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# 后端接口版本与定义规范 v1
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修订日期：2026-09-12；核对代码基线：`22579e5`。本版按代码补齐存储/执行、表达式、流式结果、浏览器保存和任务生命周期边界。
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本文统一说明 SystemSimulationApp 后端的接口边界、版本编号和事实来源。规范版本为
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`1.2.0`。这个编号只表示本文档自身的修订版本，不等同于 HTTP API、System XML、
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组件目录或单个模型的版本。
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## 1. 当前版本基线
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后端没有一个可以替代所有子版本的“总版本号”。调用方必须按所使用的数据合同读取
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对应版本：
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| 版本轴 | 当前值 | 作用范围 | 机器可读事实来源 |
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| HTTP API | 未版本化 | `/api/...` 路由、请求和响应 | `app/main.py`、FastAPI OpenAPI |
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| 后端应用发布版本 | 未定义 | 整个后端部署产物 | 当前没有包元数据或运行时常量 |
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| 组件目录 Schema | `1` | `GET /api/components/catalog` | `schemas/component-catalog-v1.schema.json` |
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| System XML Schema | `3` | XML 校验、编译和仿真输入 | `schemas/system-simulation-v3.xsd` |
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| 组件库版本 | 各库独立 | 一个组件库的发布边界 | 各库 `library.py` 的 `version` |
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| 模型合同版本 | 各模型独立 | 单个 `MODEL_TYPE` 的物理和数据合同 | 模型类的 `MODEL_VERSION` |
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| ReactFlow 工程 JSON | `2`（兼容读 `1`） | 编辑器存档 | `projectSchemaVersion`、`ReactFlowProjectPayload` 和前端读取代码 |
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| 结果文件格式 | `1` | 前端导入、导出的结果快照 | `SimulationResultsView.tsx` |
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因此，`schemaVersion=3` 只能说明文件是 System XML v3，不能说明“后端 API 是
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v3”；`MODEL_VERSION=0.2.0` 也只描述对应模型合同。
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FastAPI 自动生成的 OpenAPI 当前可能显示默认 `info.version=0.1.0`；后端没有显式
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声明这个值，因此它不是正式 API 或应用发布版本。
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## 2. 事实来源和优先级
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接口定义冲突时，按以下优先级处理：
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1. 可执行代码和机器可读 Schema；
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2. 自动化合同测试；
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3. 当前版本规范文档；
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4. 示例、调研记录和历史说明。
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各类合同的唯一事实来源如下：
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| 合同 | 唯一事实来源 |
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| 公开模型类型和版本 | 模型类的 `MODEL_TYPE`、`MODEL_VERSION` |
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| 端口物理合同 | 模型类的 `PORTS` 和 `app/simulation/core/ports.py` |
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| 参数、结果及单位 | 模型类的 `PARAMETERS`、`RESULT_VARIABLES` |
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| 组件库及分类 | 各库 `library.py` |
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| 组件目录 JSON | `build_component_catalog()` 与目录 JSON Schema |
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| System XML | v3 XSD、`app/system_xml.py` |
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| 网络最终连接检查 | `SimulationNetwork.connect()` |
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| HTTP 路由和请求模型 | `app/main.py` |
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前端兜底目录、画布布局和示例 XML 不能反向定义后端物理合同。
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## 3. 组件接口合同
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每个公开组件必须显式声明：
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```python
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MODEL_TYPE = "example_component"
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MODEL_VERSION = "1.0.0"
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PORTS = (...)
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PARAMETERS = (...)
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RESULT_VARIABLES = (...)
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DISPLAY = ...
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```
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并提供统一的 `create()` 入口。各字段含义如下：
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- `MODEL_TYPE` 是工程、XML、目录和结果元数据共同使用的稳定机器标识；
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- `MODEL_VERSION` 使用 `主版本.次版本.修订版本`；
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- `PORTS` 定义端口名称、种类、物理域、名义角色、变量和连接规则；
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- `PARAMETERS` 定义 SI 单位、默认值、范围和离散选项；
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- `RESULT_VARIABLES` 定义结构化结果元数据；
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- `DISPLAY` 中图形、布局、分组不定义物理方程；但 `role="amesimGasMediumDefinition"` 已用于前端及 XML 介质引用检查。网络构造还依据 `AmesimGasMediumDefinitionComponent` 的继承关系识别介质定义，不能只加 role 就得到介质能力。
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物理流变量统一以进入组件为正。物理连接的两个端点无方向；信号方向由注册端口的
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`output/input` 合同决定。
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## 4. 组件目录接口
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`GET /api/components/catalog` 返回组件库、分类和模型合同。响应顶层必须为：
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```json
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{
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"schemaVersion": 1,
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"libraries": []
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}
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```
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目录结构由 `schemas/component-catalog-v1.schema.json` 约束。库必须携带
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`version`，模型必须携带 `modelVersion`。目录 Schema 的整数版本只描述目录 JSON
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结构；库和模型版本仍分别使用三段式版本号。
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当前三段版本只接受 `数字.数字.数字`，不接受 prerelease 或 build metadata，不能直接
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等同于完整 SemVer 实现。目录 Schema 对对象使用 `additionalProperties=false`，因此
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新增字段也必须先评估严格消费者，不能只因字段可选就默认兼容。
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目录响应是前端生成组件面板、参数编辑器和端口快照的来源。修改响应结构时必须同时
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更新 JSON Schema、前端解析和合同测试。
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## 5. System XML v3
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System XML v3 是当前唯一支持的 XML 求解输入。根元素固定使用：
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```xml
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<System schemaVersion="3" unitSystem="SI">
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```
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每个组件必须包含 `id`、`type`、`modelVersion` 和完整 SI 参数；连接只包含两个
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`Endpoint(component, port)`。端口合同由 `type + port` 从注册表恢复，XML 不保存
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端口快照和画布布局。
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`modelVersion` 必须与当前注册模型完全一致。版本不一致时返回
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`COMPONENT_MODEL_VERSION_MISMATCH`，不会静默使用当前模型解释旧输入。完整结构见
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`docs/standard/system-xml-v3.md` 和 `schemas/system-simulation-v3.xsd`。
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## 6. HTTP API
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FastAPI 当前直接注册未版本化的 `/api/...` 路由，没有 `/api/v1` 命名空间，也没有
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运行时 `apiVersion`。主要业务接口如下：
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| 方法与路径 | 请求合同 | 响应合同 |
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| --- | --- | --- |
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| `GET /api/components/catalog` | 无 | 组件目录 JSON v1 |
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| `GET /api/reactflow/projects` | 无 | 已保存工程摘要列表 |
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| `GET /api/reactflow/projects/{id}` | 工程 ID | 经 Pydantic 存储结构检查的原始 JSON；不保证可执行或可被浏览器导入 |
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| `POST /api/reactflow/projects/{id}` | `ReactFlowProjectPayload` | 保存摘要 |
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| `POST /api/reactflow/system-xml` | `ReactFlowProjectPayload` | `application/xml`，System XML v3 |
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| `POST /api/reactflow/compile-model` | `ReactFlowProjectPayload` | 网络结构 JSON；不生成或编译 C |
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| `POST /api/system-xml/validate` | 原始 XML v3 | 三层校验报告 |
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| `POST /api/system-xml/parse` | 原始 XML v3 | 规范化执行模型 |
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| `POST /api/system-xml/compile-model` | 原始 XML v3 | 校验报告、设置和网络；不生成或编译 C |
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| `POST /api/system-xml/simulate` | 原始 XML v3 | 同步仿真结果 |
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| `POST /api/system-xml/simulate-stream` | 原始 XML v3 | `application/x-ndjson` 事件流 |
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| `GET /api/system-xml/simulations/{id}` | 路径 ID | 任务快照 |
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| `POST /api/system-xml/simulations/{id}/cancel` | 取消原因 JSON | 取消受理状态 |
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| `POST /api/simulation-results/csv` | 结构化结果 JSON | UTF-8 CSV 附件 |
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两个固定算例接口 `simulate-testmodel` 和 `simulate-test-mql` 仍属于测试/基线能力，不能
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视为任意拓扑仿真合同。
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FastAPI 会生成 `/openapi.json`、`/docs` 和 `/redoc`。Pydantic JSON 请求体能够进入
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OpenAPI，但当前多数 JSON 响应仍以 `dict[str, object]` 构造，XML、CSV 和 NDJSON
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也使用原始响应类型。因此 OpenAPI 目前不是完整的响应合同；代码、Schema 和合同测试
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仍是必要依据。
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### 6.1 工程存储与执行入口
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`ReactFlowProjectPayload` 顶层禁止未知字段，节点 data 和边 data 保留额外编辑元数据。存储不等同于执行校验：可保留缺失/不同的组件版本供查看。浏览器要求有效布局、端口对象与 `data.isContactEdge`；信号端口 `positiveFlowDirection: null` 仍应省略，这部分精简规则未改。
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**工程 JSON v2**：参数数值、十进制数字字符串、数学表达式，全部按 `parameterUnits[name]` 指定的单位解释；缺省使用目录 SI 单位。缺失参数采用目录 SI 默认值，不随显示单位二次换算。例如单位选 `bar` 时，`2.5`、`"2.5"`、`"=2.5"`、`"2+0.5"` 均得到 `250000 Pa`。温度使用仿射换算，`20 degC = 293.15 K`；压力是绝压，不添加大气压偏移。
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**旧工程 JSON v1**：为保持已有模型物理输入不变，普通数值/十进制数字字符串仍按 SI，表达式按显示单位解释。不可只把版本号 1 改成 2。旧文件和旧浏览器存档继续兼容读取并提示旧规则；后续手动保存、自动保存和 JSON 导出共用转换逻辑，将 SI 数字转换回所选单位，写出 v2。若某参数经过显示单位往返会改变浮点末位，则该参数改用 SI 单位保存，保持求解输入逐值精确不变；JSON 导出会报告此类参数数量。只有编辑器内存与结果快照继续使用内部 v1/SI 数字表示。不能转换的未知组件、参数或单位会使保存/导出明确失败：保留编辑器数据和此前的有效浏览器存档，不写出伪 v2，不自动下载旧格式文件；修复后再保存。
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| 入口 | 输入处理 | 数值执行边界 |
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| 网页参数面板与 JSON v2 | 数值与表达式均使用所选单位；导出 XML 前求值 | 完整、有限 SI 数值和当前模型版本 |
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| HTTP JSON→XML / compile-model | `prepare_project()` 共享表达式解析和单位换算，返回版本警告 | 严格数值化后调用原 XML/网络构造器 |
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| 原生 CLI JSON 输入 | 与 HTTP 复用 `prepare_project()`，警告写入 stderr | 同上；XML 输入仍不允许表达式 |
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| XML / 内部数值构造器 / C | 不接收显示单位或表达式；数字字符串也应在输入适配层转为数字 | 仅有限 SI 数值；版本与端口/参数合同严格校验 |
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语法统一为有界算术 `+ - * / ^ **`、括号、科学计数法、常量 `pi/e`（不区分大小写）及函数 `sqrt abs sin cos tan asin acos atan exp ln log log10 min max pow`。幂右结合，`-2^2=-4`；`ln/log` 均是自然对数。最多 512 字符、256 词元/运算、32 层嵌套、16 个函数参数；禁止代码执行、未知变量、除零和非有限结果。离散编辑器参数只允许合法数值选项，不接受表达式。仿真时间设置同样可输入表达式，单位固定 s。
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组件版本检查使用当前目录内存索引，导入时集中提示；运行/生成 XML 时再次警告，单纯版本不同或缺失不阻止执行。组件缺失、类型冲突、端口不兼容、未知参数、非法数值仍阻止执行。浏览器导出 JSON 时，只有通过组件兼容与参数校验的节点更新为当前版本；未通过者保留原版本。该过程不是旧方程的复现，也不能证明物理语义兼容，警告须明确可能失败或结果与实际不符。
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HTTP XML 导出在 `X-Component-Version-Warnings` 返回 URL 编码 JSON（代码、说明、总数、最多前 10 个组件，头部限制 3800 字节）；compile-model 在响应 `warnings` 中返回完整清单。没有版本差异时无需该响应头。
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参数单位换算表唯一来源为 [`schemas/parameter-units.json`](../../schemas/parameter-units.json)，网页和 Python 共用；表达式语法用跨语言同一组用例验收。
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### 6.2 流式结果、保存与 CSV
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C 程序把结果写为 JSON。数值数组使用 Ryu 的 binary64 往返编码，结合缓冲写出；流式路径附带字节索引，Python 读取较小元数据并直接拼接 series 字节，避免将全部曲线转成 Python 浮点列表再编码。HTTP 数据仍是普通 JSON 数组，没有改成二进制数组协议。
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`simulate-stream` 的心跳是带 `heartbeat: true` 的 `event="progress"`，队列无消息时约每 5 秒发送；最终事件为 `result` 或 `error`。一个 NDJSON 事件可能分成多段字节 yield，消费者须按换行组装，不能按 HTTP chunk 一段一对象处理。同步 `/simulate` 默认仍物化完整曲线；任务 GET 遇到保留的原生 series 会以分段 JSON 返回，外部对象结构相同。
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正式网页在接收和解析后将结果交给界面，`resultPersistence.ts` 再异步把曲线打包为 Float64Array 写入 IndexedDB，事务完成后才发布 sessionStorage 指针。因此“结果可查看”“浏览器持久化完成”和“下载文件保存”是不同事件。`.simresult` 仍通过 JSON 编码保存；不能把数值往返精度等同于所有导出文本逐字节一致。
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网页 CSV 由 `resultCsvExport.ts` 向 Web Worker 分块传输数据并生成 Blob，默认不调用仍保留的 `/api/simulation-results/csv`。列顺序来自结果元数据，数值使用原始 SI，与图表显示单位分开；后端 CSV 接口为另一个可用入口。普通网页只能知道已生成 Blob/触发下载，无法通用地确认操作系统已将文件落盘，自动化测量需要额外下载完成信号。
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### 6.3 任务生命周期
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流式接口接受可选 `X-Simulation-Id`，省略时生成 ID，并在响应头返回。状态、取消标志与最终结果保存在当前 Python 进程内存中；服务重启即丢失，不是持久任务队列。终态任务超过 600 秒后，在注册新任务时清理，不是精确到时删除。取消 reason 为 `user/stalled`，断开事件流会请求 `stalled` 取消。
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原生执行默认超时 300 秒；C 可返回部分结果，进程超过时限再加 5 秒，或收到取消后 5 秒仍未退出，Python 才强制结束并报错。不能把所有取消都承诺为立即终止且一定有完整结果文件。
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## 7. 数据命名、单位和错误
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- XML 属性和目录 JSON 主要使用 `camelCase`；
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- ReactFlow 仿真设置保留现有 `t_start/t_stop/step/max_step` 名称；
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- 不允许调用方自行猜测或转换字段命名；
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- XML 和求解参数统一使用 SI 基准值；
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- 实例 ID 和机器标识必须稳定，显示名称不能代替机器标识。
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System XML 校验问题统一包含：
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```json
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{
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"severity": "error",
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"layer": "semantic",
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"code": "ENDPOINT_PORT_UNKNOWN",
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"message": "...",
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"path": "...",
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"line": 1
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}
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```
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其中 `severity/layer/code/message` 是核心字段，`path/line` 可选。同步 HTTP 错误目前既
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可能是 FastAPI 字符串 `detail`，也可能是带 `message/issues/diagnostics` 的结构化
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`detail`；流式接口则使用 `event=error` 的 NDJSON 事件。统一错误响应模型尚未实现，
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调用方必须同时处理这三种现有形状。
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## 8. 版本变更规则
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### 8.1 模型和组件库
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- 修订版本：修复实现，不改变输入、端口和结果合同；
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- 次版本：向后兼容地增加有默认值的参数、结果或能力；
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- 主版本：删除或改名端口/参数，或者改变既有物理语义。
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修改 `MODEL_TYPE` 视为新模型，不得用原标识承载不兼容合同。
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以上版本含义用于分类变更影响；当前 System XML v3 对 `modelVersion` 执行完整字符串
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精确匹配。因此即使只是修订或次版本变化，旧 XML 也会被拒绝，不能把“向后兼容”
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理解成解析器会自动接受旧版本。
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### 8.2 目录和 XML Schema
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- 兼容澄清不改变 Schema 版本；
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- 新增可选字段前必须验证旧消费者行为；
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- 删除字段、改名或改变既有语义必须提高 Schema 版本；
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- Schema、解析器、导出器、文档和合同测试必须在同一修改中更新。
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### 8.3 HTTP API
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当前 HTTP API 未版本化，因此不得在原路径上直接发布破坏性变更。需要破坏现有请求
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或响应合同前，应先单独设计 API 版本命名空间、兼容周期和下线规则；该机制不在本文
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本次整理范围内。
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## 9. 旧版本和迁移边界
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当前后端只接受 System XML v3：
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- 不按 `schemaVersion` 自动选择 v1/v2 解析器；
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- 不提供 v1/v2 到 v3 的自动迁移器；
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- 不对不匹配的 `modelVersion` 做自动升级；
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- 旧版本值只用于验证“不受支持输入应被拒绝”的边界测试。
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ReactFlow 工程 JSON 接受 v1/v2，导出使用 v2 的统一单位规则。输入适配层允许版本警告后选择当前模型，内部执行 XML 仍精确匹配。LMECHN1/FORC 的既有显式迁移由网页和 Python 输入层对齐；PNVO 的布局兼容留在网页。不得把一般版本提示解释为自动保留旧模型的物理语义。
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工程结构解析先于目录恢复。当前信号端口的 `positiveFlowDirection` 应缺省，不能从目录复制 `null`；连线须有 `data.isContactEdge` 布尔字段。后端请求模型接受的数据不一定通过前端 `parseProjectPayload()`，应使用实际浏览器导出的结构并验证往返，见[目录与工程协议](component-library-spec-v1.md)。旧 XML v1/v2 不属于上述型号专用处理的范围。
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MECMAS21 的 `useFriction`、`strib` 等 AMESim 选项统一使用目录声明的原生编码：
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`1` 表示“否/禁用”，`2` 表示“是/启用”。工程 JSON v1/v2、组件目录、System XML v3
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和模型构造器不再接受或自动换算旧的 `0/1` 编码，也不再使用
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`amesimParameterEncodingVersion` 触发猜测式转换。
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## 10. 接口修改完成条件
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任何接口合同变更至少应同时完成：
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1. 更新唯一事实来源；
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2. 根据兼容性决定是否提高对应版本；
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3. 更新机器可读 Schema；
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4. 更新当前规范和示例；
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5. 增加请求、响应、拒绝边界和前后端联调测试；
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6. 明确说明未实现的兼容或迁移能力。
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## 2026-09-12 / 1.2.0 修订
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实现工程组件版本警告、外部 JSON v2 一致单位语义、网页/HTTP/CLI 表达式归一化；XML v3、数值内核模型版本与求解精度未改变。验收记录见 `docs/other/2026-09-12-project-contract-acceptance.md`。
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