一种含能化合物计算机辅助设计系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种含能化合物计算机辅助设计系统，该系统包括：①用户输入模块；②文件输入/输出模块；③分子结构转换模块；④显示模块；⑤爆轰参数预测模块；⑥分子组合库生成模块，系统还包括：①碎片输入模块；②结构预筛模块；③物化参数预测模块。该系统用于辅助设计、开发新型含能化合物分子结构，具有使用方便、结构设计快、性能预测效率高等特点。
【专利说明】
一种含能化合物计算机辅助设计系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种计算机辅助设计系统，特别是涉及一种含能化合物计算机辅助设计系统。
【背景技术】
[0002]自20世纪90年代以后，随着计算机技术的发展以及药物化学、分子生物学和计算化学的发展，计算机辅助分子设计率先在药物领域发展成为一门完善和新型的研究领域，大大地促进了药物设计和新药开发的效率，成为了药物研发过程中不可或缺的一环。计算机辅助药物设计使得药物设计筛选的效率提高了近千倍，这极大地鼓舞和带动了计算机辅助设计在其它行业(如石油化工、含能材料等领域)的发展，并取得了显著的效果。如发明专利号为ZL 2009 I 0021604.3的含能化合物计算机辅助设计系统包括了①可以绘制含能化合物分子二维平面结构的用户输入模块;②可以对已输入的含能化合物分子结构文件进行读取、修改和存储的文件输入/输出模块;③可以将含能化合物分子的二维平面结构转换成空间三维结构的分子结构转换模块;④可以显不含能化合物分子结构的显不模块;⑤可以预测含能化合物分子爆轰参数的爆轰参数预测模块;⑥可以利用组合化学原理生成含能化合物分子组合库的分子组合库生成模块。该系统将传统的人脑加经验的“画加打”含能化合物设计模式转变成了先进的计算机快速组合的模式，设计出了一系列性能优异的含能化合物结构(如ZL 2013 I 8008757.UZL 2012 I 8003857.0^ZL 20131 8001144.5等)，加快了新型含能化合物的研发速度。
[0003]然而，含能化合物计算机辅助设计系统还存在如下不足:(I)缺乏智能化的碎片输入模块，致使采用分子组合库生成模块进行分子结构设计时每次均需要专业人员进行碎片的smiles码编写，使用不便；(2)缺乏结构预筛功能，致使组合出的分子结构过多，带来后续筛选性能优异的分子结构时工作量大，效率低的问题；(3)缺乏物化参数大规模并行计算模块，致使预测爆轰参数必需的密度、生成焓必须在计算速度慢的本地计算机上进行预测后直接提取结果或在其它设备、软件上进行预测后再手工输入结果，带来了计算速度慢或使用不便的问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明要解决的技术问题是提供一种含能化合物计算机辅助设计系统，能够方便、高效地实现成千上万种新型含能化合物的结构设计与筛选、物化参数预测及爆轰参数预测。该系统提供①“傻瓜式”的碎片输入模块，用户只需点击鼠标就可提取并自动转换为需要组合的含能碎片smiles码，操作简单，无需专业人员编写相应的smiles码;②简便、快速的结构预筛模块，能够根据用户需求自动、快速地剔除掉大量性能差的分子结构，从而筛选出氧平衡好、撞击感度低的分子结构;③可大规模并行计算的物化参数预测模块，能够通过大规模并行计算快速地预测出含能化合物分子物化参数，并将密度、生成焓预测结果自动提取到爆轰参数预测模块。
[0005]为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0006]一种含能化合物计算机辅助设计系统，利用计算机对含能化合物分子结构进行设计以及对含能化合物分子物化参数、爆轰参数进行预估，以开发新的含能化合物。系统包括:
[0007]用户输入模块，用于用户通过鼠标绘制含能化合物分子的二维平面结构；
[0008]文件输入/输出模块，用于对已输入的含能化合物分子结构文件进行读取、修改和存储；
[0009]分子结构转换模块，用于将含能化合物分子的二维平面结构转换成空间三维结构；
[0010]显示模块，用于显示打开的含能化合物分子结构文件或用户绘制的含能化合物分子结构；
[0011]爆轰参数预测模块，用于根据含能化合物分子结构的性质来预测分子的爆轰参数；
[0012]分子组合库生成模块，用于利用组合化学原理生成含能化合物分子组合库；
[0013]其特征在于，该系统还包括:
[0014]碎片输入模块，用于用户通过鼠标点击选取期望组合的含能母环及基团碎片；
[0015]结构预筛模块，用于用户根据应用需求设定氧平衡、撞击感度值进行分子结构预筛；
[0016]物化参数预测模块，用于根据含能化合物分子结构的性质来预测分子的物化参数；
[0017]碎片输入模块与分子组合库生成模块连接，分子组合库生成模块与结构预筛模块连接，用户输入模块、文件输入/输出模块、分子组合库生成模块分别与分子结构转换模块连接，分子结构转换模块通过连接的显示模块与物化参数预测模块和爆轰参数预测模块连接，物化参数预测模块与爆轰参数预测模块连接。
[0018]所述的碎片输入模块包括了41个常用环模板图形和42个常用基团模板图形，用户可以根据需求直接从中选择环和基团进行组合，设计出新的分子结构。
[0019]所述的结构预筛模块包括了氧平衡预筛模块和撞击感度预筛模块，用户可以根据需求对设计的分子结构进行氧系数0B(a <0B< b)和撞击感度H5Q(a < Hso < b)的预筛。
[0020]所述的物化参数预测模块包括了本地预测模块和网络预测模块。其中网络预测模块包括了服务器端和客户端。服务器端布置在工作站和大型服务器上，用于任务提交和监控功能，主要包括任务池管理模块、任务提交模块、网络通信模块;客户端主要用于为用户提供可视化图形界面及任务提交，包括图形界面模块、ftp文件上传模块、Socket网络通信模块。用户可以将物化参数计算任务，包括预测爆轰性能必需的密度、生成焓参数计算任务传输到服务器端进行大规模并行计算并返回结果。
[0021 ]本发明的有益效果:本发明的含能化合物计算机辅助设计系统，能够提供给用户一套全面、简便、高效的系统来从头开始设计含能化合物分子。用户可以通过用户输入模块来绘制含能化合物分子结构，也可以通过文件输入/输出模块读取含能化合物分子结构，还可以通过碎片输入模块和分子组合库生成模块来“傻瓜式”地设计含能化合物分子结构。在进行合成实验前，用户可以通过结构预筛模块、物化参数预测模块和爆轰参数预测模块对含能化合物进行快速的性能预测，从中筛选出性能优异的含能化合物分子结构，从而避免盲目合成新化合物，并对新型含能化合物的设计提供一些理论依据。该系统具有很好的灵活性、可扩充性，还可以广泛适用于除含能化合物以外的其它化合物分子的设计。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的系统结构示意图
[0023]图2是本发明的流程图
[0024]图3是本发明碎片输入模块工作流程图
[0025]图4是本发明结构预筛模块工作流程图
[0026]图5是本发明物化参数预测模块工作流程图
[0027]图6是本发明撞击感度计算的流程图
[0028]图7是本发明服务器端和客户端的通信过程图
[0029]图8是图3、图4、图5效果的一个具体实施例图
[0030]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
【具体实施方式】
[0031]本发明的含能化合物计算机辅助设计系统，其设计思路是提供给用户一套全面、简便、高效的系统来从头开始设计含能化合物分子。用户可以根据自身的需要自行选择或者绘制符合其技术条件的含能分子结构，也可以从通过碎片输入模块、分子组合库生成模块、结构预筛模块设计筛选的成千上万个新型含能化合物分子结构中选择需要的含能化合物分子。选择出的含能化合物分子结构可以通过分子结构转换模块由二维结构转换为三维结构，并通过显示模块以三维形式显示出来。显示出的含能化合物分子结构可以通过物化参数预测模块进行快速的物化参数预测，并将分子式、分子量、密度、生成焓的值提取到爆轰参数预测模块进行爆轰参数的预测。爆轰参数的预测也可以将已知的分子式、分子量、密度、生成焓的值直接输入进行预测。
[0032]参见图1，本发明的含能化合物计算机辅助设计系统，利用计算机对含能化合物的分子结构进行设计以及对含能化合物分子性能进行预测，以开发新的含能化合物，由九个主要单元模块构成，各单元模块具有各自不同的功能。系统采用Visual Stud1 2005开发，使用C++语言进行程序开发，图形库使用OpenGL。
[0033]该系统包括:
[0034]用户输入模块，用于用户通过鼠标绘制含能化合物分子的二维平面结构；
[0035]文件输入/输出模块，用于对已输入的含能化合物分子结构文件进行读取、修改和存储；
[0036]分子结构转换模块，用于将含能化合物分子的二维平面结构转换成空间三维结构；
[0037]显示模块，用于显示打开的含能化合物分子结构文件或用户绘制的含能化合物分子结构；
[0038]爆轰参数预测模块，用于根据含能化合物分子结构的性质来预测分子的爆轰参数；
[0039]分子组合库生成模块，用于利用组合化学原理生成含能化合物分子组合库；
[0040]该系统还包括:
[0041]碎片输入模块，用于用户通过鼠标点击选取期望组合的含能母环及基团碎片；
[0042]结构预筛模块，用于用户根据应用需求设定氧平衡、撞击感度值进行分子结构预筛；
[0043]物化参数预测模块，用于根据含能化合物分子结构的性质来预测分子的物化参数。
[0044]碎片输入模块与分子组合库生成模块连接，分子组合库生成模块与结构预筛模块连接，用户输入模块、文件输入/输出模块、分子组合库生成模块分别与分子结构转换模块连接，分子结构转换模块通过连接的显示模块与物化参数预测模块和爆轰参数预测模块连接，物化参数预测模块与爆轰参数预测模块连接。
[0045]上述所述的碎片输入模块包括了41个常用环模板图形和42个常用基团模板图形，用户可以根据需求直接从中选择环和基团进行组合，设计出新的分子结构。
[0046]上述所述的结构预筛模块包括了氧平衡预筛模块和撞击感度预筛模块，用户可以根据需求对设计的分子结构进行氧平衡0B(a <0B< b)和撞击感度H5Q(a < H50 < b)的预筛。
[0047]上述所述的物化参数预测模块包括了本地预测模块和网络预测模块。其中网络预测模块包括了服务器端和客户端。服务器端布置在工作站和大型服务器上，用于任务提交和监控功能，主要包括任务池管理模块、任务提交模块、网络通信模块;客户端主要用于为用户提供可视化图形界面及任务提交，包括图形界面模块、ftp文件上传模块、Socket网络通信模块。用户可以将物化参数计算任务，包括预测爆轰性能必需的密度、生成焓参数计算任务传输到服务器端进行大规模并行计算并返回结果。
[0048]系统程序界面使用MFC编写，使用的是单文档结构，用户执行可执行程序之后进入程序界面，程序界面中上部是菜单条和工具栏;左边是树形列表，用树形结构来表示分子结构；下部是命令编辑框兼输出框，用于输入命令和输出计算结果;右部是显示区域，用来显不分子结构。
[0049]图2为本发明的【具体实施方式】流程图。
[0050]用户可以根据自身的需要选择绘制方式、输入方式或生成方式。其中，生成方式即用户通过碎片输入模块、分子组合库生成模块及结构预筛模块生成并筛选出符合需要的分子结构，然后通过分子结构转换模块、显示模块、物化参数预测模块以及爆轰参数预测模块获得物化参数、爆轰参数满足需求的分子结构。
[0051]参照图3所示，用户借助碎片输入模块进行分子设计时，只需用鼠标点击分别打开母环碎片模板和基团碎片模板，选择需要的母环和基团碎片，碎片便可自动转换为对应的smile表达式，进入分子组合库生成模块进行分子的设计。
[0052]参照图4所示，用户借助结构预筛模块进行结构预筛时，只需输入满足需求的氧系数和撞击感度值，系统便可计算并筛选出满足要求的分子结构。
[0053]参照图5所示，用户借助物化参数预测模块进行密度、生成焓等物化参数预测时，只需输入或选择合适的计算方法和参数名称，便可得到需要的参数值。
[0054]以下是发明人给出的一些具体实施例，需要说明的是本发明不限于这些实施例。
[0055]图6是本发明撞击感度计算的流程图，以下结合图6说明其流程:
[0056]第一步为读取分子结构，第二步为分析分子中各种元素的数目，第三步为进行子结构搜寻，a)对分子结构进行分解，分解成环和碎片基团；b)对目标结构进行分解，分解出环部分和基团部分;c)将两部分分别进行匹配，去除基团和环不相连的结构;d)得到相匹配的子结构，第四步为根据不同参数计算撞击感度。
[0057]图7是本发明服务器端和客户端的通信过程图，以下结合图7说明其通信过程:
[0058](a)服务器等待客户端连接；(b)客户端发送连接请求；(c)服务器发送当前服务器状态；(d)客户端上传任务；(e)服务器接收任务；(f)客户端发送任务提交申请；(g)服务器根据任务池情况，运行任务或者等待；(h)任务完成，通知客户端任务完成。
[0059]实施例1
[0060]图8是图3、图4、图5效果的一个具体实施例图，以下结合图8进行说明:
[0061 ] 随机选取苯环、I，3，5-三嗪环为母环，选取氨基、硝基为基团进行分子设计，碎片输入模块可以让用户采取只需在模板上画“I”选择苯环、I，3，5_三嗪环、氨基、硝基的简单方式进入分子组合库生成模块进行分子设计，无需再手动输入苯环、I，3，5-三嗪环、氨基、硝基的smiles化学表达式。结构预筛模块可以将满足用户需求条件为0.45《氧系数<1.15，30cm <撞击感度H5q < 500cm的3550个分子结构从43636个分子中筛选出来，设计速度也由86分钟缩短为8分钟。物化参数预测模块可以采取服务器并行计算的模式，从而将3550个分子结构的物化性能在几小时?几十天时间内获得，可比采取本地PC机计算的模式时间缩短几十甚至几百倍。
【主权项】
1.一种含能化合物计算机辅助设计系统，利用计算机对含能化合物分子结构进行设计以及对含能化合物分子物化参数、爆轰参数进行预估，以开发新的含能化合物;系统包括: 用户输入模块，用于用户通过鼠标绘制含能化合物分子的二维平面结构； 文件输入/输出模块，用于对已输入的含能化合物分子结构文件进行读取、修改和存储； 分子结构转换模块，用于将含能化合物分子的二维平面结构转换成空间三维结构； 显示模块，用于显示打开的含能化合物分子结构文件或用户绘制的含能化合物分子结构； 爆轰参数预测模块，用于根据含能化合物分子结构的性质来预测分子的爆轰参数； 分子组合库生成模块，用于利用组合化学原理生成含能化合物分子组合库； 其特征在于，该系统还包括: 碎片输入模块，用于用户通过鼠标点击选取期望组合的含能母环及基团碎片；结构预筛模块，用于用户根据应用需求设定氧平衡、撞击感度值进行分子结构预筛；物化参数预测模块，用于根据含能化合物分子结构的性质来预测分子的物化参数；碎片输入模块与分子组合库生成模块连接，分子组合库生成模块与结构预筛模块连接，用户输入模块、文件输入/输出模块、分子组合库生成模块分别与分子结构转换模块连接，分子结构转换模块通过连接的显示模块与物化参数预测模块和爆轰参数预测模块连接，物化参数预测模块与爆轰参数预测模块连接。2.如权利要求1所述的含能化合物计算机辅助设计系统，其特征在于，所述的碎片输入模块包括了 41个常用环模板图形和42个常用基团模板图形，用户可以根据需求直接从中选择环和基团进行组合，设计出新的分子结构。3.如权利要求1所述的含能化合物计算机辅助设计系统，其特征在于，所述的结构预筛模块包括了氧平衡预筛模块和撞击感度预筛模块，用户可以根据需求对设计的分子结构进行氧系数OB(a <0B< b)和撞击感度H5Q(a < Hso < b)的预筛。4.如权利要求1所述的含能化合物计算机辅助设计系统，其特征在于，所述的物化参数预测模块包括了本地预测模块和网络预测模块;其中网络预测模块包括了服务器端和客户端;服务器端布置在工作站和大型服务器上，用于任务提交和监控功能，主要包括任务池管理模块、任务提交模块、网络通信模块;客户端主要用于为用户提供可视化图形界面及任务提交，包括图形界面模块、ftp文件上传模块、Socket网络通信模块;用户可以将物化参数计算任务，包括预测爆轰性能必需的密度、生成焓参数计算任务传输到服务器端进行大规模并行计算并返回结果。
【文档编号】G06F19/16GK105844028SQ201610182584
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】来蔚鹏, 张鑫贲, 刘英哲, 尉涛, 廉鹏, 任淦, 朱维良, 葛忠学, 王伯周
【申请人】西安近代化学研究所