桌面仿真工具开发与协作工作流指南

来源：轴向磁拉力仿真 GUI 项目（Motor-CAD + PyQt5 + PyInstaller）适用：任何需要"科学计算内核 + 桌面 GUI + 打包 exe + Git 协作"的工程项目日期：2026-08-27

一、项目纪律（先立规矩再干活）

纪律	具体做法	为什么
运行前 commit	每次启动仿真/打包前 `git add -A && git commit`	仿真可能改坏模型/脚本，可随时回退
生成物不入库	`output/`, `build/`, `dist/`, `.log`, `.spec` 写入 `.gitignore`	二进制/临时文件膨胀仓库，diff 无意义
版本化不覆盖	报告/结果文件名带版本号 V1/V2，旧版保留	出新版可回溯对比，避免误删
时间戳记录	结果文件名含 `MMDD_HHMMSS`，对话/决策记入 `CONVERSATION_LOG.md`	跨机器复现、追溯"什么时候改了什么"
原始文件只读	原始模型/数据文件不修改，操作在时间戳副本上进行	保护输入数据完整性

`.gitignore` 模板

# 生成物
output/
build/
dist/
*.log
*.spec
__pycache__/
*.pyc

二、如何跑仿真（Motor-CAD + PyMotorCAD）

2.1 环境要求

项	要求
系统	Windows（Motor-CAD 仅 Windows）
Motor-CAD	2026R1 (v261)，安装路径如 `D:\Program Files\ANSYS Inc\v261\motorcad\`
Python	≥ 3.10，`pip install ansys-motorcad-core`
许可证	FlexNet `ANSYSLMD_LICENSE_FILE=1055@localhost`，lmgrd + ansyslmd 都必须在跑

2.2 环境变量陷阱（AI 工具 shell 常踩）

非登录 shell（Kimi/Cursor/豆包等）可能不继承机器级环境变量，导致：

MOTORCAD_ACTIVEX 为空 → pymotorcad 找不到 Motor-CAD
ANSYSLMD_LICENSE_FILE 为空 → Motor-CAD 启动后 ~30s 静默退出，报 psutil.NoSuchProcess

解决：运行前 inline 设置，或脚本内回退：

import os
if not os.environ.get("MOTORCAD_ACTIVEX"):
    from ansys.motorcad.core import set_motorcad_exe
    set_motorcad_exe(r"D:\Program Files\ANSYS Inc\v261\motorcad\MotorCAD.exe")

2.3 核心方法：AFM 轴向力的唯一数据口

Motor-CAD 对轴向磁通电机 (AFM) 的轴向力没有输出变量、没有 2D 图、帮助文档无记录。唯一入口：

mc.get_magnetic_3d_graph_point(graph_name, section, node, timestep)
# graph_name ∈ {Fr|Ft}_{Rotor|Stator}_{OL|OC}_Lumped

Fr（法向力）= 轴向力（AFM 2.5D 展开模型沿用径向机命名）
Ft = 切向力（可由 Σ(Ft×r) 交叉核对转矩）
OL=负载, OC=空载 —— 一次求解两者全出

求解前必须开开关（默认关）：

mc.set_variable("ElectromagneticForcesCalc_Load", True)
mc.set_variable("ElectromagneticForcesCalc_OC", True)

节点首尾 0°/360° 重复，求和须去重：if x[-1]-x[0]==360: 丢末点
净力 = 对全部去重节点求和 + 对全部径向切片求和

2.4 .mot 参数语义陷阱（AFM 模板易错）

参数	正确语义	常见误读
`Magnet_Length`	磁钢轴向厚度	以为是长度
`Magnet_Thickness`	磁钢环径向深度 = (D_out−D_in)/2	以为是厚度
`CurrentDefinition=1`	RMS 口径 → 改电流设 `RMSCurrent`	改 `PeakCurrent` 无效且不报错
`Magnet_Temperature`	默认 100°C 热态	以为是常温 20°C
`Pole_Arc`	某些转子类型不生效	以为是极弧
极弧实际参数	`Magnet_Arc_[ED]`（电角度）	—

2.5 前台运行 + 窗口可见性

mc = MotorCAD()          # 前台启动（非 /SCRIPTING 隐藏模式）
mc.set_visible(True)     # 关键：/SCRIPTING 模式默认主窗口隐藏，任务栏有图标点不开

实测：/SCRIPTING 模式下 Motor-CAD 主窗口 IsWindowVisible=False，任务栏图标是坐标 (−32000,−32000) 的代理窗口。set_visible(True) 后正常显示。这是双机通用的默认行为，不是个别机器问题。

2.6 三判据验证（全过才采信结果）

作用-反作用：定/转子合力反号，偏差 < 5%
转矩交叉：Σ(Ft×r) vs 转矩图，偏差 < 10%
解析量级：F ≈ A·mean(B²)/(2μ₀) 与 FEA 同量级（解析偏高 ~1.4× 属正常）

2.7 仿真脚本标准结构

# 1. 启动 Motor-CAD（set_visible 兜底）
# 2. load_from_file(原始.mot) → save_to_file(时间戳副本.mot)
# 3. set_variable 设置工况（RMSCurrent/ShaftSpeed/Airgap/Magnet_Temperature）
# 4. 开力计算开关
# 5. do_magnetic_calculation()  (~90-150s)
# 6. 读 3D 力图 → 节点去重 → 切片求和 → 净力时间序列
# 7. 三判据计算
# 8. 输出 JSON + CSV（output/ 目录，不入库）
# 9. finally: keep_open? 保持打开 : mc.quit()

三、如何做 exe 应用（PyQt5 + PyInstaller）

3.1 技术选型

层	选择	理由
GUI 框架	PyQt5	成熟稳定、控件丰富、QSS 样式表强大、工业软件风
打包	PyInstaller `--onefile --windowed`	单 exe 双击即用、无控制台黑窗
计算核心	独立 `solver.py`	与 GUI 解耦，可单独测试/复用
GUI 主程序	`main.py`	仅负责界面 + 线程调度 + 信号槽

3.2 代码结构（关键：计算与界面分离）

project/
├── solver.py          # 计算核心：纯函数/类，无 GUI 依赖，可单元测试
├── main.py            # PyQt5 GUI：参数面板 + 日志 + 结果展示 + 线程
├── requirements.txt   # PyQt5, ansys-motorcad-core, pyinstaller
├── build.bat          # 一键打包脚本
└── dist/
    └── AppName.exe    # 生成物（不入库）

3.3 后台线程模式（避免 GUI 卡死）

仿真耗时 ~2 分钟，必须在子线程运行，否则 GUI 冻结：

class SolverWorker(QObject):
    log = pyqtSignal(str)           # 实时日志
    result = pyqtSignal(dict)       # 结果数据
    finished = pyqtSignal()
    error = pyqtSignal(str)

    def run(self):
        try:
            from solver import Solver
            s = Solver(..., log_cb=lambda m: self.log.emit(m))
            r = s.run_single()
            self.result.emit(r)
        except Exception as e:
            self.error.emit(traceback.format_exc())
        finally:
            self.finished.emit()

# GUI 中启动
self.thread = QThread()
self.worker = SolverWorker(params)
self.worker.moveToThread(self.thread)
self.thread.started.connect(self.worker.run)
self.worker.log.connect(self._append_log)
self.worker.result.connect(self._on_result)
self.worker.finished.connect(self.thread.quit)
self.worker.finished.connect(self.worker.deleteLater)
self.thread.finished.connect(self.thread.deleteLater)
self.thread.start()

3.4 打包命令

pyinstaller --onefile --windowed --name AppName ^
  --hidden-import solver ^
  --collect-submodules ansys ^
  main.py

--onefile：单 exe（启动时解压到临时目录，首次 ~3-5s）
--windowed：无控制台窗口
--hidden-import solver：solver.py 是动态导入，需显式声明
--collect-submodules ansys：pymotorcad 子模块多，确保全部收集

3.5 闪退防护（5 层，缺一不可）

打包成 --windowed 后，任何未捕获异常都会导致静默闪退（无控制台可看）。必须层层防护：

层	防护	代码
1	全局异常钩子	`sys.excepthook = custom_handler`（写日志文件 + 弹窗）
2	禁止末窗退出	`app.setQuitOnLastWindowClosed(False)`
3	数据安全访问	所有 dict 访问用 `(d.get(k) or {}).get(k2)`，禁止链式 `.get().get()`
4	槽函数 try-except	每个 `_on_xxx` 信号槽包裹 try-except，异常写日志不抛出
5	计算对象 keepalive	全局变量持有 MotorCAD 等长生命周期对象，防止 GC 时连带关闭子进程

全局异常钩子模板：

def _excepthook(exc_type, exc_value, exc_tb):
    import traceback, time
    msg = "".join(traceback.format_exception(exc_type, exc_value, exc_tb))
    with open(os.path.expanduser("~/app_error.log"), "a", encoding="utf-8") as f:
        f.write("\n=== %s ===\n%s" % (time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"), msg))
    QMessageBox.critical(None, "程序异常", str(exc_value))
sys.excepthook = _excepthook

线程清理防竞态：

def _on_finished(self):
    # 不要立即 self.worker = None / self.thread = None
    # 用 QTimer 延迟清理，避免与 deleteLater 竞态
    QTimer.singleShot(100, lambda: setattr(self, 'worker', None))
    QTimer.singleShot(100, lambda: setattr(self, 'thread', None))

3.6 打包后验证清单

双击 exe，8 秒内不崩溃 → 基本初始化 OK
跑一次完整仿真 → 确认不闪退、结果正常显示
测试边界情况（空结果、部分字段缺失）→ 确认优雅降级
检查 ~/app_error.log 是否有未捕获异常

四、GUI 外观风格要求（现代工业软件风）

4.1 设计原则

参考 ANSYS、JetBrains IDE、VS Code 的工业工具风格：

简洁：无多余装饰，信息层级清晰
比例得当：字体大小、间距、卡片尺寸协调
功能优先：结果数据醒目，操作路径短
无动画：工程工具不需要花哨动效

4.2 配色方案

角色	色值	用途
背景	`#eef1f5`	主窗口浅灰蓝
卡片/面板	`#ffffff`	分组容器
边框	`#e2e8f0`	卡片/输入框边框
强调色	`#2563eb`	按钮、选中态、链接
主文字	`#1e293b`	标题、重要数值
次文字	`#64748b`	标签、说明
弱文字	`#94a3b8`	占位符、辅助信息
成功	`#16a34a`	通过判据、完成状态
警告	`#d97706`	运行中、警告
错误	`#dc2626`	失败、错误
信息	`#7c3aed`	文件路径、解析值

4.3 字体比例

元素	字号	字重
全局基础	10pt	Regular
分组标题	11pt	600
输入框/按钮	10pt	600（按钮）
结果大数字	22pt	700
结果单位	11pt	Regular
结果标签	9pt	500，字间距 1px
日志	9.5pt	Consolas 等宽
状态栏	9.5pt	Regular

关键：结果数字用大字号（20-24pt），让用户一眼看到核心数据；标签用小字号弱化为辅助信息。

4.4 布局规范

卡片圆角 6-8px，边框 1px #e2e8f0
卡片内边距 14-16px
控件间距 8-10px
输入框最小高度 22px，圆角 6px
按钮最小高度 38-42px（主操作按钮），圆角 6px
左右分栏：左侧参数面板固定宽 380-400px，右侧结果+日志自适应
结果区在上（优先展示），日志区在下（辅助信息）

4.5 结果卡片设计

┌─────────────────────┐
│ 空载净轴向力          │  ← 9pt 弱色标签
│ 342.9  N             │  ← 22pt 粗体数字 + 11pt 单位
└─────────────────────┘

白色卡片，圆角 10px，边框 1px
数字与单位水平排列，单位弱色
成功/不同工况用不同颜色区分数字

4.6 日志区美化（拒绝大黑框）

浅色终端风：背景 #f8fafc，文字 #334155
等宽字体 Consolas/Cascadia Code，行高 1.5
彩色分级（HTML 格式 QTextEdit）：
- 结论/成功 → 绿色 #16a34a
- 错误 → 红色 #dc2626
- 警告 → 橙色 #d97706
- 提示 → 蓝色 #2563eb
- 阶段标题 → 深灰加粗 #475569
- 文件路径 → 紫色 #7c3aed
圆角边框，内边距 10px

4.7 状态栏

底部状态栏，深色背景 #1e293b，浅色文字
左侧：运行状态（就绪 / ● 运行中 / ✓ 完成 / ✗ 出错），颜色区分
右侧：总耗时等永久信息

4.8 QSS 样式表要点

app.setStyle("Fusion")   # 基础风格，再叠加 QSS
app.setStyleSheet("""
    QGroupBox { background: #fff; border: 1px solid #e2e8f0; border-radius: 8px;
                margin-top: 16px; padding-top: 14px; font-weight: 600; font-size: 11pt; }
    QGroupBox::title { subcontrol-origin: margin; left: 14px; padding: 0 8px; background: #fff; }
    QPushButton { padding: 8px 20px; border-radius: 6px; background: #2563eb; color: #fff;
                  border: 1px solid #2563eb; font-weight: 600; }
    QPushButton:hover { background: #1d4ed8; }
    QPushButton:disabled { background: #94a3b8; border-color: #94a3b8; }
    QLineEdit, QDoubleSpinBox, QSpinBox { padding: 6px 10px; border: 1px solid #cbd5e1;
                                          border-radius: 6px; background: #f8fafc; }
    QLineEdit:focus { border-color: #2563eb; background: #fff; }
    QTextEdit#logView { background: #f8fafc; color: #334155; border: 1px solid #e2e8f0;
                        border-radius: 8px; padding: 10px; }
    QStatusBar { background: #1e293b; color: #e2e8f0; }
    QScrollBar:vertical { width: 10px; background: #f1f5f9; }
    QScrollBar::handle:vertical { background: #cbd5e1; border-radius: 5px; }
""")

五、Git 协作流程

5.1 Pull 最新程序

# 1. 先看本地状态，确保无未提交改动
git status

# 2. 拉取
git pull origin master

# 3. 如果有冲突 → 手动解决后 git add + git commit
# 4. 确认同步
git status -sb   # 应显示 ## master...origin/master（无 ahead/behind）

Pull 前检查清单：

工作区是否干净？有未提交改动先 commit 或 stash
当前在哪个分支？git branch
远程地址对不对？git remote -v

5.2 推送更新

# 1. 确保本地已 commit
git add -A
git commit -m "描述: 做了什么, 为什么"

# 2. 先 pull 避免冲突（别人可能也推了）
git pull origin master

# 3. 再 push
git push origin master

# 4. 确认
git log --oneline -3
git status -sb

5.3 Commit 信息规范

<类型>: <简明描述>

类型可选:
  新增  - 新功能/新文件
  修复  - bug 修复
  文档  - 文档/说明更新
  重构  - 代码重构，功能不变
  结果  - 仿真结果/数据
  打包  - exe 打包相关
  合并  - merge

示例:
  修复: 仿真完成后GUI闪退 - None安全访问+全局异常钩子
  新增: PyQt5桌面GUI - 参数面板+结果卡片+彩色日志
  文档: README补充exe不入库原因

5.4 常见问题

现象	原因	解决
`push rejected`	远程有新提交，本地落后	先 `git pull`，解决冲突后再 push
`merge conflict`	同一文件同一行被两边修改	手动编辑冲突文件 → `git add` → `git commit`
PowerShell 中 git push 报 exit code 1	git 把进度信息写 stderr，PS 误判为错误	看 stdout 是否有 `branch -> branch`，有就是成功了
大文件 push 慢/失败	exe/二进制入库了	加入 `.gitignore`，`git rm --cached` 移除追踪

5.5 二进制交付物处理

exe 不入库（40MB+ 二进制，git diff 无意义，仓库膨胀快）
源码 + build.bat 入库，同事可自行打包
交付 exe 时：直接传文件 / 放网盘 / Release 页面
在 README 中明确说明"为什么仓库没有 exe"以及"如何自行打包"

六、排查速查表

现象	可能原因	排查方向
Motor-CAD 启动后 30s 退出	许可证 ansyslmd 未运行	检查 ANSYS License Management Center
pymotorcad 报 NoSuchProcess	同上，或环境变量未继承	inline export 两个环境变量
力结果全为 0/空	力计算开关未开	确认 `ElectromagneticForcesCalc_Load/OC=True`
改电流无效	CurrentDefinition=1 时改了 PeakCurrent	改 `RMSCurrent`
力值比预期小很多	磁钢温度 100°C vs 报告 20°C	F∝Br²，按温度系数折算
GUI 点运行后卡死	仿真在主线程跑了	必须用 QThread 子线程
exe 双击闪退	未捕获异常 + windowed 模式	加全局 excepthook，查 `~/app_error.log`
exe 运行正常但结果不显示	结果处理函数中 None 访问异常	所有 dict 访问加 `or {}` 安全兜底
Motor-CAD 窗口看不见	/SCRIPTING 模式默认隐藏	`mc.set_visible(True)`
打包后缺模块	动态导入未被 PyInstaller 发现	加 `--hidden-import` / `--collect-submodules`

七、新项目快速启动清单

初始化 git 仓库，写 .gitignore
写 AGENTS.md / README.md（项目说明 + 纪律 + 快速开始）
确认计算环境（软件版本、许可证、Python 包）
先写计算核心脚本（无 GUI），跑通并验证数值
建立结果验证判据（三判据或等效方法）
提取计算逻辑为 solver.py（可独立调用）
写 PyQt5 GUI（参数面板 + 日志 + 结果卡片 + 子线程）
加 5 层闪退防护
开发模式测试 → 边界测试 → 打包 exe 测试
写 build.bat + requirements.txt + 使用说明
commit → 同事 review → push
对话/决策记录入 CONVERSATION_LOG.md

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