11-EFT.WP.Core.DrawingKinetics v1.0 | 第1章 目标、范围与对象模型

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第1章 目标、范围与对象模型

I. 范围与目标

1. 建立细丝牵引/拉伸过程的统一对象模型与分层口径，覆盖几何与运动学、守恒、构成、观测与计量。
2. 明确适用场景：工业连续拉伸线、实验台架验证、数值仿真与数字孪生耦合。
3. 通过标准
   • 关键量 lambda(x,t)，s(x,t)，v(x,t)，A(x,t)，rho_L(x,t)，J(x,t)，T_fil(x,t) 可量化并一致入湖。
   • 守恒门 gate.mass、单位门 check_dim(expr)、同步门 |delta_form| 达到阈值。
   • 以 schema.core.drawing/v1 发布数据与报表，可复现 Mx-1* 流程。

II. 术语与符号

1. 路径与测度：中心线 gamma(ell)，弧长坐标 ell，测度 d ell；若以欧式坐标 x 表示，约定 x = gamma(ell)。
2. 几何与运动学：lambda(x,t)（延伸比），s(x,t) = ( d/dt ) ( ln( lambda ) )（应变率），v(x,t)（牵引速度），A(x,t)（截面积）。
3. 守恒与通量：rho(x,t)（体密度），rho_L(x,t) = rho(x,t) * A(x,t)（线密度），J(x,t) = rho_L(x,t) * v(x,t)（质量通量），Q（体积/质量累计通量，按上下文声明）。
4. 张力与构成：T_fil(x,t)（张力），K_el，K_vis（构成参数）。
5. 时间与到达时：单调时基 tau_mono，发布时基 ts，映射 ts = alpha + beta * tau_mono；到达时两口径
   • T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫_{gamma(ell)} n_eff d ell )
   • T_arr = ( ∫_{gamma(ell)} ( n_eff / c_ref ) d ell )
6. 冲突名强制：T_fil 仅指张力；T_trans 仅指透射系数；n 与 n_eff 严格区分。

III. 公设与最小方程

• P11-1（纤细近似）：截面变化缓慢且径向梯度为次阶量，允许一维轴向表述；A(x,t) 与 lambda(x,t) 存在几何约束。
• P11-2（可测性）：lambda、v、T_fil 的观测映射在标定后满足线性时钟模型与单位一致。
• S12-0（运动学恒等式）：s(x,t) = ( d/dt ) ( ln( lambda(x,t) ) )。
• S12-1（连续性，线密度形式）：( d/dt ) rho_L + ( d/dell ) J = 0。
• S12-2（轴向动量一维近似，预告）：张力梯度、惯性与黏/摩项平衡将在第3章给出分域口径与项次筛选。

IV. 数据与清单口径

1. 最小对象族（schema.core.drawing/v1）
   • meta.run_id : str，meta.schema_version : str
   • time.ts : float，time.tau_mono : float，time.alpha : float，time.beta : float
   • path.gamma_param : str（如 ell），path.domain : [float,float]，path.note : str
   • geom.A : float，geom.lambda : float，kin.v : float，kin.s : float
   • cons.rho : float，cons.rho_L : float，cons.J : float
   • tension.T_fil : float，tension.params : dict
   • env.T : float，env.humidity : float（可选）
   • quality.flag : int，quality.notes : str
2. 窗口化：所有谱量以窗口能量 U_w 与等效噪声带宽 ENBW 报告；窗口定义随数据条目携带。
3. 路径口径：凡涉及积分，强制声明路径与测度如 ( ∫_{gamma(ell)} f(ell) d ell )；到达时两口径并行计算并发布 delta_form。
4. 单位与量纲：入湖前执行 check_dim(expr)；发布 unit.* 字段清单（SI 基本单位或声明换算）。

V. 算法与实现绑定

1. 接口原型（详见附录B）
   • I10-1 update_draw_state(state, bc:dict, dt:float) -> StepReport
   • I10-2 estimate_tension(lambda:float, s:float, params:dict) -> float
   • I10-3 compute_instability_metrics(state) -> dict
   • I10-4 calibrate_kinematics(trace:any, sensors:list, timebase:dict) -> CalReport
   • I10-5 emit_metrics_drawing(state) -> dict
2. 幂等与补偿：I10-1 在重复输入 state, bc, dt 时输出一致；若失败返回 E_UNSTABLE_STEP 并给出建议步长 ( dt_new < dt )。
3. 异常枚举：E_BC_INVALID，E_DIMENSION_MISMATCH，E_CONSERVATION_FAIL，E_UNSTABLE_STEP。

VI. 计量流程与运行图

1. 流程骨架：Mx-10 bootstrap -> Mx-11 timebase-geo-cal -> Mx-12 constitutive-fit -> Mx-13 conservation-check -> Mx-14 benchmark-report。
2. 关键观测点
   • 时基对齐：拟合 alpha，beta 并验证 ts = alpha + beta * tau_mono 的残差门限。
   • 几何标定：A 与标尺映射、一致性与漂移。
   • 守恒校核：对滑动窗口验证 ( d/dt ) rho_L + ( d/dell ) J ≈ 0 的残差谱。
3. 告警与回退：当 |delta_form| 超阈或 gate.mass 失配时，降低步长或回放补偿事务。

VII. 验证与测试矩阵

1. 最小必测
   • 维度与单位：所有表达通过 check_dim(expr)。
   • 运动学一致：随机段验证 s = ( d/dt ) ( ln( lambda ) ) 的数值近似误差。
   • 守恒门：eps_mass 与 eps_norm 在阈值内。
   • 到达时门：两口径差异 delta_form 发布且在阈值内（如涉及 T_arr）。
2. 边界与极端场景：高拉伸比、快速阶跃、温度扰动、夹持滑移。
3. SLO 与可观测性：以 TS.* 指标报告端到端延迟、丢包与采样抖动。

VIII. 交叉引用与依赖

• 《Core.Equations》：守恒框架与符号口径（第3章引用 S12-*）。
• 《Core.Density》《Core.Sea》：测度、时间基准与到达时两口径。
• 《Core.Metrology》：计量不确定度、窗口与谱口径。
• 《Core.Threads》：并发语义、hb、bp、SLO 与 TS.*。
• 《Core.DataSpec》：schema.* 与发布合规。
• 《Core.Errors》《Core.Parameters》：误差预算与参数标定口径。

IX. 风险、限制与开放问题

• 纤细近似的适用域：当 A 的横向梯度不可忽略时，一维模型失真需标注。
• 传感器滑移与滞后：导致 lambda 与 v 偏差，需在 quality.flag 与不确定度中披露。
• 构成非线性与温度耦合：T_fil 的非线性项与热-速率耦合将于第4章分域处理。
• 时基漂移：beta 漂移需定期重标定，否则 ts 失配累积。

X. 交付件与版本管理

1. 产出件
   • schema.core.drawing/v1 定义与样例数据集
   • 参数卡与工况卡模板（params.card，bc.card）
   • Mx-1* 流程脚本与回放记录
   • 质量门与合规报告（含 gate.mass，gate.norm，delta_form，TS.*）
2. 版本策略
   • 语义化版本 MAJOR.MINOR.PATCH；接口破坏仅在 MAJOR 升级并附迁移指南。
   • 变更记录按 ADD/MOD/FIX/PERF/SEC/DOC 分类，附兼容旗标与弃用时间线。