趙茹嫦 王銀燕 李余良

（哈爾濱工程大學(xué) 動力與能源工程學(xué)院 哈爾濱150001）

0 引 言

FORTRAN語言結(jié)構(gòu)縝密，語法嚴謹，自誕生以來積累了大量高效而可靠的源程序，廣泛地應(yīng)用于并行計算和高性能計算等領(lǐng)域。但由于FORTRAN數(shù)據(jù)的輸入輸出是在DOS界面里完成的，圖形功能弱，計算結(jié)果可視化存在缺陷，給用戶的使用帶來很多不便。而VB作為一種Windows軟件開發(fā)語言，可視化圖形功能強，開發(fā)效率高，采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，把?fù)雜的設(shè)計問題分解為多個能夠完成獨立功能的對象的集合。利用VB的圖形功能實現(xiàn)FORTRAN計算程序的可視化，對充分利用原有FORTRAN計算程序具有很大的實際意義。

1 VB與FORTRAN混合編程

1.1 基本思想

用VB和FORTRAN兩種語言混合開發(fā)計算軟件的方法一般有兩種：

（1）用VB設(shè)計界面及控制程序，將FORTRAN程序編譯成DLL動態(tài)鏈接庫，再由VB程序調(diào)用FORTRAN動態(tài)鏈接庫。其中，數(shù)據(jù)交換由參數(shù)傳遞來實現(xiàn)；

（2）用VB設(shè)計界面，將FORTRAN應(yīng)用程序編譯成可執(zhí)行的*.exe應(yīng)用程序，由VB應(yīng)用程序直接調(diào)用，最終結(jié)果顯示在VB界面上。在整個運行過程中，F(xiàn)ORTRAN應(yīng)用程序在后臺運行，VB和FORTRAN間的數(shù)據(jù)交換均通過磁盤文件進行，設(shè)計流程如圖1所示［1］。

圖1 VB調(diào)用FORTRAN外殼程序

第一種方法需要解決參數(shù)傳遞的問題。由于參數(shù)較多，還需要構(gòu)造動態(tài)鏈接庫，比較復(fù)雜，因此只適合于計算量小、參數(shù)少的情況；而第二種方法簡單明了，適合于計算量較大、交互操作不多的情況。因此，對于船用柴油機工作過程數(shù)值模擬計算程序的可視化編程，適合選用第二種方法。

1.2 調(diào)用方法及技術(shù)難點

用VB調(diào)用FORTRAN程序編譯的.exe文件時，首先利用VB中的shell函數(shù)啟動FORTRAN應(yīng)用程序。在啟動FORTRAN的過程中，將會遇到三個常見的問題：

（1）shell函數(shù)是以異步方式執(zhí)行的，這種執(zhí)行方式不能等待FORTRAN程序結(jié)束而將繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)VB程序，使VB得不到最終的數(shù)據(jù)而出錯；

（2）由于VB是直接運行于Windows平臺的，而FORTRAN是一種基于DOS平臺的應(yīng)用程序，在Windows平臺運行DOS應(yīng)用程序時，會退出Windows而進入到DOS界面，出現(xiàn)“黑屏”現(xiàn)象。此外，即使Windows平臺的DOS程序終止運行，DOS也不能自動關(guān)閉，返回到 Windows 平臺［2］；

（3）由FORTRAN編制的柴油機工作過程計算程序的輸入數(shù)據(jù)是通過*.txt文件輸入的，要使FORTRAN進入計算，需要提供符合FORTRAN程序格式要求的數(shù)據(jù)文本。

因此，解決以上三個問題是實現(xiàn)船用柴油機工作過程數(shù)值計算可視化的關(guān)鍵。

1.3 用API函數(shù)對外殼程序進行同步調(diào)用

用Win32 API提供的有關(guān)進程操作函數(shù)可以解決外殼程序的異步運行問題。首先用CreatProcess函數(shù)建立FORTRAN外殼進程句柄，然后通過WaitForSingleObject函數(shù)等待外殼進程終止，Close Handle函數(shù)用于將打開的進程對象關(guān)閉［3］。這些函數(shù)需要在VB中事先聲明。其中CreateProcess函數(shù)有10個參數(shù)，參數(shù)IpStartupInfo用來指向一個STARTUPINFO類型的結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將指定如何顯示外殼應(yīng)用程序窗口。

當其成員dwflags的值等于1時，表示另一個成員wShowWindow有效；當wShowWindow的值等于0時，表示隱藏外殼應(yīng)用程序的窗口。這樣的操作就隱藏了DOS平臺，即不會出現(xiàn)“黑屏”的現(xiàn)象。

此外，在WaitForSingleObject函數(shù)中，參數(shù)dwMilliseconds表示VB應(yīng)用程序等待事件的最長時間。當其值等于-1時，表示可以進行無限長的等待下去，直到外殼應(yīng)用程序結(jié)束。因此，除了在VB中預(yù)先聲明上述函數(shù)之外，還要聲明下列常量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

啟動并等待外殼程序的實現(xiàn)方法，代碼如下：

1.4 Shell函數(shù)異步執(zhí)行的同步化

如果用VB的Shell函數(shù)來運行FORTRAN外殼程序，可利用API函數(shù)OpenProcess和CloseHandle或OpenProcess和GetExitCodeProcess來實現(xiàn)等待Shell程序的執(zhí)行，從而解決shell函數(shù)異步執(zhí)行的問題，具體實現(xiàn)參見下列示例代碼。

在利用Shell函數(shù)調(diào)用外部程序的過程中，只要在shell（）語句之后加入循環(huán)調(diào)用StillRun（）函數(shù)的代碼，就可時刻監(jiān)視shell函數(shù)所執(zhí)行的外部程序運行狀態(tài)，直到 stillrun（）返回 false 時，才執(zhí)行 shell（）語句的后續(xù)程序。

對于shell函數(shù)啟動外殼DOS程序時出現(xiàn) “黑屏”的問題，解決的辦法是將shell函數(shù)的第二個可選參數(shù)設(shè)為vbHide。這樣在殼程序運行時，DOS窗口會自動隱藏。同時，在Windows環(huán)境下右擊該DOS應(yīng)用程序文件名，選擇“屬性”項，在“屬性”對話框的“程序”標簽下，選中“退出時關(guān)閉窗口”復(fù)選框，此時將生成該DOS應(yīng)用程序的PIF文件。以后在Windows環(huán)境下運行該應(yīng)用程序時，程序結(jié)束后會自動關(guān)閉DOS窗口而返回Windows狀態(tài)。

1.5 由VB生成FORTRAN輸入文件

FORTRAN的原始數(shù)據(jù)讀入為*.txt文件輸入方式。為了實現(xiàn)可視化輸入，在VB調(diào)用FORTRAN的*.exe應(yīng)用程序的同時，將為FORTRAN程序創(chuàng)建一個.txt數(shù)據(jù)讀入文件。具體操作為：首先，根據(jù)FORTRAN程序中的輸入數(shù)據(jù)屬性，編制VB可視化界面，對輸入?yún)?shù)合理布局，再將輸入數(shù)據(jù)存儲到一個無窮大的數(shù)組空間內(nèi)；待輸入完畢，數(shù)組中的輸入數(shù)據(jù)將按FORTRAN計算程序本身要求的格式排列，存入*txt文件中，為FORTRAN程序的計算做好準備。實現(xiàn)過程可用圖2來說明。

圖2 輸入文件創(chuàng)建過程

2 在內(nèi)燃機工作過程數(shù)值模擬計算中的應(yīng)用

根據(jù)計算機型的基本情況，輸入需要設(shè)置的參數(shù)。輸入界面如圖3所示。首先，通過多項選擇按鈕選擇計算的機型是柴油機還是汽油機、二沖程還是四沖程，并在輸入框中輸入氣缸數(shù)；其次，輸入發(fā)動機整體幾何參數(shù)，比如缸徑、行程、壓縮比等，選擇是否有中冷器以及有無增壓，若增壓則選擇增壓型式，是脈沖還是定壓；第三，設(shè)置燃燒參數(shù)，選擇燃燒模型，設(shè)置燃油含碳量和低熱值等參數(shù)；最后，點擊按鈕，對進排氣系統(tǒng)、增壓器、中冷器進行單獨設(shè)置，點擊計算初始化，對計算中的初始條件進行設(shè)定。

圖3 基本參數(shù)設(shè)置界面

程序還設(shè)置了輸入提示功能。比如，在中冷器復(fù)選框中未選擇有中冷選項，點擊中冷器按鈕，就會彈出“是否中冷”提示框，若選擇“是”（如圖4），鼠標則返回到中冷器設(shè)置復(fù)選框，同時進入到中冷器設(shè)置界面。

進入計算前，還需對部分參數(shù)進行初始化設(shè)置。點擊計算初始化，進入圖5所示界面。對壓力和溫度設(shè)一初值，程序?qū)⒏鶕?jù)初值進行迭代計算，在計算要求的精度內(nèi)收斂，程序繼續(xù)運行。

為了驗證本軟件 （命名為MCY軟件）的正確性，用MCY軟件對某柴油機工作過程進行了模擬計算，計算結(jié)果與實驗值進行對比，同時也與商業(yè)軟件GT-POWER進行對比計算。

圖4 選擇中冷的提示功能

圖5 初始值設(shè)置界面

圖6 示功圖對比曲線

圖7 排氣總管壓力波變化曲線

圖6為在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1 000 r/min時，MCY軟件計算示功圖與試驗示功圖的比較?？梢钥闯?，兩者在變化趨勢上基本一致，著火前期存在一定誤差，達到最高壓力之后，曲線基本吻合。經(jīng)計算，最大爆壓的相對誤差在允許范圍內(nèi)。圖7為排氣管內(nèi)的壓力波動曲線。從曲線整體上可以看出，MCY軟件計算結(jié)果波動略大于GT計算結(jié)果，但兩者波動趨勢基本一致。

3 結(jié) 語

本文重點討論了在VB對FORTRAN可執(zhí)行程序的調(diào)用，以及在調(diào)用過程中將會遇到的問題，并提出了解決方案。

本文提供的方法，在不改變FORTRAN程序本身，保持其算法和強大的數(shù)值計算功能的前提下，通過和VB的混合編程，開發(fā)出一個可視化的數(shù)值模擬計算系統(tǒng)，實現(xiàn)了FORTRAN程序的可視化輸入，提高了原程序的使用效率，對類似的程序改進具有重要的指導(dǎo)意義和參考價值。對FORTRAN程序的改進設(shè)計，并不影響到原程序的功能和獨立性。FORTRAN程序作為一個獨立的數(shù)值計算模塊，既可以與VB程序編制的界面集成使用，又可以單獨使用。

［1］蒲軍平，劉鵬.VB界面設(shè)計與FORTRAN數(shù)值計算功能的組合應(yīng)用［J］.計算機應(yīng)用與軟件.2010，27（12）：148-150.

［2］楊華保，田宏星，劉健，陳永新.FORTRAN程序的可視化管理設(shè)計研究［J］.航空計算技術(shù)，2009（4）：94-97.

［3］張學(xué)強，鄭公營.VB調(diào)用C和Fortran自定義動態(tài)庫函數(shù)聯(lián)合編程［J］.工程物理地球?qū)W報.2010，7（1）：55-59.

［4］周方，戴村供，詹友基.排氣系統(tǒng)模擬計算程序的開發(fā)［J］.福建工程學(xué)院學(xué)報，2005，3（1）：87-90.