“人-机-环境”共融的工业数字孪生系统智能优化方法

工业数字孪生系统是智能制造应用实施的重要手段,但现有工业数字孪生系统主要面向机械系统探索研究理论和关键技术,缺乏从“人-机-环境”全局开展系统建模和优化。鉴于此,分析了“人-机-环境”系统建模和智能优化研究进展,总结了“人-机-环境”共融的工业数字孪生系统基本特征,建立了系统参考架构。然后,提出了“人-机-环境”共融的工业数字孪生系统智能优化方法与关键技术体系,主要包括数据驱动的快速动态建模与仿真方法、基于生成式人工智能(AI)的数字孪生快速建模方法、多模态感知与智能交互方法、虚实同步映射与模型校正方法、基于分布式计算的运行优化控制方法、“人-机-环境”安全监测与态势感知方法和基于AI agent的系统自学习与优化控制方法等。最后,通过典型案例展示了智能优化方法的应用效果。所提出的工业数字孪生系统智能优化方法为实现智能制造过程中的“人-机-环境”共融提供了重要支撑。

电力系统电磁暂态仿真中异步电动机的机-网解耦模型

电力系统电磁暂态仿真中,常用异步电动机模型来代表动态负荷模型。然而,由于异步电动机数量众多和电机-电网接口方法的局限性,传统异步电动机模型很难兼顾仿真效率和数值稳定性。针对这一问题,该文提出一种用于电力系统电磁暂态仿真的异步电动机负荷解耦(induction motor load decoupling,IMLD)模型。该模型结合异步电动机等效电路和LC传输线时延,构造出具有天然时延的电机-电网解耦接口,从而将异步电动机与外部电网解耦,异步电动机的迭代求解过程无需与外部电网同步求解。根据负荷节点给定的潮流有功和无功功率,通过求解等效电路方程并配置IMLD模型参数,使仿真功率结果与潮流计算给定负荷节点功率相匹配。测试算例结果表明,所提IMLD模型可有效减少网络方程迭代次数,同时具备较高准确性和仿真效率,且具备良好的数值稳定性。

人-机-环境共融的智能假肢膝关节研究进展

智能假肢膝关节作为下肢假肢中最重要的部件,是一种人-机-环境高度共融的复杂系统,解决此共融系统中的关键科学问题是实现假肢穿戴者步态自然柔顺的必要条件。以仿生设计、智能感知和智能控制这3个主要研究方向为切入点,综述智能假肢膝关节的研究进展。仿生设计的重点在于如何通过仿生结构与驱动设计,使假肢关节拟合人体关节驱动/阻尼代偿机制;智能感知聚焦于如何建立人-机-环境交互通道,实现人体运动意图识别与人机协同任务中的混合决策;智能控制主要关注如何在动态环境中调整假肢运动或驱动策略,使假肢更接近于人体正常的步态特征。最后,探讨智能假肢膝关节在人-机-环境共融研究中的发展方向与挑战,其中研究重点包括主被动混合代偿驱动、人体自主使能控制以及人-机-环境双闭环交互。

长江下游深水航道引航作业人-机-环境协同控制研究

长江下游深水航道水域拥有大型船舶进出长江的唯一航道,航运条件优越,但因其通航环境复杂多变,船舶拥堵现象突出,沿岸码头船舶靠离泊频繁,发生船舶碰撞事故的概率较大,而其中因人为因素而导致的海事事故并不罕见。鉴于此,研究从人-机-环境系统工程理论视角出发,结合具体引航作业案例,分析海事事故中的人-环、人-机、机-环协同风险控制不力因素,强调引航作业中人-机-船协同控制的重要性,阐释制定人-环境协同控制的引航方案的注意事项,进而提出船舶航运交通安全组织方案,以保障长江下游复杂航道引航工作中的国际船舶航行及靠离泊作业安全。

紧急医疗服务环境用呼吸机标准ISO 80601-2-84:2020解析

详细梳理了新版国际标准ISO 80601-2-84:2020 Medical electrical equipment—Part 2-84:Particular requi-rements for basic safety and essential performance of ventilators for the emergency medical services environment,比较了ISO 80601-2-84:2020与ISO 10651-3:1997 Lung ventilators for medical use—Part 3:Particular requirements for emergency and transport ventilators的差异,分析了新版国际标准对工作数据准确性、危险输出的防护、呼吸机系统、使用环境等几方面的要求,可为生产企业和检验技术人员正确理解标准条款的要求和内涵提供参考。

人-机-环境系统论(MMESE)视角下的跨境电商直播人才核心技能研究

近年来,直播带货作为跨境电商行业中的新兴领域,以高速增长的势头成为推动跨境电商和数字贸易发展的重要力量。主播作为直接影响外贸直播效果的核心要素,不仅要具备高超的外语沟通、表达能力和营销知识,还要驾驭现代信息通信技术手段,充分利用国际商务环境中的有利因素,并认识客户群体的文化背景,以促进跨境电商贸易的达成,这对跨境电商直播人才跨文化理解能力和跨领域综合能力提出了挑战。本文以人-机-环境系统论为理论框架,以新职业主义教育运动的核心理念为基本概念,对跨境电商直播带货人才的核心技能进行较为细致的界定,旨在明确其能力特征、复合性的属性及培养的紧迫性和必要性,为政府、企业和院校人才培养实践活动提供理论参考。

高原抗缺氧技术及装备:基于人-机-环境系统的研究策略

人-机-环境系统工程是一门人体科学和工程技术相互渗透的交叉学科,通过揭示人、机、环境之间相互作用的规律,确保人-机-环境系统的总体性能最优。高原抗缺氧是在高原环境下,以制供氧装备等为平台,实现人的健康防护和效能提升,属于典型的人-机-环境系统工程。本文对高原抗缺氧技术及装备研究中的人-机关系、人-环关系和人-机-环境系统进行了分析和论述,阐明了人的生理特性对高原单兵制供氧装备研发的推进,阐述了人-环协同对高原弥散供氧技术研究的推进,阐释了人-机-环境协同对高原弥散富氧营帐研制的推进。最后,本文提出了目前高原人-机-环境系统亟待解决的问题,为高原抗缺氧技术及装备研究提供了借鉴与参考。

视景仿真技术及其在人-机-环境系统工程中的应用

概括介绍了国内外视景仿真技术的发展及现状,重点讨论了视景仿真系统的基本构成和关键技术,探讨了它在人-机-环境系统工程研究中的应用及发展前景。

基于模型预测控制的光-氢-储耦合系统的功率优化分配方法研究

针对光伏发电存在间歇性和波动性问题,对光—氢—储耦合系统的控制策略进行研究,提出一种模型预测控制(MPC)的“光—氢—储”功率分配方法。首先,构建出光—氢—储耦合系统的整体结构,其中,氢能源系统包括PEM电解槽、氢燃料电池和储氢罐,其次,根据光—氢—储耦合系统的功率平衡方程,构建出状态空间模型,以PEM电解槽功率、氢燃料电池功率作为控制量,明确系统中的多种约束条件,将MPC优化问题调整为二次规划(QP)问题进行求解,利用s-function函数模块构建MPC控制器,完成了系统的闭环仿真。通过仿真分析,验证了所提MPC实时功率分配方法的有效性。

锂电池在机械滥用下的耦合仿真模型研究

随着新能源汽车保有量的增加,因锂电池故障而引起的起火、爆炸等问题引起了各界的密切关注。锂电池在机械滥用下的热失控行为复杂、实验成本高、可重复性低,难以为研究提供有效、完备的数据。因此,利用高置信度仿真模型研究和评估锂电池的安全性能是一种可行的途径。基于Ls-Dyna软件建立了锂电池机-电-热耦合仿真模型。结果表明,该模型能够准确预测电池在受到压痕时的机械响应和电响应,且能合理地模拟电池的温度分布,具有较高的置信度。利用该模型对控制因素(压头半径,冲压方式)进行了研究,并综合分析了相关参数对锂电池安全性能的影响。所获得的结果可为车载锂电池包的设计和安全系统构建提供参考。

渗流-应力耦合作用下穿断层破碎带TBM输水隧洞结构安全研究

为分析敞开式隧道掘进机(TBM)穿越断层破碎带深埋长输水隧洞围岩的稳定性及其支护结构的安全性,依托东庄水利枢纽北线输水隧洞工程,采用ABAQUS软件建立隧洞开挖过程渗流-应力耦合三维动态施工仿真模型,研究了隧洞开挖支护过程中断层破碎带处围岩的稳定性和支护结构的受力特性及其变化规律。结果表明:隧洞围岩由于卸载作用其孔隙度最大值较初始状态增大了0.88%,渗透系数最大值较初始状态增大了2.59%;隧洞围岩孔隙水压力随开挖支护过程先下降—再平缓—最后回升至稳定;围岩塑性区出现在沿径向1 m范围内,等效塑性应变极值出现在围岩腰线处;锚杆应力在衬砌进行支护时达到峰值,其最大值为182.90 MPa;衬砌内、外缘均处于受压状态,衬砌环向应力值随开挖支护过程先出现最大值,随后略微减小至稳定,其值在6.66~11.92 MPa范围内;衬砌的变形整体上表现为向内收缩,收缩量从顶拱和底拱处向腰线处逐渐减小,其值在0.67~1.35 mm范围内;随着排水量的增加,围岩最大径缩量逐渐增大,衬砌外水压力折减系数逐渐减小。研究结果可为穿断层破碎带TBM隧洞工程结构设计及其安全施工和运营提供参考依据。

潜艇内部人-机-环境系统的多级模糊综合评判

潜艇是一个典型的、庞大的、复杂的人 -机 -环境系统 ,对潜艇的设计方案运用人机工程原理进行评估 ,建立相应的评价体系 ,对于充分发挥人员和机器的效能 ,提高潜艇的可靠性都具有非常重要的意义 .由于人 -机 -环境系统存在很多具有模糊性的难以模型化的概念和因素 ,所以文中运用多级模糊综合评判的方法 ,根据人机工程学的原理选择了评价因素 ,采用专家调查的方法确定隶属函数 ,对通常状态下潜艇内部人 -机 -环境因素进行分析并得出相应的评判结果 .评判结果说明了模糊综合评判方法在设计、评判潜艇人 -机 -环境系统的时候是一种简单、经济。

装载机工作装置机-液耦合仿真分析

针对装载机工作装置仿真研究存在的不足,在ADAMS中建立了刚柔耦合模型和液压系统模型。对一个典型作业过程进行了仿真,分析了油缸的作用力、油腔压力在工作过程中随时间的变化规律等,并应用ADAMS/Durability模块进行了动态的有限元分析。仿真结果与实际工作情况基本一致,建模及分析方法对于其他类似机-液耦合机构的仿真研究有参考意义。

人-车-路闭环系统操纵稳定性的模糊评价及其仿真

在人-车-路闭环操纵稳定性评价指标中引入内含“人的思维模糊性”的数量化方法。首先引入主观因素——驾驶员对有效视程的模糊认识,随后进行客观的分析与推理,最后给出了由于驾驶员对视距的模糊估计而导致的对操纵稳定性评价的分布区间及评价指标可能性分布的显表达式。在理论分析的基础上,进行了仿真与优化试验分析,仿真与优化试验的结果表明,对有效视程“较大”的置信度大时,侧向位移响应的模糊分布区间上下确界明显,且上下确界对预期轨迹的跟随性都较好。当置信度小时,侧向位移响应的模糊分布区间上下确界存在交叉点,上界,即有效视程“大”,对预期轨迹的跟随性好,下界,即有效视程“小”,对预期轨迹的跟随性差。解决了由于驾驶员对有效视程认识上的个体差异而导致的对同一辆车操纵性主客观评价分散性的数学描述问题。

人-机-环境系统工程安全分析与评价研究

分别从"人"、"机"、"环境"的角度,定性分析了在生产过程中影响三者安全性的主要机理及其对整个人-机-环系统的安全影响,并同时分别建立了三者的安全性数学模型,最后以这些模型为依据,以济钢集团的一个生产车间的现场所测数据为基础,对人-机-环境系统工程进行了定量的分析,取得了良好的效果,为生产现场的安全分析、评价和管理工作提供了依据。

基于数值仿真的时域内人-机闭环系统稳定性研究

针对带电传操纵系统人-机闭环系统稳定性问题,讨论了人-机闭环系统稳定性的研究方法。在分别建立飞机本体、操纵系统和驾驶员模型的基础上,建立了综合考虑非线性因素的横航向补偿控制模型。以横向滚转操纵为例,在时域内对系统进行了动态仿真,研究了驾驶员滞后时间对人-机闭环系统稳定性的影响。仿真结果表明,该方法用于研究人-机闭环系统稳定性是可行的和有效的。

鼓式制动器三维热-机耦合温度场仿真

通过对鼓式制动器惯性制动时蹄鼓摩擦接触状态分析,考虑接触副摩擦因数温度特性,以EQ1208车后桥鼓式制动器为例,对建立的鼓式制动器热-机耦合三维有限元模型进行了惯性制动工况数值仿真,得到了鼓式制动器耦合瞬态温度场仿真结果。A测试点温升试验结果与仿真结果对比,两者变化趋势相同,且吻合较好。对在惯性制动工况下的鼓式制动器温升主要影响因素(车速和道路坡度)进行了仿真分析。

电力系统机-网暂态仿真的并行算法

本文提出了基于电网结构的二维拓扑并行模型和常微分方程组的并行预测－校正算法，并用此算法在四ＣＰＵＴｒａｎｓｐｕｔｅｒ并行机系统上实现了单机－无穷大母线系统机－网暂态的仿真。文章对计算复杂性进行了分析，且对其并行性进行了评估。本文算法移植到高速、大规模的并行计算机系统上即可实现机－网暂态实时仿真。

矿井通风"人-机-环境"系统可靠性研究

矿井通风系统是矿井生产系统的重要辅助系统,其可靠性高低对矿井生产和安全管理有着直接的影响。在其生命周期中与其它子系统共同孕育发展,也是人机环境系统相互作用而构造的整体结果。对由人、机与环境组成的通风系统可靠性,除了研究机的可靠性之外,还应该对人和环境的可靠性进行全面而深入的探讨。用可靠性工程方法、从人机工程学的角度对矿井通风系统可靠性进行研究,给出了矿井通风"人-机-环境"系统可靠性的定义和数学模型。指出只有对系统进行全面分析,才能有效提高矿井通风系统的可靠性。

船舶加速过程最优机-桨联控方法仿真研究

在Matlab/SIMULINK环境下建立了全柴联合动力装置的仿真模型,并利用MFC对仿真模型进行集成和改进。利用实船试航数据对仿真模型进行了校验,校验结果表明仿真结果与试航数据吻合较好。提出了两种该型推进系统加速过程"机-桨"联控方法,一种是匀加速过程,即柴油机转速与调距桨螺距均匀速增加;第二种是变加速过程,即柴油机转速或调距桨螺距非均匀增加。分别对两种加速过程进行了仿真计算和分析。结果表明,采用第二种加速过程"机-桨"联控曲线,可以使船舶加速过程的机动性能大幅度改善。