化学工程中的介尺度科学与虚拟过程工程:分析与展望

传统的过程工程研发具有周期长、风险大、费用高等特点,制约了过程工业的快速发展。解决这一问题应从介尺度科学和虚拟过程工程两方面入手。首先,这一问题的科学根源在于化学和过程工程中的多尺度和多层次结构;而介尺度作为其中的难点和瓶颈,目前的认识还比较有限。认识和理解介尺度复杂性对研究材料的构效关系、反应器混合与传递、系统集成等具有重要意义。只有实现了流动、传递和反应在介尺度的耦合,才能够准确理解、预测和调控多相反应器中的多尺度结构。另一方面,基于介尺度科学的虚拟过程工程将成为一种全新的过程研发模式,不仅可以大幅度缩短过程放大周期,也使产品精细化成为可能。虚拟过程工程是连接介尺度科学与新技术新工艺开发的桥梁,它是一种实体化、功能化的开发和分析工具及知识库,将实验室成果快速应用于过程开发,将大幅提升我国过程工业对核心技术的研发能力。传统的理论和超级计算尚不足以支撑虚拟过程工程,而介尺度科学则为虚拟过程工程带来前所未有的发展机遇。虚拟过程工程涉及多学科交叉,不仅是模拟计算人员的任务,也是实验室和过程研发人员共同的责任;它甚至在未来可以与云计算相结合,使过程工程进入大数据时代。

核电站分布式系统虚拟过程控制平台设计研究

针对核电站分布式系统(DCS)的虚拟仿真系统设计用于核电工程的验证测试和操纵员培训考试中。核电DCS系统的结构分为,工艺模型层、过程控制层、操作监控层。其中过程控制层主要完成实时数据采集,控制逻辑计算等,对该层的虚拟仿真要求较高的实时性和精确度。国内主流的过程控制层的虚拟仿真系统均采用逻辑翻译的方式实现,很难保证仿真系统的实时性和精确度。通过对DCS控制器、现场总线和通信接口设备的虚拟化,在通用计算机中虚拟化核电机组的过程控制系统,达到直接下装运行DCS工程组态数据的目标。实际工程调试证明,虚拟DCS过程控制平台与真实机组具有一致的实时性和逼真度,是DCS工程验证和人员培训的有效平台。

欧盟碳排放权波动率断点及其影响过程研究

利用Bai-Perron多断点结构检验确定了2008-2022年期间欧盟碳排放权交易系统中存在的结构断点,并通过在传统AR-GARCH模型的均值方程和方差方程中加入过程虚拟变量,提出可以反映断点事件影响过程的过程虚拟变量研究方法。实证结果表明,欧盟碳排放权波动率发生了5次结构性突变。采用过程虚拟变量研究方法有效捕捉了断点对碳价收益和波动的事前、事后影响过程。

虚拟过程工程监控系统的设计与实现

为实现对工业装置内流体流动与传递过程的三维实时高精度模拟,中国科学院过程工程研究所提出了虚拟过程工程(VPE)的构想。在VPE中,为采集实验数据、控制实验状态,需自行设计其监控系统。本文根据VPE的整体需要对监控系统进行了需求分析,在此基础上对底层通信协议、实时数据采集与控制、数据存储与管理、数据处理与显示等方面进行了设计与实现。经运行验证,所实现的监控系统功能可很好地满足VPE的需要,为VPE提供了良好的功能支撑。

纳米材料制备及物性测量的虚拟过程工程初探

分子模拟方法和高性能计算的进展为材料领域的虚拟过程工程提供了可能,即可以从微观层面以可视化和在线交互的方式复现并虚拟操控一些纳米材料的完整制备过程并全面测量其机械和热力学性质。本文以晶硅气相化学沉积过程和硅纳米线导热系数的预测为例,探讨并初步展示了这种可能性。文章表明:通过单独调控反应、扩散两种主要控制机制可以揭示它们的竞争协调对所制备的晶体结构与形貌的影响,为其定向调控提供指导与依据;通过大规模的原子模拟,可以直接获得微米以上尺度的硅、碳等材料的机械和热力学性质,克服有限尺寸效应。材料虚拟过程工程的最终实现将为其构效关系的机理研究和优化设计与制备调控提供强有力手段。

虚拟加工过程的建模与仿真

提出并建立了虚拟加工过程来对实际加工状况进行仿真，从而在零件正式生产之前就能预见和评估其加工过程中可能出现的问题，并加以解决。文中还介绍了虚拟加工过程的结构、建模技术和仿真过程。

虚拟加工过程中切削力建模和预报

在Oxley的切屑形成模型基础上,根据切削力预报反问题的原理及其求解建立了一种更为精确的切削力预报算法,预报过程可以显示切削参数和刀具结构对前刀面边界条件和材料常数的影响.切削力预报统计结果表明,主切削力的平均误差为1.2896%,径向力的平均误差为3.1917%,尤其适合高速切削.

虚拟过程工程数据管理系统的设计与实现

为实现对工业装置内流体流动与传递过程的三维实时高精度模拟,中国科学院过程工程研究所提出了虚拟过程工程(VPE)的构想。为存储和管理在VPE实验过程中产生的海量实时实验数据和模拟数据,本文对VPE的数据管理系统进行了需求分析和功能设计,所实现的数据管理系统包含海量数据存储、底层通信协议、数据实时交互与数据管理工具等部分。该系统目前运行良好,为VPE 1.0提供了可靠的功能支撑。

不同任务情境中虚拟团队绩效过程模式

运用模拟实验,通过操纵任务类型和任务依存性,考察了不同任务情境中虚拟团队的各种绩效过程模式及其演化过程。研究发现:(1)三种绩效过程模式对团队任务绩效具有不同的作用,在整个过程中,团队成员都能够设置比较客观的目标;而方法模式只在第一和第三阶段表现出显著作用;信任模式在第一和第二阶段的显著作用,表现出后期受到学习效应的干扰。(2)在概念性任务中,任务依存性对团队任务绩效作用显著,而在行为性任务中,其作用不显著,而且,任务依存性对不同任务类型中的绩效过程模式具有不同的作用。

虚拟数控加工过程物理仿真模型的建立

该文首先阐述了虚拟数控加工过程物理仿真的研究内容 ,其次重点讨论了所建立的切削力仿真 ,刀具磨损仿真与变形仿真 ,加工误差仿真 ,振动仿真和切屑形成过程仿真的数学模型。最后 。

虚拟加工设备的建模和加工过程物理仿真

介绍了虚拟加工设备建模的常用软件,并对虚拟数控机床和刀具的建模进行了讨论。着重研究了虚拟加工过程物理仿真,利用有限元(FEM)法建立了切削力仿真模型,利用多体系统运动学理论建立了虚拟数控机床的运动模型。最后,提出虚拟加工物理仿真技术发展中存在的问题以及未来的研究方向。

Virtools在虚拟植物生长过程可视化方面的应用

文章在叙述Virtools虚拟现实技术的基础上,介绍并分析了Virtools在虚拟植物建模及可视化方面的应用,并以西红柿的生长过程为例,完成了一个西红柿三维生长演示系统,利用3ds Max构建西红柿生长的各阶段模型,使用Virtools来完成各阶段间的衔接控制,并以文字方式提示各阶段的影响.

虚拟维修训练过程研究与实现

虚拟维修训练作为一种行之有效的训练手段,具有巨大的技术优势和发展潜力,可以缓解甚至解决当前维修训练中存在的突出矛盾。本文基于Grafect规范语言建立了通用的虚拟维修训练过程模型,监控和评估了受训人员的交互行为(主要是针对虚拟维修操作),并为受训人员在操作错误时提供帮助和提示信息,从而在很大程度上提高了训练效果。

虚拟加工设备的建模和加工过程物理仿真

介绍了虚拟加工设备建模用到的常用软件。对虚拟数控机床和刀具的建模进行了讨论。着重研究了虚拟加工过程物理仿真,利用有限元(FEM)法建立了切削力仿真模型,利用多体系统运动学理论建立了虚拟数控机床的运动模型。最后,提出虚拟加工物理仿真技术发展中存在的问题以及未来的研究方向。

全过程虚拟正颌外科手术在教学中的应用

对于正颌外科专业的研究生的培养,由于实践动手机会少,传统教学方式有限,往往难以取得满意效果。近年来,随着计算机技术不断进步,数字化技术在口腔颌面外科运用日益广泛。在正颌外科研究生的培养中引入全过程虚拟正颌外科手术,不仅可以提高专科研究生对正颌手术的理解,还可以提高学生学习的兴趣与积极性。将全过程虚拟正颌外科手术运用于研究生的教学中,可取得满意效果。

工业过程智能优化控制半实物仿真实验平台

工业生产过程具有多变量、强耦合、强非线性和不确定性等特点,使得生产现场难以对自动化系统及相应的优化控制软件进行充分调试和实验.针对这一问题,提出了由生产过程控制系统和虚拟过程控制对象组成的工业过程分布式半实物仿真实验平台,为研究开发专有智能优化控制系统提供有效的工业验证环境.制定了在平台之上开发专有系统的相关规则,采用PID控制回路进行了平台测试,最后应用热轧带钢层流冷却智能优化系统对平台进行了验证,实验结果表明实验平台的有效性.

溶液结晶中的介尺度成核过程研究进展

成核作为溶液结晶的第一步,是决定晶体产品质量的关键因素。目前,成核理论主要包括经典成核理论和非经典成核理论。相比于仅以原子、离子或分子等均匀稳定结构为单元的经典成核理论,非经典成核理论以纳米级前聚体为单元,这类单元涵盖了聚集体、纳米粒子等介尺度非均匀动态结构,导致形成的非经典成核过程更为复杂,需在传统的化学、化学工程和过程系统工程研究方法的基础上,充分利用介尺度科学研究方法完成其核心规律的探究。为此,总结了二步成核理论、预成核团簇理论、粒子附着晶化理论以及其他新提出的非经典成核理论,分析了其中的介尺度结构及其时空动态行为,并探讨了利用介尺度数学模型对现有成核数学模型的修正和优化的思路,最后对溶液结晶中晶体成核的介尺度研究范式及理论发展进行了展望。

某装备虚拟维修训练系统设计与实现

着眼于虚拟维修训练在实际维修训练中的广泛应用,在分析国内外研究现状的基础上,从功能、可用性、可靠性3方面分析系统设计要求,并依据系统功能,开发某型野战传真机虚拟维修训练系统。其以交互引擎为核心,由虚拟维修场景、虚拟维修过程仿真、维修知识库和系统管理组成,利用数据库为后支撑平台。系统管理平台通过相关虚拟现实软件的二次开发平台,利用.NET或者C++Builder实现。

基于ObjectARX的车铣复合数控机床虚拟加工仿真研究

以优化产品的制造工艺过程、保证产品的制造质量、制造周期为目标的虚拟加工技术通过对以真实加工条件为依据的加工过程进行实时动态模拟,检验产品的可制造性、加工方法和工艺的合理性。针对由两个回转运动构成的新型多功能车铣复合数控机床,应用AutoCAD二次开发工具ObjectARX,根据机床切削加工的数学模型、插补算法及运动控制原理,研究开发了的加工仿真软件系统,实现了AutoCAD造型与CNC仿真的有机结合,完成高效NC代码驱动的实时加工过程仿真。

视景仿真系统在模拟化工生产过程中的应用

所述的视景仿真系统用于模拟化工生产过程的人机交互设备。首先简述了目前国内仿真技术在生产制造过程中的研究,其次基于视景仿真技术原理,设计了完整的视景仿真系统来模拟化工生产,给出了构成该系统的视景仿真和仿真手柄两部分的结构简图,建立了模拟化工生产过程的基本模型,探讨了一般生产过程仿真的基本技术和原理,然后加工设计出样机并进行了测试实验,证明了该套视景仿真系统在模拟化工生产过程中的有效性。