耦合方法和数值方法等方面因素，以系统功能为基础首次运用模块划分的原则 方法，对新型高性能电工材料应用特性建模进行了系统设计。为了使各模块相对独立性强、数据 依赖性尽量小和数据冗余较小，利用工程模糊综合评判方法对系统的功能进行了合并，证明了系 统模块划分的科学性和正确性，为新型高性能电工材料应用特性的标准化建模奠定了重要基础。 关键词：新型高性能电工材料应用特性建模模块化 中图分类号：TM02

 

维数、工作状态、 釆用自顶向下的

i引言

 

新型高性能电工材料主要有超导体材料、超磁 致伸缩材料、磁性液体材料、电（磁）流变液、压

电（铁电）材料和磁光效应材料等，因具有优异的 性能，给电工行业带来了新的活力，在军民两用高 技术领域有着广泛的应用前景，但要使这些材料真 正应用，关键是其应用特性的建模问题。由于这些 材料的物质结构及其形成规律各不相同，其特性的 显现和变化所依赖的外界因素（激励条件）及敏感

 

程度也各异，并且其应用特性涉及电工学科与材料 学科、信息学科、机械学科等多学科领域交叉的许 多深层次内容，这就增加了应用特性建模的难度和 复杂性。为了简化应用特性建模的过程并使其具有 通用性，文献[1]提出了对新型高性能电工材料应用 特性建模实行模块化和具有自学习功能的设想。从 现有文献看，国际上还没有该方面研究成果的报道。 本文首次对新型髙性能电工材料应用特性建模采用 了模块化设计，以构建出清晰的、多层次的模块化 体系，以期为这些材料的应用提供理论依据和器件 性能仿真手段。

 

2模块化设计思想

 

模块化即综合考虑系统对象，把系统功能分解 成不同用途和性能的模块，并使之接口标准化，通 过选择不同的模块（必要时可设计部分专用模块）， 可迅速组成能够满足不同要求的一种方法，以实现 系统仿真的标准化和通用化，弥补传统建模技术在 开放性、可扩展性、可重用性和互操作性等方面的 不足。

 

模块化设计属于多目标综合优化问题，是解决 复杂问题的有效方法，其本质在于对复杂问题的分 解。目前，模块划分的方法主要有功能划分、顺序 划分、数据拟合、过程划分、时间划分和环境划分 六种方法。按功能划分是常用的一种划分方法，是 以功能分析为基础，按照一定的划分原则把复杂的 大系统分解成功能相对独立的几个子系统，分别建 立模型，然后将各个子系统再按一定的规则连接起 来，从而构成整个系统模型。按这种方法划分可使 得各子系统内部功能、信息等各方面的凝聚性较好， 即各子系统相对独立性强，子系统之间数据的依赖 性和数据冗余较小的优点。因此，本文在模块划分 时按系统的功能进行划分，这样尽管实际的系统非 常复杂，但它都是由有限类型子系统组成，并可用 一个模块描述某一类子系统或一个子系统，可达到 用少量的模块就可以包含复杂的系统要素的目的。 图表示了复杂大系统的一种模块化建模的开发过 程，对于一个具体的复杂系统，系统分解是模块化 建模的第一步，不同的模块划分方式在很大程度上 影响其后继建模、仿真的精度、仿真结果的可信度 等。对于如何合理地分解大系统，目前还没有一个 统一的、严格不变的方法，但在系统分解时可以考 虑以下原则：

 

(1)模块应具有独立的功能。

(2)模块应具有数学独立性，即数学上的相互 关联应在模块内部处理。

 

(3)相关性指模块之间是相互约束相互关联

 

的。

 

(4)模块划分必须使模块连接过程容易进行。 模块必须提供它与外界进行信息交换的边界或接 口，即是指模块在某些方面自成体系，仅仅靠有限 的接口与外界发生联系。

图模块化建模过程 

 

因此，在模块划分时要综合运用以上原则，以 得到设计良好、具有高度内聚和可维护性好的模块。

 

3功能分解

 

本文综合考虑新型高性能电工材料的应用特性 在建模过程中的各方面因素根据所建模型的线 性度、维数、工作状态、耦合方法和数值方法等进 行分类和综合研究，以功能为基础，运用模块划分 原则，采用自顶向下的方法，对高性能电工材料应 用特性进行了系统初步分解，具体情况如下，其中 仿真系统用FS表示材料，代表系统的总功能。 -FS1:材料特性 -FS2:工作特性 -FS3：数值方法 -FS11:材料性质 -FS12:模型维数 -FS21:线性度 -FS22:工作状态