Monitoring energy usage of heavy-haul iron ore trains with on-board energy meter for improving energy efficiency

Purpose-For billing purposes,heavy-haul locomotives in Sweden are equipped with on-board energy meters,which can record several parameters,e.g.,used energy,regenerated energy,speed and position.Since there is a strong demand for improving energy efficiency in Sweden,data from the energy meters can be used to obtain a better understanding of the detailed energy usage of heavy-haul trains and identify potential for future improvements.Design/methodology/approach-To monitor energy efficiency,the present study,therefore,develops key performance indicators(KPIs),which can be calculated with energy meter data to reflect the energy efficiency of heavy-haul trains in operation.Energy meter data of IORE class locomotives,hauling highly uniform 30-tonne axle load trains with 68 wagons,together with additional data sources,are analysed to identify significant parameters for describing driver influence on energy usage.Findings-Results show that driver behaviour varies significantly and has the single largest influence on energy usage.Furthermore,parametric studies are performed with help of simulation to identify the influence of different operational and rolling stock conditions,e.g.,axle loads and number of wagons,on energy usage.Originality/value-Based on the parametric studies,some operational parameters which have significant impact on energy efficiency are found and then the KPIs are derived.In the end,some possible measures for improving energy performance in heavy-haul operations are given.

国家地震烈度速报江苏子系统仪器烈度产出分析

对国家地震烈度速报与预警工程部署的烈度速报江苏子系统进行了介绍,简述了2021年12月系统部署以来的系统产出情况,同时以系统部署以来产出的震级最大的事件即2021年12月22日江苏天宁M4.2地震为例,使用f-k方法合成各观测台站上的理论地震图,将实际峰值加速度与理论峰值加速度进行比较,评估烈度速报江苏子系统产出结果的可靠性。结果表明,烈度速报系统产出的各台站峰值加速度随震中距逐渐减小,且和理论地震图的结果较为接近,一定程度上证明了烈度速报江苏子系统产出结果的可靠性。

短波多频调幅广播发射机方案设计

本文提出了短波多频调幅广播发射机的设计方案,详细剖析发射机的系统构成与设计原理。针对控保分系统、激励器分系统、功放分系统、滤波器分系统以及稳压电源分系统等,本文提出了相应的设计方案和技术参数,为短波调幅广播发射机实现多频同播技术提供有力的参考依据。

水库大坝自动化监测系统应用研究

为解决传统水库大坝人工监测方法效率低、监测成果存在滞后性等弊端,以物联网传感、云服务等技术方法为基础,设计开发水库大坝自动化监测系统。通过对系统框架结构、多方式通信组网进行设计建设,利用多类型监测子系统获取水库大坝安全监测数据,并通过监测云平台进行数据成果可视化展示。为验证监测系统的可靠性,以某大型水库监测项目为研究对象,对监测系统运行期间的稳定性进行分析验证,并将监测系统数据成果与测区气象站、人工复核数据进行对比分析,全方位验证了水库大坝自动化监测系统的运行稳定性及成果可靠性,为水利工程枢纽动态监测提供了便捷可靠的解决方案。

政策协调、不确定性与大型技术系统创新——中国核电技术赶超的案例研究

后发国家技术赶超需要实现“市场规模”和“技术自主”的双重目标,但现实中这一进程普遍面临技术依赖的“追赶者陷阱”的问题。论文采用个案内过程追踪的研究方法和“政策子系统”的分析视角,基于中国核电50年的技术赶超历程,解释了后发国家如何通过政策协调实现大型技术系统的技术赶超。研究发现,大型技术系统的创新绩效与其所在政策子系统的特性密切相关,核电政策子系统具有碎片化的结构和行为目标,需要同步进行政府部门间协调和政府对市场协调,协调机制主要包括国家意志、行政指令、共识信号和市场竞争等。政策协调通过降低大型技术系统中产业主体面临的供需不确定性,解决产业主体专用化投资不足的激励困境。跳出“追赶者陷阱”的关键在于建立国产化率目标硬约束与多种协调机制。研究进一步深化了对技术赶超中政府角色的认识,弥补了已有文献对于大型技术系统产业管理体制研究不足的理论缺口,对新型举国体制下提高系统创新能力有一定的启示。

动车组列控车载子系统故障机理建模与分析

针对传统Petri网(P/T系统)无法根据后继标识确定系统失效部位的问题,采用着色Petri网(Colored Petri Net,CPN)建立动车组列控车载子系统的故障传播模型。首先,通过CPN与传统Petri网理论的对比说明采用CPN建模的可行性。其次,根据车载子系统的结构组成及工作模式建立故障树模型,并通过Petri网描述故障树逻辑门事件之间的逻辑关系,给出故障树的Petri网表示方法,建立车载子系统的P/T系统模型;进一步根据CPN理论确定托肯染色方法、权函数等模型参数,将P/T系统转化为着色网系统,并举例说明后继标识的计算规则。最后,通过与传统Petri网推理及故障识别过程的对比,证明了采用CPN分析系统故障机理的正确性及在故障识别过程中的高效性。所提方法可为车载子系统的故障识别提供一定依据。

数字化转型背景下的智慧建筑设计探究

从建筑数字化发展要求出发,结合项目实践,探讨智慧建筑设计的理念变化、技术关键和发展趋势,阐述智慧建筑的特征及以数据为核心的设计路径。

空间机械臂操作子系统设计与实现

空间机械臂作为中国空间站建设和在轨运营的重要平台,具有自由度多、转动惯量大、操作精度高、模式多样等特点.针对空间机械臂在轨任务特点,建立了支持长期在轨、多模式工作的空间机械臂操作子系统.该操作子系统由机械臂操作台、虚拟仿真平台、显示器等构成,可满足多任务需求.通过对操作子系统的架构、工作模式、技术特点的分析,重点研究了操作子系统的多总线体系结构、多模态人机交互技术、力觉渲染算法,并根据地面验证和在轨试验,给出了空间机械臂操作子系统的验证情况.结果表明,空间机械臂操作子系统可有效模拟在轨任务,准确完成对机械臂的控制与精细操作,为支撑空间机械臂任务实施积累了经验和数据.

玉米收获机的控制系统优化设计

针对4YZL-9型玉米收获机,设计了一款控制系统,并以PLC控制器为核心,分别设计了驱动行走子系统、割台液压子系统及脱粒清选液压子系统。主要的控制过程为:利用湿度传感器采集玉米籽粒含水量,利用压力传感器采集检测玉米喂入量,利用霍尔传感器检测收获机各种速度信息,利用位移传感器检测玉米的距离,并将这些数据发送给PLC控制器,经过计算,输出驱动命令,通过电磁换向阀和电磁比例阀调节控制收获机的割台高度、行走速度、脱粒滚动转速、风机转速及清选筛箱转速等,使得玉米收获机高效的完成行走、收割、脱粒、清选等一系列的收获作业。试验结果表明:加装了控制系统的4YZL-9型玉米收获机正确采摘率为96.7%,玉米粒损失率≤2.4%,籽粒破损率≤3.6%,收获机故障率≤5%,含杂率≤2.8%,能够准确高效地完成玉米的收获作业。

基于大数据和人工智能技术的油田智能分析辅助决策子系统

针对塔里木油田产运储销信息化方面的不足以及核心智能应用的缺乏,创新性提出深度融合大数据和人工智能技术的油田智能分析辅助决策子系统开发思路,利用大数据和人工智能技术,通过数据收集、数据清洗和数据变换,全面收集和精准分析油田生产过程中产生的大量数据。在产运储销平衡模块中,拟使用长短期记忆(Long Short-Term Memory, LSTM)神经网络处理和分析动态数据,采用随机森林(Random Forest, RF)构建模拟预测模型,使用遗传算法(Genetic Algorithm, GA)优化目标结果。油田智能分析辅助决策子系统在线诊断模块使用基于阈值的异常检测自编码器模型,实时监测设备运行状态。应急救援在线训练模块采用决策树构建决策支持模型,提供智能决策支持。基于大数据和人工智能的油田智能分析辅助决策子系统打破了传统油田生产管理的局限性,提高了整体运营效率和资源利用效率,为油田行业的智能化发展提供了新的思路和方法。

统计能量方法在船舶噪声预测中的应用

船舶风机、螺旋桨、发电机等都会产生噪声,舱室的噪声对船员生活会产生一定影响。研究船舶舱室噪声的预测以及控制对船舶结构辅助设计具有重要意义。本文介绍了统计能量方法(SEA)的基本原理,研究了SEA能量传递模型,给出了梁系统、标准平板等的模态密度计算公式,分析了船舶的噪声来源,并研究了不同噪声激励、舱室钢板吸声系数、内损耗因子随频率变化的规律。使用VA One软件对船舶舱室噪声预测进行仿真,结果表明统计能量方法能够较为准确的对噪声进行预测。

数控机床能耗子系统的分析与数学建模

从数控机床能耗子系统的角度,将数控机床分为加工动力能耗子系统、数控能耗子系统、电气能耗子系统、机床辅助能耗子系统等4个能耗子系统.根据数控机床各个能耗子系统的能量分布,分离出子系统的能耗方程并建立数学模型,通过分析各个能耗子系统的运行特点,建立数控机床能耗模型.该能耗模型使得数控机床能耗分布的参数变量获取更加简洁方便,同时对机床和工况变化的适应性更强.实验结果表明,本文所建立的能耗模型适用于数控机床在待机、准备、空载以及加工等各种运行阶段的能效分析,为数控机床能效优化设计及节能技术提供基础支持,具有良好的应用前景.

矿石智能分选机执行子系统仿真及参数多目标优化

为改善矿石智能分选机执行子系统的工作性能,提高矿石分选的效率和准确率,提出基于多目标粒子群算法的矿石智能分选机执行子系统参数优化方法。基于CFD软件对矿石智能分选机空气喷嘴的气流进行仿真,采用MATLAB软件对矿石分选过程建立仿真模型,并通过高速相机拍摄矿石运动轨迹验证模型的准确性。应用正交旋转组合设计方法设计试验组合,仿真分析所选水平内气嘴角度、气嘴间距、气嘴直径、气嘴与滚筒距离、分界挡板与滚筒距离、喷吹气压以及喷吹高度这7个因素对夹带率和执行率的影响,并建立夹带率和执行率数学回归模型。以夹带率和执行率数学回归模型为目标函数,降低夹带率和提高执行率为优化目标,运用多目标粒子群优化算法进行参数优化。研究结果表明:参数优化后,设备的夹带率降低了3.19%,执行率提高了2.16%,对提高分选机工作效率和经济效益有着重要意义。

油藏动态分析场景大模型构建与初步应用

针对目前油藏动态分析中井史数据检索与分析、连井剖面绘制、开发生产关键技术指标计算、油藏复杂问题的措施建议等方面的智能化需求,采用增量预训练、指令微调和功能子系统耦合3个步骤构建油藏动态分析场景大模型,提出了基于命名实体识别技术、工具调用技术、Text-to-SQL(自然语言转换成结构化查询语言)技术微调的功能子系统及其高效耦合方法,将人工智能大模型运用到油藏动态分析领域。测试了特征提取模型、工具分类模型、数据检索模型、分析建议模型的准确性,结果表明这些模型在油藏动态分析的各个关键环节均展现出了良好的性能。最后以大庆油田PK3区块部分注采井组为例,测试验证了油藏动态分析场景大模型在辅助油藏工程师进行油藏动态分析方面具有的运用价值和潜力,为大模型在油藏动态分析中的运用提供了较好的技术支持。

具有动态出链路的复杂动态网络节点滑模跟踪控制

复杂动态网络可视为由多个子系统(抽象为节点)组成的大系统,节点之间通过链路关系相互耦合,因而时变链路关系会对节点的动态行为产生影响。为此考虑具有时变链路的复杂动态网络,将网络链路关系视为动态系统,在链路与节点间的动态耦合关系的辅助作用下,采用滑模变结构方法设计节点控制器,实现节点的渐近跟踪控制。然后通过一个实例仿真验证了所提控制策略的有效性。与几种现有方法相比,本文方法的优势是在节点子系统中考虑了未知的外部干扰与系统不确定性,并通过构造链路系统的辅助参考跟踪目标,助力节点控制器完成跟踪控制任务。

基于EMD的密相气力输送两相流系统内子系统相互联系和作用

利用信号分析考察密相气力输送两相流系统内子系统之间的相互联系和作用。首先,基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)将密相气力输送两相流系统的静电波动信号分解成若干信号分量,即固有模态函数(intrinsic mode function,IMF),再结合各IMF分量的能量比重确定出IMF1~IMF4为主干分量。之后,结合静电信号EMD分解结果、输送管道中颗粒的分布状况及颗粒运动机理的差异性三者,明确气固两相流系统内的子系统。最后,利用IMF1~IMF4的主频和方差的变化规律,分别考察了子系统之间的联系和作用。实验结果表明:水平输送管道中的气固两相流系统可分成4个子系统,分别是稀相区、交界区、浓相区以及贴壁区内的颗粒流体组织;子系统之间依靠颗粒在彼此间游走而进行联系;同时,子系统之间也存在竞争作用,该竞争是颗粒主导和气流主导两种机制之间的竞争,当颗粒悬浮性较弱时竞争激烈,当颗粒悬浮性变好时竞争减弱。

低惯量交流系统并网变流器次/超同步振荡分析

低惯量电力系统中跟网型变流器可能会与同步机转子动态产生交互,给系统稳定性分析引入新的问题,仅靠跟网型设备动态和短路比衡量交流系统强度不再准确。为此,该文综合分析系统惯量和短路比对跟网型变流器小干扰同步稳定的影响,提出适用于分析低惯量系统中并网变流器稳定性的方法,所提方法计算量低、物理意义明确。首先,推导变流器和同步机混联系统的闭环模型,并提取出能表征低惯量动态的相互作用系数矩阵,定性分析两类设备间的交互关系。其次,基于模态摄动理论,将原多机系统解耦为稳定性等效的子系统。然后,选取适用于分析小干扰同步稳定问题的相位主导回路,根据该回路提出综合考虑惯量和短路比的稳定性分析方法。最后,基于仿真算例验证了所提低惯量系统中并网变流器小干扰同步稳定性分析方法的有效性。

导航卫星载荷分系统健康评估方法设计

面向下一代导航系统结合高中低轨构建导航星座的设想,随着遥测参数数量和种类的激增,针对传统健康评估方法面临的过往专家知识难以适用、故障机理储备难以覆盖全面的问题,提出了基于局部异常因子检测-贝叶斯网络结构学习的导航卫星载荷分系统健康评估方法;通过采集某卫星系统实际故障时间点前后数据,设计实验验证了局部异常因子检测方法能够以粗粒度正确输出单机级的健康状况;分析比较了3种评分函数下,贝叶斯结构学习的效率和模型的准确度;实验结果表明,当评分函数分别选为BDeuScore、K2Score以及BicScore时,学习到的模型对系统的健康评估准确度分别为87.4%、80.5%和85.2%;总结了局部异常因子检测-贝叶斯网络结构学习方法各自的不足,为导航卫星分系统健康评估方法提供了新方向和思路。

基于模型的民机运营阶段失效评估方法研究

基于模型的安全性分析(model-based safety analysis,简称MBSA)方法自提出至今,已经日益成熟,更适用于复杂的民机系统。在当前研究和ARP4761A草案的基础上,运用MBSA方法开展民机在运营阶段的失效评估方法研究,其相较传统方法,将运营数据、功能失效和设备故障集合进同一个模型中,更便于开展运行失效评估。首先,定义运行失效评估模型基本元素,梳理模型构建流程,基于Simulink建立包含失效模块的设备级、系统级和飞机级模型。之后,选择某型号飞机外部照明子系统构建模型,利用某机队运营阶段的运行数据开展算例分析。结果表明,基于模型的失效评估与故障树计算结果误差在可接受范围内,同时开展失效模式与影响分析(failure mode and effect analysis,简称FMEA),利用运行数据计算和仿真得到丧失着陆照明功能危险的发生概率,30次仿真结果表明基于运行数据的发生概率在设计值附近波动,整体略大于设计值,但仍满足安全性要求。

万兆以太网光纤通信在FPGA上的可靠实现

为了使以FPGA作为主控的系统实现可靠、低成本的互联通信,经过权衡PCIe、SRIO与万兆以太网方案,本文研究了基于光纤的万兆以太网的可靠通信。在实际工程应用中,为了方便FPGA工程师实现万兆以太网通信,FPGA厂商会提供工作在数据链路层的万兆以太网IP核,但是数据链路层实现的以太网通信并不是无丢包、不乱序的可靠通信。赛灵斯公司提供的IP核为10 Gigabit Ethernet Subsystem。为了实现基于万兆以太网的无丢包、不乱序的可靠通信,本文基于10 Gigabit Ethernet Subsystem IP核设计了四种以太网帧:IDLE_FRAME、START_REQ_FRAME、DATA_REQ_FRAME和DATA_FRAME,及其配套的滑动窗口机制。经过硬件板卡测试显示,该方法可实现全链路速率702.65MByte/S的可靠传输,为未来多FPGA板卡的交换机互联通信打下了坚实基础。