工程计算与仿真平台

让复杂计算工具触手可及

平台能力结构

层级	主要能力	价值
模型定义层	数据模型元数据定义、字段类型与约束、分组与布局	领域知识的结构化表达，一次定义，前端自动适配
表单呈现层	模型元数据驱动的动态表单渲染、字段联动规则引擎、多语言支持	零代码生成交互界面，字段显隐/校验/联动全部声明式配置
代码生成层	FreeMarker 模板引擎、配置文件自动生成、打包下载	将表单数据转换为任意目标工具的配置文件格式
任务执行层	服务器端进程调度、SSE 实时日志推送、任务状态管理、超时与异常处理	长周期计算任务的可靠执行与实时监控
结果分析层	3D 网格可视化、2D 图表、时序动画、多方案对比	将计算结果转化为可交互的视觉分析

核心能力

模型驱动的动态表单

传统做法是前端为每一类计算工具单独开发一套表单页面，工具多了以后维护成本指数级增长。平台的做法是：后端通过元数据注解定义数据模型，包括字段类型、分组、校验规则、默认值、多语言标签，前端在运行时读取模型元数据自动渲染表单。

一个包含 100+ 字段的复杂模型从定义到可用的 Web 表单，不需要写一行前端代码。新增一类计算工具只需定义数据模型和配置模板，表单界面自动生成。

模板化代码生成

领域专家填写的结构化表单数据，通过 FreeMarker 模板引擎转换为目标工具所需的配置文件。模板定义了”表单字段如何映射到配置文件的哪些位置”，平台负责执行映射和文件打包。

一个仿真场景通常对应数十个配置文件（初始条件、边界条件、求解器参数、物理模型参数等），人工编辑极易出错。平台一次性生成全部文件，保证参数一致性和格式正确。生成的配置可以选择下载到本地使用，也可以直接在平台服务器上执行。

声明式字段规则引擎

复杂计算工具的配置参数之间通常存在大量依赖关系——选择了 A 模型，B 参数才需要填写；C 的值超过阈值，D 参数必须启用。传统做法是在前端代码中硬编码这些逻辑，每增加一条规则就要改代码。

平台提供了一套声明式的字段交互规则引擎，支持：

规则类型	说明	示例
显隐控制	字段 A 的值决定字段 B 是否可见	选择”自定义混合物”后显示组分比例输入框
启用/禁用	字段组合决定某个参数是否可编辑	选择”自适应时间步长”后禁用手动时间步长输入
自动填充	字段值变化时自动计算关联字段	输入喷孔数量后自动计算孔间距
异步动作	字段触发远程 API 调用	选择坐标系后从服务端加载该坐标系下的参数模板
初始化执行	表单加载时自动触发的规则	根据当前日期自动填充默认时间范围

规则通过后台配置，不依赖前端代码修改。新增计算工具时，领域专家和开发人员协同定义数据模型和字段规则，无需前端开发介入。

实时任务执行与监控

计算任务通常需要运行数小时甚至数天。平台通过服务器端的进程调度器启停计算任务，通过 SSE（Server-Sent Events）将任务的标准输出和错误输出实时推送到前端，让用户随时掌握运行状态和进度。

系统实时监控计算节点的 CPU、内存、磁盘和网络使用情况，异常时自动预警。支持多任务队列管理和优先级调度。

结果可视化与分析

计算结果不再是一堆文本文件和数字表格。平台内置三种可视化能力：

• 3D 可视化（基于 Three.js）：计算网格的线框和实体渲染、温度场/压力场/速度场等物理场的等值面和切片展示、流线和矢量场动画
• 2D 图表：时序曲线、散点分布、柱状对比，支持多方案叠加分析
• 时序动画：按时间步长播放物理场变化过程，直观展示瞬态特性

支持多方案对比分析——将不同参数组合的计算结果放在同一视图下对比差异，帮助工程师快速判断参数调整的方向。

数据管理与复用

能力	说明
配置快照	每次提交的参数配置自动保存为快照，支持历史版本回溯和对比
模板库	常用的参数组合保存为模板，下次直接加载修改
多媒体附件	计算结果关联的实验数据、参考图像、文档等附件统一管理
批量导出	支持 Excel、PDF、CSV 格式的数据导出

适合什么场景

任何依赖命令行工具、文本配置文件和长时间计算任务的工程或科学计算场景，都可以通过平台封装为 Web 应用。平台的适用边界不是领域，而是工具的使用方式——只要流程是”填写参数 → 生成配置文件 → 执行计算 → 分析结果”，就适合封装。

已有实践经验

平台已在内燃机燃烧系统仿真领域完成首次落地，覆盖以下计算场景：

场景	封装内容	典型复杂度
喷雾混合仿真	OpenFOAM Lagrangian 喷雾求解器的参数配置与执行	100+ 可配置字段，30+ 配置文件
湍流燃烧模拟	高精度湍流燃烧模型的选择与参数配置	多组分化学反应机理文件对接
气道性能预测	基于回归模型的气道参数预测	客户端侧回归计算，配置快照
燃烧室结构优化	神经网络辅助的燃烧室参数优化	ML 模型与仿真工具的联动

每个场景从传统的手工编辑配置文件到 Web 端可操作，配置效率提升显著，参数错误率大幅降低。平台已被天津大学机械工程学院用于科研团队的日常仿真工作。

建设边界

平台解决的是”用”的问题，不是”算”的问题。计算工具本身（OpenFOAM、自定义求解器等）由客户提供或开源获取，平台负责降低使用门槛。涉及网格生成、几何建模、结果自动解读等能力时，通过接口与专业工具协同，而非自研替代。

可以如何开始

试点周期通常在 2-4 周内完成第一个计算工具的封装并跑通首个真实案例。