID＝OTHOO1"/>

</因子>

-<因子名称＝"SCN_Altitude"初值＝"30000"单位＝"m"访问类型＝"数据库"备注＝"--">

<值域范围类型＝"连续"值域＝"30000:31000"/>

<检索方法表名＝"平流层浮空雷达性能参数表"列名＝"雷达高度"检索条件＝"想定编号＝241AND雷达ID＝OTHOO1"/>

</因子>

</因子>

</试验因子>

</试验配置>

采用XML文件格式存储的配置的试验信息，即为与仿真系统通讯的接口，通过配置信息可以与任何类型的仿真系统互联，在实际应用中，系统只需解析XML文件。

试验因子提取模块2，用于设置因子水平设置方法扩展接口，并从仿真试验数据中提取生成可供仿真试验设计的试验因子：

试验因子提取模块2，实现从仿真试验数据中提取生成可供仿真试验设计的试验因子。用户在所含试验数据列表中勾选需要进行试验设计的试验数据，称为试验因子，并设置因子的水平数据。因子的水平数据设置方法包括了均匀设计、相对设计、自由设计三种。均匀设计需要设计“水平数”“最小值”“最大值”三个参数，其中，“水平数”是设计因子的个数，“最小值”“最大值”是因子的取值范围。相对设计以一个数值为基准值，在一定区间内按一定规律变化生成因子水平数据。自由设计可以设置任意个数、任意数值的水平数据。

试验因子提取模块2基于插件方式提供因子水平设置方法扩展接口可根据需要来增加新的因子水平数据设置方法。

仿真试验设计模块3，用于设置试验设计方法扩展接口，并利用试验因子提取模块2建立的试验因子，基于设计方法将试验因子的所有水平值相互组合生成试验方案：

仿真试验设计模块3，仿真试验设计利用第二步建立的试验因子，基于一定的设计方法将试验因子的所有水平值相互组合生成试验方案。仿真试验设计系统提供了5种试验设计方法，包括全面析因设计、正交设计、均匀设计、部分因子设计和拉丁超立方抽样。全面析因设计也称全因子试验设计，要求每个因素的不同水平都要进行组合，具有全面性和均衡性。正交设计根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点。均匀设计考虑如何将设计点均匀的散布在试验范围内，使得能用较少的试验点获得最多的信息。部分因子设计的每个因子采用两水平进行试验，因此仅适用于两水平的试验因子。拉丁超立方抽样属于受约束的设计方法，它在决定试验次数N后把区间等分成N个互补重叠的子区间，然后在每个子区间上分别进行独立的等概率抽样。仿真试验设计模块3基于插件方式提供试验设计方法的扩展接口可根据需要来增加新的仿真试验设计方法。

仿真试验设计系统采用基于插件的可扩展的体系结构设计，用户使用系统对所要增加的设计方法名称、输入输出参数类型、以及各参数属性进行设置，系统自动生成新设计方法的插件框架代码。用户只需实现框架代码中的接口和算法，编译生成新设计方法的插件包，即可自动部署、升级新设计方法到仿真试验设计系统中。

仿真试验想定管理模块4，根据仿真试验设计模块3建立的试验方案，以及仿真试验管理模块1中配置的仿真数据访问接口，实现对仿真试验想定的管理：

仿真试验想定管理模块4，根据仿真试验设计模块3中已建立的试验方案，以及仿真试验管理模块1中仿真试验配置中的仿真数据访问接口，实现对仿真试验想定的管理。每一个仿真试验方案记录了所有试验因子应设置的水平数据，根据此信息修改相应的仿真试验想定数据供仿真试验使用。在执行完所有试验方案的仿真试验后，将仿真试验想定中的数据恢复为仿真试验配置中记录的初值。

如图2所示，本发明公开了一种基于通用接口的仿真试验设计方法，该方法包括：

S1、通过仿真试验管理采用XML文件格式配置仿真试验信息并获取仿真试验数据；

S2、设置因子水平设置方法扩展接口，并从仿真试验数据中提取生成可供仿真试验设计的试验因子，基于设置的因子水平设置方法扩展接口，可根据需要来增加新的水平数据设置方法，提取试验因子的水平数据设置方法包括均匀设计、相对设计和自由设计；

S3、设置试验设计方法扩展接口，并利用步骤S2建立的试验因子，基于设计方法将试验因子的所有水平值相互组合生成试验方案，基于设置的试验设计方法的扩展接口，可根据需要来增加新的仿真试验设计方法。试验设计方法包括全面析因设计、正交设计、均匀设计、部分因子设计和拉丁超立方抽样；

S4、根据步骤S3建立的试验方案，以及步骤S1仿真试验配置中的仿真数据访问接口，实现对仿真试验想定的管理。每一个仿真试验方案记录了所有试验因子应设置的水平数据，根据此信息修改相应的仿真试验想定数据供仿真试验使用。在执行完所有试验方案的仿真试验后，将仿真试验想定中的数据恢复为仿真试验配置中记录的初值。

综上所述，本发明所述技术方案提供了一种基于通用接口的仿真试验设计系统及方法，本发明可指导用户根据试验目的科学地构建试验因子和水平，基于通用接口能够与仿真平台一体化运行，使得仿真试验设计更为简便高效，并根据提供的因子水平设置方法扩展接口和试验设计方法扩展接口可根据需要添加新的设计方法，从而合理地安排试验方案，大幅度节省试验次数，有效提高仿真试验工作的效率及自动化程度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。