王志濤，趙寧波，李鐵磊，李淑英

(哈爾濱工程大學(xué)，哈爾濱 150001)

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基于網(wǎng)絡(luò)的燃?xì)廨啓C(jī)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

王志濤，趙寧波，李鐵磊，李淑英

(哈爾濱工程大學(xué)，哈爾濱 150001)

通過(guò)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)虛擬仿真平臺(tái)性能需求和功能需求的分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)。該仿真平臺(tái)基于三層B/S模式，采取Java設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)Web界面，以MySQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用Tomcat作為服務(wù)器，ActiveMQ作為消息隊(duì)列的提供者，搭建Web服務(wù)器，以M函數(shù)文件作為接口來(lái)命令MATLAB進(jìn)行用戶需求的仿真計(jì)算。

網(wǎng)絡(luò)；燃?xì)廨啓C(jī)建模；虛擬仿真

高等教育主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究和教學(xué)，但對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)這種大型的動(dòng)力裝置，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在諸多問(wèn)題與難點(diǎn)，這些實(shí)驗(yàn)所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備通常是大型的機(jī)械裝置，這種大型設(shè)備占地空間大，運(yùn)行和維護(hù)的成本較高，對(duì)于高校實(shí)驗(yàn)室而言，提供這種大型機(jī)械設(shè)備比較困難，難以進(jìn)行針對(duì)大型動(dòng)力機(jī)械設(shè)備本體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，學(xué)生對(duì)大型動(dòng)力機(jī)械設(shè)備無(wú)法形成全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的應(yīng)用，可以有效解決這些問(wèn)題，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有成本低、安全性高等特點(diǎn)。

1 燃?xì)廨啓C(jī)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)相關(guān)技術(shù)介紹

1.1 Java技術(shù)簡(jiǎn)介

Java是美國(guó)Sun公司推出的一種可以撰寫(xiě)跨語(yǔ)言應(yīng)用程序的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有卓越的通用性、高效性、平臺(tái)移植性和安全性，是個(gè)簡(jiǎn)單、面向?qū)ο?、分布式、解釋性、健壯、安全與系統(tǒng)無(wú)關(guān)、可移植、高性能、多線程和靜態(tài)的語(yǔ)言。

1.2 JDBC技術(shù)

JDBC是Java數(shù)據(jù)庫(kù)連接技術(shù)(Java Data Base Connectivity)的簡(jiǎn)稱，由Java編程語(yǔ)言編寫(xiě)的類和接口組成，為工具和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)人員提供了一套訪問(wèn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。JDBC可以高效訪問(wèn)多種常用數(shù)據(jù)庫(kù)(如Oracle、SQL Server和My SQL等)。

1.3 B/S模式

B/S(Browser/Server)模式即瀏覽器和服務(wù)器模式，它是隨著WEB興起后的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。它以HTTP為傳輸協(xié)議，客戶端通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)WEB服務(wù)器和與其連接的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器接收發(fā)自瀏覽器的請(qǐng)求，然后從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)并在WEB服務(wù)器上按業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)行處理后，將處理結(jié)果傳回瀏覽器的運(yùn)行模式。

1.4 Servlet技術(shù)

Servlet是用Java編寫(xiě)的運(yùn)行在Web服務(wù)器上的程序，它可以調(diào)用服務(wù)器端的類，也可以被調(diào)用，它本身也是一個(gè)類。Servlet由Web服務(wù)器負(fù)責(zé)編譯執(zhí)行，當(dāng)瀏覽器訪問(wèn)Servlet時(shí)，服務(wù)器將啟動(dòng)一個(gè)線程來(lái)響應(yīng)，運(yùn)行效率較高。

2 燃?xì)廨啓C(jī)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)需求和功能分析

燃?xì)廨啓C(jī)虛擬仿真平臺(tái)應(yīng)具有簡(jiǎn)潔性、可用性、易操作性、界面設(shè)計(jì)友好，能滿足大多數(shù)用戶的使用習(xí)慣和要求。燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在調(diào)試過(guò)程中常常受到很多限制，實(shí)驗(yàn)的消耗非常巨大，而且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也存在不安全的因素。燃?xì)廨啓C(jī)仿真技術(shù)可以使部分或全部實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，既可以確保安全，同時(shí)也降低實(shí)驗(yàn)消耗成本。燃?xì)廨啓C(jī)性能仿真程序?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)燃?xì)廨啓C(jī)仿真平臺(tái)，用戶通過(guò)在燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上注冊(cè)賬號(hào)，登入系統(tǒng)界面，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，為了避免信息的丟失，往往將大量有用的、重要的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)系統(tǒng)前期開(kāi)發(fā)、當(dāng)前運(yùn)行和日后維護(hù)都至關(guān)重要。數(shù)據(jù)庫(kù)的表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也很重要，該平臺(tái)主要設(shè)計(jì)了燃?xì)廨啓C(jī)模型表、角色信息表、用戶注冊(cè)信息表和使用日志表等。燃?xì)廨啓C(jī)模型信息表，主要用于記錄一些可以提供給用戶的燃機(jī)模型；角色信息表，主要用于記錄使用角色和權(quán)限；用戶注冊(cè)信息表，主要用于記錄用戶的注冊(cè)是填寫(xiě)的相關(guān)信息；使用日志信息表，主要用于記錄用戶登錄的時(shí)間和進(jìn)行的操作。

4 燃?xì)廨啓C(jī)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

在部署Java開(kāi)發(fā)環(huán)境(JDK)之后，就可以編寫(xiě)程序，通過(guò)這些代碼可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的登錄界面，用戶可以進(jìn)行登錄和注冊(cè)操作，實(shí)現(xiàn)登錄界面如圖1所示。

圖1 登錄界面Fig.1 Login interface

用戶完成注冊(cè)后，在登錄界面輸入自己的用戶名和密碼，就可以登錄系統(tǒng)首頁(yè)，系統(tǒng)首頁(yè)在首頁(yè)左側(cè)是菜單，包括分軸燃機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)、三軸燃機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)、分軸燃機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)、三軸燃機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)和單軸燃機(jī)啟動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)五大部分，在動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)下包括燃機(jī)帶螺旋槳負(fù)載和帶發(fā)電機(jī)負(fù)載兩個(gè)選項(xiàng)，在穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)下除了帶兩種不同負(fù)載的情況，還包括燃機(jī)外特性計(jì)算。用戶根據(jù)自己的需要選擇模型進(jìn)行仿真計(jì)算，例如，選擇分軸燃機(jī)+螺旋槳負(fù)載，點(diǎn)擊菜單中的該選項(xiàng)，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置頁(yè)面，該頁(yè)面中已經(jīng)設(shè)置了默認(rèn)參數(shù)，用戶可根據(jù)需要自行設(shè)置參數(shù)，參數(shù)設(shè)置頁(yè)面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置頁(yè)面Fig.2 Parameter setting page of the system

用戶設(shè)置完參數(shù)后，可輸入要仿真的時(shí)間，計(jì)算完成后，以曲線和表格的形式呈現(xiàn)仿真結(jié)果，界面左側(cè)為依據(jù)仿真結(jié)果繪制的曲線，頁(yè)面右側(cè)為仿真結(jié)果的表格，這樣既可以直觀看到計(jì)算結(jié)果的趨勢(shì)，也可以得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，如圖3所示。

圖3 仿真結(jié)果的顯示Fig.3 The display of stimulation result

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)在Web網(wǎng)頁(yè)中實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)性能仿真實(shí)驗(yàn)的功能，在MATLAB優(yōu)秀的建模和仿真計(jì)算能力的基礎(chǔ)上，結(jié)合Java開(kāi)發(fā)網(wǎng)頁(yè)的功能，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于Web的燃?xì)廨啓C(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了Web技術(shù)和MATLAB仿真計(jì)算功能的結(jié)合。

燃?xì)廨啓C(jī)虛擬仿真平臺(tái)將Web技術(shù)與MATLAB的仿真計(jì)算功能結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)廨啓C(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化，方便了研究生對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的科學(xué)研究，豐富了高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。

[1] 費(fèi)景洲.船舶動(dòng)力技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心內(nèi)涵建設(shè)探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，31(6)：159-168.

[2] 王添財(cái).基于JavaEE的在線考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)，2014.

[3] 陳巧婷.基于Java Web的網(wǎng)上培訓(xùn)報(bào)名系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2015.

[4] 楊寶林.基于Java Web的學(xué)生成績(jī)信息管理系統(tǒng)[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2015.

Design of virtual simulation teaching platform for gas turbine based on network

WANG Zhi-tao, ZHAO Ning-bo, LI Tie-lei, LI Shu-ying

(Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Through the analysis on performance and functional requirements of gas turbine virtual simulation platform, logical and functional structure of the system is designed. Based on three-layer B/S mode, the Web interface is designed and developed by Java taking MySQL as database, Tomcat as a server application, and ActiveMQ as a message queue provider to build a Web server, and M-file is used as the interface to command MATLAB to simulate calculation of users’ requirements.

Web; Gas turbine modeling; Virtual simulation

2017-01-22

王志濤(1981-)，男，講師，博士。

TP391.9

A

1674-8646(2017)03-0062-02

項(xiàng)目資助：2016年哈爾濱工程大學(xué)研究生教改立項(xiàng)(JG2016YYB03)