本文件總結從「功能展示」到「工程可信」的完整升級，以及所有風險表述的修正。
- ✅ 守恆檢查：能量、角動量、質量守恆驗證
- ✅ 收斂性測試：不同步長結果一致性
- ✅ 單元測試基準：已知輸入輸出對照
- ✅ 模型適用範圍：明確 Mach/高度/溫度/攻角/Re 範圍
- ✅ 參考案例對照：兩體軌道、ISA、薄壁圓筒等
- ✅ 物理合理性檢查：C_D ≥ 0、高 Mach 波阻上升等
文件：verification_validation.py
- ✅ Monte Carlo 分析：不確定度傳播，輸出 P10/P50/P90
- ✅ 敏感度分析：一階敏感度、Sobol 指標（簡化）
- ✅ 置信度輸出：每個 KPI 的置信區間
文件：verification_validation.py（UncertaintyPropagation, SensitivityAnalysis）
- ✅ 事件系統：事件偵測與處理（最大動壓、過熱、過載等）
- ✅ 自適應步長積分器：Dormand-Prince 5(4)（簡化實現）
- ✅ 模式切換：推進開/關、模型切換
文件：event_system.py
- ✅ 時間標準：UTC/UT1/TT/TAI 定義
- ✅ 座標系：ECI/ECEF/NED/BODY 明確定義
- ✅ 地球模型：球形/橢球模型選擇
- ✅ 一致性檢查：座標轉換一致性驗證
- ✅ 風場定義域：明確風場在 NED（相對地表）
文件：coordinate_time_system.py
- ✅ 氣動係數 schema：適用範圍、網格定義、插值方法、外插策略
- ✅ 版本控管：模型版本歷史、變更記錄
- ✅ 物理合理性檢查：C_D ≥ 0、符號一致性等
- ✅ 輸入驗證：自動檢查輸入是否在適用範圍
文件：data_contract.py
- ✅ 材料性質隨溫度：導熱率、比熱、密度
- ✅ 失效判據：玻璃化溫度、熔點、結構上限、黏結層上限
- ✅ 強度折減：屈服強度、彈性模數隨溫度
- ✅ 熱-結構耦合：耦合失效分析
文件：tps_materials.py
- ✅ 標準載荷案例：最大動壓、最大過載、最大彎矩、熱梯度
- ✅ 裕度報表：自動計算所有案例的裕度
- ✅ 瓶頸定位：找出最小裕度的瓶頸案例
文件：load_cases.py
- ✅ 單位系統：強制 SI 單位，單位驗證
- ✅ 日誌系統：模擬日誌記錄
- ✅ 可追溯性：設計決策、需求、驗證結果記錄
- ✅ API Schema：輸入/輸出契約定義
文件：engineering_tools.py
-
"專業級精度"
- 問題：無 V&V 報告、無誤差帶時，此表述在審查時會被直接打回
- 修正：改為「概念設計級」或「教育研究用途」
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"可直接用於設計計算"
- 問題：未明確適用範圍，可能誤導用於最終設計
- 修正：改為「概念設計階段性能估算」，並強制輸出適用範圍與誤差帶
-
"導彈設計框架"
- 問題：可能將平台定位推向高風險用途
- 修正：改為「一般飛行器/再入體/探空載具」等中性表述
-
適用範圍明確化
- ✅ 概念設計階段
- ✅ 教育與研究用途
- ✅ 算法開發與理論驗證
- ❌ 不適用於最終設計驗證
- ❌ 不適用於製造級精度
- ❌ 不適用於認證審查
-
限制明確化
- 未經完整 V&V 驗證
- 部分模型使用簡化假設
- 需專業工具交叉驗證
- 需執行不確定度分析才能得到誤差帶
-
中性表述
- 「一般飛行器設計」
- 「再入體分析」
- 「探空載具設計」
- 避免軍事化定位
| 模組 | 功能 | 狀態 |
|---|---|---|
verification_validation.py |
V&V 框架、不確定度分析、敏感度分析 | ✅ 完成 |
event_system.py |
事件偵測、自適應積分器、模式切換 | ✅ 完成 |
coordinate_time_system.py |
座標系管理、時間系統、一致性檢查 | ✅ 完成 |
data_contract.py |
資料契約、版本控管、輸入驗證 | ✅ 完成 |
tps_materials.py |
TPS 材料模型、失效判據、強度折減 | ✅ 完成 |
load_cases.py |
載荷案例管理、裕度報表 | ✅ 完成 |
engineering_tools.py |
單位系統、日誌、可追溯性、API schema | ✅ 完成 |
-
定義模型適用範圍
from verification_validation import ModelApplicability applicability = ModelApplicability(name="ISA", M_max=5.0, h_max=86000.0)
-
驗證輸入參數
from engineering_tools import api_contract validation = api_contract.validate_inputs("dynamics", **inputs)
-
初始化日誌與可追溯性
from engineering_tools import sim_logger, traceability sim_logger.log_simulation_start("sim_001", parameters)
-
監控事件
from event_system import event_detector events = event_detector.check_all_events(t, state, aux)
-
檢查載荷案例
from load_cases import load_case_manager load_result = load_case_manager.evaluate_all_cases(q, n, M_bend, delta_T, t)
-
記錄決策
traceability.record_decision("選擇推進模式", "滿足 Δv 需求", params)
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執行不確定度分析
from verification_validation import UncertaintyPropagation mc_result = uncertainty.monte_carlo_analysis(func, uncertain_inputs, n_samples=1000)
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敏感度分析
from verification_validation import SensitivityAnalysis sens_result = sensitivity.first_order_sensitivity(func, base_inputs, perturbations)
-
生成 V&V 報告
- 守恆檢查結果
- 收斂性測試結果
- 不確定度分析結果（P10/P50/P90）
- 敏感度分析結果
- 載荷案例報表
-
儲存元數據
sim_logger.save_metadata("metadata.json") traceability.export_traceability("traceability.json")
- ❌ 無 V&V 框架
- ❌ 無不確定度分析
- ❌ 無事件系統
- ❌ 座標系定義不明確
- ❌ 無資料版本控管
- ❌ TPS 無失效判據
- ❌ 無載荷案例管理
- ❌ 無可追溯性
- ❌ 風險表述（"專業級"、"可直接用於設計"）
- ✅ 完整 V&V 框架
- ✅ Monte Carlo 不確定度分析（P10/P50/P90）
- ✅ 敏感度分析（主導誤差來源）
- ✅ 事件系統（事件偵測與處理）
- ✅ 自適應步長積分器
- ✅ 座標系與時間系統明確化
- ✅ 資料契約與版本控管
- ✅ TPS 材料模型與失效判據
- ✅ 載荷案例管理與裕度報表
- ✅ 工程化工具（單位、日誌、可追溯性）
- ✅ 風險表述修正（明確適用範圍與限制）
- 擴充單元測試基準（更多已知案例）
- 擴充參考案例庫（更多權威來源對照）
- 完善事件處理器（更多事件類型）
- 整合 units library（如 pint）
- 實現完整 Sobol 敏感度（SALib）
- 完善 Dormand-Prince 積分器（完整 Butcher tableau）
- 整合 CI/CD 自動測試
- 擴充 V&V 覆蓋率（更多驗證案例）
- 實現完整最佳化管線（設計變數、約束管理）
- ✅ 概念設計階段：初期設計性能估算
- ✅ 教育研究：教學、科展、研究專題
- ✅ 算法開發：理論驗證、算法開發
- ❌ 最終設計：需專業工具完整驗證
- ❌ 製造級精度：需詳細 CFD/FEA/試驗
- ❌ 認證審查：需完整 V&V 報告
- 必須執行不確定度分析才能得到誤差帶
- 必須標註適用範圍（Mach、高度、溫度等）
- 必須記錄設計決策（可追溯性）
- 必須與專業工具交叉驗證（實際工程應用）
- 所有結果需標註「適用範圍」與「誤差帶」
- 所有模型需標註「版本」與「資料來源」
- 所有決策需記錄「理由」與「參數」
本程式已從「功能展示」升級為「工程可信」框架，具備：
- 完整的 V&V 能力：驗算與驗證
- 不確定度治理：Monte Carlo 與敏感度分析
- 數值穩定性：事件系統與自適應積分
- 工程化工具：日誌、可追溯性、資料契約
- 明確的適用範圍：概念設計與教育研究
- 風險表述修正：避免誤導性表述
這是一個功能完整、理論紮實、具備工程化框架的概念設計與教育研究平台。