儀控一層PDF數(shù)據(jù)自動(dòng)建模的仿真研究

陳 杰，張玉峰

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)作為設(shè)計(jì)及驗(yàn)證的工具，為新電站研發(fā)提供一種多樣化的驗(yàn)證手段[1]。隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)的推進(jìn)以及各項(xiàng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證任務(wù)要求的提高，設(shè)計(jì)對(duì)驗(yàn)證平臺(tái)的要求也不斷提高。這就要求驗(yàn)證平臺(tái)在處理性能、功能方便性等方面，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。本文以儀控設(shè)計(jì)圖紙為例，通過開發(fā)儀控一層PDF文件解析轉(zhuǎn)換軟件，對(duì)儀控一層PDF文件運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)，精準(zhǔn)識(shí)別圖紙組態(tài)信息，經(jīng)過自動(dòng)解析和轉(zhuǎn)換，其結(jié)果可視、可編輯匹配設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)建模軟件文件格式需求，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模功能，對(duì)比傳統(tǒng)手動(dòng)建模方式具有準(zhǔn)確、效率高的特點(diǎn)，同時(shí)也為設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)一體化提供了基礎(chǔ)。

1 儀控一層PDF文件解析轉(zhuǎn)換原理

儀控一層PDF文件的元素包含以下幾類：圖框、基本幾何形狀圖形（圓形/橢圓/矩形等）、組合框圖形、文本框、文本、標(biāo)準(zhǔn)算法模塊、標(biāo)準(zhǔn)算法模塊屬性信息、標(biāo)準(zhǔn)算法模塊之間的動(dòng)態(tài)連接關(guān)系。通過PDF數(shù)據(jù)，解析軟件讀取文件中的圖元素和參數(shù)、圖元素的位置信息以及模塊連接關(guān)系，將PDF文件重構(gòu)為設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)建模所需的MFG仿真文件，其仿真文件的尺寸大小、部件（屬性及名稱）、連線、文本（包含組態(tài)圖的文本、圖名、版本、系統(tǒng)等）均準(zhǔn)確無誤，無需在設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)中預(yù)定義；PDF文件中預(yù)定義模塊須在設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)預(yù)開發(fā)一比一的仿真算法模塊，通過名稱對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確還原，最終能根據(jù)仿真規(guī)則自動(dòng)在設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行組態(tài)仿真建模[3]。其轉(zhuǎn)換解析總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 儀控一層PDF格式數(shù)據(jù)解析總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall structure diagram of data analysis in PDF format on the first floor of I & C

2 儀控一層PDF文件數(shù)據(jù)解析轉(zhuǎn)換軟件的功能

PDF數(shù)據(jù)解析轉(zhuǎn)換軟件的功能主要包含兩個(gè)方面：第一是通過導(dǎo)入PDF文件，提取數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像識(shí)別還原并轉(zhuǎn)換PDF文件。在識(shí)別轉(zhuǎn)換的過程中，可能存在不能識(shí)別或是識(shí)別錯(cuò)誤的部分，主要的原因是PDF文件包含的預(yù)定義模塊沒有正確識(shí)別，須進(jìn)行錯(cuò)誤修正；第二是支持自定義部件功能，以下分別闡述其功能。

2.1 導(dǎo)入、識(shí)別轉(zhuǎn)換并識(shí)錯(cuò)功能

2.1.1 導(dǎo)入PDF文件

圖2 PDF顯示Fig.2 PDF Display

圖3 PDF轉(zhuǎn)換參數(shù)輸入Fig.3 PDF conversion parameter input

打開PDF數(shù)據(jù)解析轉(zhuǎn)換軟件后，點(diǎn)擊“文件-打開PDF文件”，選擇需要導(dǎo)入的PDF文件，點(diǎn)擊“打開”，PDF顯示如圖2所示。軟件界面左下角顯示導(dǎo)入PDF文件的路徑，點(diǎn)擊菜單欄“參數(shù)設(shè)置”，此時(shí)PDF轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置（如圖3所示）彈出，圖類型自動(dòng)識(shí)別為FD/SAMA，用戶根據(jù)實(shí)際需要自行輸入以下參數(shù)：系統(tǒng)名、LogicSystem、Control、Segment、起始TaskNO，“轉(zhuǎn)換范圍”默認(rèn)為“全部”，也可根據(jù)需要選擇“頁面范圍”并輸入需要轉(zhuǎn)換的邏輯圖頁碼范圍，即可完成PDF文件導(dǎo)入。

2.1.2 PDF文件識(shí)別轉(zhuǎn)換并糾錯(cuò)功能

對(duì)PDF文件進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和圖形還原，還原后的PDF圖片會(huì)直接顯示在軟件主界面中。此時(shí)，可以選擇上下翻頁來觀察還原圖像，并與原PDF文件比較是否正確，如圖4所示。

圖4 PDF圖形還原Fig.4 PDF graphic restoration

圖5 部件檢測(cè)及修正Fig.5 Component detection and correction

轉(zhuǎn)換完成后，可在軟件界面中的操作界面“設(shè)置”標(biāo)簽頁，選擇“顯示所有提取的文字”，查看文字提取完成度；選擇“顯示所有匹配的線段”，查看線段提取情況，同時(shí)也可以比對(duì)原PDF與還原PDF圖片是否一致。

在菜單欄中，點(diǎn)擊“識(shí)別與轉(zhuǎn)換”，下方顯示TagNumber檢查錯(cuò)誤輸出、軟件的識(shí)別率（包括：錯(cuò)誤識(shí)別部件數(shù)、部件總數(shù)、部件識(shí)別率、錯(cuò)誤匹配線段數(shù)、線段總數(shù)、線段識(shí)別率）。

在軟件界面的左側(cè)會(huì)將部件以樹狀圖的形式顯示，顯示方式為“序號(hào) 部件名部件_流水號(hào)”。鼠標(biāo)左鍵選中某個(gè)部件，此時(shí)被選中的部件在軟件顯示界面中會(huì)被標(biāo)識(shí)出，右側(cè)“模型”標(biāo)簽頁顯示選中部件的部件名（Name）、設(shè)備代號(hào)（TagNo）、屬性（Key）等信息。在軟件右側(cè)，可在軟件顯示區(qū)域顯示出所有識(shí)別的部件。

如前文所述，存在沒有識(shí)別或是識(shí)別錯(cuò)誤的部件，對(duì)于此類問題，在軟件左側(cè)顯示界面用同樣的顏色標(biāo)識(shí)出來，可通過修改部件屬性完成錯(cuò)誤修正，如圖5所示。

2.2 自定義部件功能

2.2.1 部件擴(kuò)展支持實(shí)現(xiàn)方式

在支持軟件定義部件庫的基礎(chǔ)上，儀控一層PDF格式數(shù)據(jù)解析軟件提供拓展更多部件庫的能力，可以自行實(shí)現(xiàn)更多的部件自定義功能。

儀控一層PDF格式數(shù)據(jù)解析軟件在完成新增部件庫模型開發(fā)后，支持?jǐn)U展部件庫，即可以通過編寫特定的C#代碼來實(shí)現(xiàn)新的部件庫增加。

2.2.2 部件庫模型開發(fā)

部件庫模型開發(fā)，包括部件模型文件與相應(yīng)匹配參數(shù)文件，其主要開發(fā)流程如下：

1）將含有新增圖庫的圖片導(dǎo)入部件匹配模型制作軟件中，對(duì)圖片進(jìn)行去除噪聲、銳化處理等操作。

2）確定模型部件外形，選擇詳細(xì)匹配參數(shù)后開始匹配。若匹配效果不佳，調(diào)整匹配參數(shù)后，再次匹配。

3）若達(dá)到匹配要求，則將其保存為模型文件，并將匹配參數(shù)按照要求保存為文本文件。

2.2.3 自定義部件庫代碼

自定義部件庫代碼的主要開發(fā)流程如下：

首先，確定該部件模型為單獨(dú)/均可用于FD/SAMA圖，在部件庫中添加該部件名稱，在相應(yīng)位置添加新“類”，命名規(guī)則為“MFG_Component”+“部件名稱”；創(chuàng)建完成后，根據(jù)類似的部件模型庫，分別創(chuàng)建相應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)，部件模型構(gòu)造函數(shù)中按要求寫入模型外包圍矩形框大小、模型引腳信息（數(shù)目、類型、位置）、相應(yīng)的靜態(tài)文字及位置、部件外形（部件左上角為原點(diǎn)）、部件屬性的個(gè)數(shù)等參數(shù)，設(shè)備代號(hào)（TagNumber）構(gòu)造函數(shù)中寫入該部件設(shè)備代號(hào)生成方法等，即可生成解決方案調(diào)試。

2.3 導(dǎo)出MFG文件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模功能

通過儀控一層PDF格式數(shù)據(jù)解析軟件，點(diǎn)擊“導(dǎo)出MFG文件”，即可在用戶指定位置生成相應(yīng)的MFG文件，MFG文件按照指定規(guī)則命名。生成的MFG文件可導(dǎo)入RinSim仿真平臺(tái)[2]，打開RinSim仿真平臺(tái)，導(dǎo)入生成的MFG文件，對(duì)文件進(jìn)行編譯、裝載鏈接，生成可執(zhí)行程序，導(dǎo)入初值文件即可開始仿真計(jì)算，至此完成自動(dòng)建模。

3 軟件的應(yīng)用

儀控一層PDF格式數(shù)據(jù)解析軟件應(yīng)用于福清5、6號(hào)（華龍一號(hào)）機(jī)組設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)的儀控系統(tǒng)自動(dòng)建模，通過自動(dòng)識(shí)別解析PDF文件，并將重構(gòu)的文件導(dǎo)入Rinsim仿真平臺(tái)，消除了手動(dòng)建模帶來的人因錯(cuò)誤，能夠極大地提高效率，此軟件的應(yīng)用較好地解決了儀控設(shè)計(jì)圖頻繁升版、模型快速迭代的需求。

4 結(jié)束語

儀控一層PDF文件解析轉(zhuǎn)換軟件可以對(duì)一層PDF文件運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)，能夠精準(zhǔn)識(shí)別圖紙組態(tài)信息，經(jīng)過自動(dòng)解析和轉(zhuǎn)換，其結(jié)果匹配設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)建模軟件文件格式需求，通過將換轉(zhuǎn)后的文件導(dǎo)入到設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)建模環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模功能，對(duì)比傳統(tǒng)手動(dòng)建模方式，具有準(zhǔn)確、效率高的特點(diǎn)。

同時(shí)，此軟件也為設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)一體化提供了基礎(chǔ)，從而使得自動(dòng)解析軟件、設(shè)計(jì)平臺(tái)及仿真平臺(tái)形成了整體，通過這個(gè)完整的體系及設(shè)計(jì)驗(yàn)證程序，可以更加方便、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與仿真地循環(huán)驗(yàn)證。