铁路工程建设可持续供应链网络集成优化研究

随着国家对铁路工程项目可持续发展的日益重视,迫切需要先进且集成的供应链网络设计方案理论与方法来提高供应链效率、可持续绩效以及资源利用率。实施可持续供应链网络设计已成为实现铁路工程可持续发展的重要途径,而供应商选择、物流设施选址、路径规划、库存管理以及工程废弃物回收再利用等决策是铁路工程供应链管理的核心与关键问题。针对我国铁路工程建设供应链管理特点,从可持续视角研究铁路工程建设供应链网络设计集成优化问题,提出两阶段的求解框架:其中,第1阶段基于可持续指标体系运用模糊TOPSIS方法确定最佳供应商选择;第2阶段针对物流设施选址、库存控制策略与网络最佳流量分配的集成决策问题,构建了基于模糊规划的多周期多目标供应链网络集成决策优化模型。该优化模型考虑了运输过程的不确定性,以供应链总成本、碳排放量最小以及社会效益最大为优化目标。针对上述多周期多目标优化模型的特征,设计了改进的宽容分层序列算法进行求解。最后,基于我国丰雄商铁路工程建设项目进行案例研究,验证了上述求解框架与算法的有效性,并针对单位运价、单位运输碳排放量以及弃置率3个关键参数进行了敏感性分析。研究结果表明:1)批量折扣策略可以在联合采购中节省大量成本;2)运输模式与路径优化对系统的效率和可持续绩效有决定性影响;3)与管理学手段相比,推进新能源的使用是降低碳排放量最有效的措施;4)社会效益的提高不可避免地需要更高的成本,政府合理的补贴政策是提高企业积极性的关键举措;5)长远来看,铁路工程项目中的废弃物回收利用是实现可持续工程建设的重要途径,其技术和应用的发展都应受到重视。

基于拓扑优化的SPMT驮梁支架轻量化设计

为解决用于跨线桥拆除的自行式模块化运输车(Self-propelled Modular Transporter, SPMT)驮梁支架结构冗余、重量偏大、制造及安装复杂等问题,依托京哈高速公路跨线桥拆除工程,在“16根标准节段钢管立柱+32道联结系杆”驮梁支架初步设计方案的基础上,以体积最小化为优化目标,利用Abaqus软件的拓扑优化模块开展驮梁支架轻量化设计研究,并对轻量化驮梁支架与初步设计的应力、位移及稳定性进行对比分析。结果表明:优化后的驮梁支架体积减少19.8%,支架联结系杆减少至12道,钢管立柱节段数量简化为2节段,节段长度提升至4 m,构件组拼联结接头数量减少约2/3,总重量较初步设计降低1.44 t;在最不利荷载工况下,驮梁支架优化前、后应力变化较小,最大位移差值在2 mm以内,且满足临界荷载系数大于4的稳定性要求。工程实践证明,轻量化驮梁支架力学性能满足要求,虽然安全系数小幅降低,但结构安全性与优化前基本一致;轻量化驮梁支架在施工现场组拼工作量及组拼时间均有所减少,经济效益显著。

综合客运枢纽疏散流线设计优化方法

综合客运枢纽内部人员密集、通道网络复杂,且进出口数量较多,客流疏散效率不易提高。针对这个问题,不同于现有研究大多考虑改造物理设施,本文提出了通过控制通道开闭状态及通行流向,充分发挥既有设施通行能力的疏散流线设计优化方法。设计了由系统输入、疏散仿真及疏散流线优化模块组成的疏散流线设计仿真优化框架。其中,系统输入模块包含疏散需求、疏散网络、疏散行为参数;疏散仿真模块用于给定疏散流线方案下疏散效率的模拟测算;疏散流线优化模块则基于疏散仿真模拟结果迭代优化疏散流线方案。疏散仿真方面,考虑到行人在疏散途中可能动态修改疏散路线的特点,基于Logit模型构建了行人疏散择路行为模型。疏散流线优化方面,为提高疏散效率,避免局部通道过于拥挤,设计了以整体疏散时长、所有个体总疏散时间和通道最大饱和度最低为目标的疏散流线优化模型,并应用基于NSGA-Ⅲ的疏散流线多目标优化算法进行求解。以虹桥火车站到达层疏散场景为例开展模型验证,结果表明:相比于常规情况无特殊流线设计的疏散方案,优化方案的整体疏散时长、所有个体总疏散时间和通道最大饱和度分别降低36.2%、16.6%、51.6%。该方法对建设安全高效的综合客运枢纽内部行人疏散系统具有较好的参考及应用价值。

致密砂岩气储层多尺度“地质-工程”双甜点评价新方法

勘探开发实践证实水平井分段体积压裂是致密砂岩气储层开发的关键技术,其中储层甜点是井位部署和储层压裂分段和射孔位置优选的主要依据,但由于致密砂岩气储层通常为砂泥岩不等厚互层,天然裂缝展布情况与地应力状态复杂,且“地质—工程”双甜点识别精度低、重合度低、压裂改造参数优化缺乏依据。为此,基于地质—工程一体化思路,建立了考虑全烃含量、储层孔隙度等因素的地质甜点预测模型,提出了考虑岩性、破裂形态、断裂力学特征、扩容剪胀效应等因素的多尺度三维工程甜点评价新方法,随后形成了致密砂岩气储层“地质—工程”双甜点评价新模型。最后,以鄂尔多斯盆地临兴地区致密砂岩气田为例,建立了多尺度三维双甜点模型,并优选两口井,对其双甜点剖面与施工压力和改造体积进行对比分析。研究结果表明:①剪胀角对研究区域工程甜点分布影响最大,其次为耗散能、弹性模量和断裂能;②高地质甜点段并不一定是页岩气高产段;③高工程甜点段施工压力相对较低,改造相对充分;④优质地质甜点与优质工程甜点在空间位置上一致性较差。结论认为,致密砂岩气储层的改造应以地质甜点为基础,工程甜点为核心,综合考虑双甜点的分布,该多尺度“地质—工程”双甜点评价新方法为致密砂岩气储层甜点预测及开发方案的优化提供了重要技术支撑。

基于地质工程一体化的CO_(2)泡沫压裂优化设计与实践——以苏里格气田苏X区块为例

CO_(2)泡沫压裂是提高致密砂岩气藏开发效果的有效手段。苏里格气田苏X区块中部为下一步稳产重要接替区,相对于北部主产区,其储层连续性、物性均较差,可动水饱和度较高,导致常规水基压裂气井水锁伤害现象严重、压裂液返排难度增大。以苏X-A3井为例,基于CO_(2)泡沫压裂地质工程一体化理念,首先应用建模数模一体化,研究储层物性、含气性与可动水分布等生产特征选井选层,避水布井射孔;其次应用地质压裂一体化,研究储层物性与压裂工艺匹配性,优化压裂液体系与压裂规模、泵注程序;最后应用评估修正一体化,根据返排试气试采资料,评价压裂效果与工艺的适应性,修正压裂前地质模型,完成地质工程一体化技术闭环。研究结果表明:地质工程一体化理念应用于CO_(2)泡沫压裂优化设计,能够更全面准确地认识储层品质与生产动态,提高CO_(2)泡沫压裂设计的针对性,为CO_(2)泡沫压裂效果提供保障。现场实践表明,该方法较以往常规水基压裂设计更符合实际需求。

调度指挥系统优化整合工程设计方案

针对枢纽地区和繁忙线路两种不同运用场景,在满足现有各项技术规范和运输调度指挥规章制度的前提下,从降低实施难度和节省工程投资的角度出发,提出基于远程控制技术和中心站集中控制技术的调度指挥系统优化整合工程设计方案。结合实际工程案例,对比两种方案的工程技术特点,总结在实际工程中的运用经验,从两种不同运用场景的特点出发,分析在具体运用场景下的适用性和经济性,为将来在新建工程和改建工程中实现调度指挥系统优化整合提供参考。

机动飞机／发动机设计参数的一体化选择

发展了一种机动飞机／发动机设计参数的一体化选择方法和软件。根据机动飞机的飞行任务要求，确定设计目标和约束，其中包括飞机性能约束和发动机部件设计约束，并以此对飞机的主要设计参数和发动机循环参数进行一体化优选。该软件由飞机几何、飞机质量、飞机气动性能、发动机非安装和安装性能、发动机质量和外廓尺寸、飞机性能、优化等模块组成。此软件已应用于已有机动飞机／发动机的改型方案论证和未来高机动飞机／发动机方案的分析研究，本文给出部分计算实例。使用此软件的经验表明，计算结果合理，计算精度和所需时间适合于飞机／发动机系统方案论证和初步设计。

车身结构概念设计集成系统的实现

为了弥补车身在概念设计阶段所产生的缺陷,提出了集车身几何建模、分析、优化于一体的集成设计系统VCD-ICAE。该系统支持"分析驱动设计"的新概念设计思想,以计算机辅助工程技术为核心,融合模板技术、参数化技术和优化技术,对车身结构概念设计的整个过程进行有效的支持,能够自动、快速地建立参数化车身几何模型和有限元网格模型,准确、有效地进行车身强度和模态的计算和校核,并实现以车身总体性能为设计目标的参数优化和形状优化,为用户提供最优的产品设计方案。介绍了该软件的特点、功能和结构流程,以某车型为实例,验证了该软件的有效性。

开放式飞机总体设计环境的原型研究

为综合集成飞机总体设计过程中所使用的各种设计分析工具以更大程度地发掘软件资源的技术价值、提高设计质量和设计效率,提出了采用开放式系统进行资源整合的方法。分析了飞机总体设计中软件应用所存在的问题及典型集成系统发展现状,定义了飞机总体设计中的模块、组件、子系统等功能实体单元及开放式系统架构的概念,并以此为基础设计了包含资源层、中间层、应用层和协同层4个层次的系统软件架构以及构建于网络之上的系统硬件架构体系。规划了系统集成与数据传输逻辑,提出了采用智能体进行飞机总体设计分析工具集成的途径,完成了包括组件自定义开发、方案设计和任务管理在内的各子系统构建逻辑并实现其正常运转。最后给出了基于系统开放式架构所形成的战斗飞机总体设计环境以说明系统集成的可行性及应用前景。

超燃冲压发动机一体化设计与优化方法研究

建立了超燃冲压发动机一体化设计的优化模型,研究了超燃冲压发动机在总体性能要求与约束条件下,进气道、燃烧室(含隔离段)、尾喷管之间的性能匹配和参数优化。针对将计算流体力学(CFD)方法应用到优化设计过程中所带来的运算量巨大的问题,引入了基于PVM(并行虚拟机)的遗传算法,为包含有复杂流场计算过程的优化设计问题提出了一条易于实现并经济、可靠的解决途径。

基于构件内力优化的车身结构轻量化设计

针对细长杆件的轴向承载能力要远大于其他非轴向的承载能力的特性,提出了基于构件内力优化的车身结构轻量化设计理念。从构件受力合理的角度来实现客车车身骨架轻量化,即通过对整车结构的力流分析,得到车身结构整体及主要构件受力特性,找出整车骨架中的高应力及低应力区域。进一步对高应力或低应力杆件的内力成分和应力成分进行分析。在保证强度的基础上,从结构受力合理的角度出发,挖掘整车轻量化的潜力。最后结合某款全承载式客车进行了相应的轻量化设计,在降低结构最高应力的前提下实现减重220kg。

多用途战斗机/涡扇发动机一体化循环参数优化

针对多用途战斗机的特点,发展了基于飞/发一体化的涡扇发动机循环参数优化设计模型和相应的计算程序,优化设计模型中包括双变量控制涡扇发动机特性计算模型、进排气系统安装特性计算模型、飞机气动特性分析模型、重量组成分析模型、任务剖面分析模型、约束分析与任务分析模型和优化计算模型等。重点研究了多用途战斗机约束边界的获得方法,利用多岛遗传算法和自适应模拟退火优化算法,分别对现役多用途战斗机、不加力超声速巡航多用途战斗机以及下一代先进多用途战斗机用涡扇发动机循环参数进行了优化计算,对计算结果进行了分析,获得了对多用途战斗机用涡扇发动机循环参数选择有指导意义的结论。

基于虚拟样机的飞机总体设计环境的体系研究

提出了综合集成飞机总体设计过程中所使用的不同学科专业的各种设计分析工具、创建基于分布式技术的网络化飞机总体设计工作环境、利用虚拟样机进行飞机总体设计的概念。定义了应用于飞机总体设计过程中的虚拟样机的概念,并分析了它与数字样机、CIMS等概念之间的区别和联系。以此为基础确立了飞机总体虚拟样机设计环境的分布式系统体系,设计了系统的逻辑结构和框架,规划了设计环境中的工作流与数据流,完成了各种相关技术在系统开发中所处层次地位的分解,提出了利用智能体/代理进行飞机设计工具集成的途径,分析了基于虚拟样机的飞机总体设计模式。最终构建了设计环境的原型系统,实现其正常运转。

复杂工程系统多学科设计优化集成环境研究

复杂工程系统的设计是一个多学科互相适应的系统过程,是一个多学科交叉综合设计优化的多目标决策过程。针对复杂工程系统设计过程,提出了复杂工程系统多学科设计优化集成环境模型,作为提高设计自动化的平台,给出了集成环境的体系结构和技术结构方案,定义了集成环境优化设计的流程;详细说明了工程系统多学科设计优化方法、智能产品模型两项关键技术。最后对集成环境的实施和验证做了相应的阐述。

承载式车身结构局部改型的快速耦合参数化优化设计

针对局部改型结构建立参数化模型,并与其余有限元模型耦合,生成车身结构局部参数化耦合模型.根据性能验证该快速耦合参数化建模的可靠性以及基于该方法所建立模型优化设计的合理性.车身局部参数化耦合模型的建模准确度较高,通过试验设计及径向基函数建立的近似模型能够较好地预测车身耦合模型的性能,利用混合方法多目标优化算法求解设计变量,可实现多目标的优化设计.故快速耦合参数化优化方法在满足设计有效性同时可节省建模时间、提高优化效率.

大跨径梁桥墩顶块空间应力数值分析及优化设计

为了优化大跨径连续梁桥和连续刚构桥墩顶块的分析方法,对墩顶块几何尺寸的确定方法、预应力的模拟方法、荷载的施加方法、边界条件的选取进行了分析,并且通过参数分析提出了有效的解决方法。在此基础上,提出了考虑普通钢筋配筋率影响的允许应力增大系数法,明确了墩顶块三维有限元计算结果的判断方法;提出了墩顶块倒角优化设计方法和一种新型的墩顶块形式。研究结果表明:墩顶块顶板、底板和腹板应力增大系数参考值为1.05,横隔板为1.10,倒角为1.55;只要墩顶块有限元模型尺寸足够大,加载方式对墩顶块关心位置计算结果的影响可以忽略;对连续梁墩顶块而言,倾斜隔板墩顶块各部分应力峰值较竖直隔板墩顶块有了很大的改善。

集成电路可制造性工程与设计方法学

集成电路（ＩＣ）可制造性工程与设计是近年来发展很快的研究领域，它集ＩＣ设计、制造、封装和测试过程为一体，在统一框架（即产品制造成本和成品率驱动）下，对产品进行规划和设计。应用该技术可以大大缩短ＩＣ产品研制周期、降低制造成本、提高成品率和可靠性，本文将综述该领域的研究进展，并阐述进一步的研究方向。

基于非线性规划法的实用船型首部优化设计方法

为了得到阻力性能优良的实用船型,以线性兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法探讨最小总阻力船型的优化设计方法。以总阻力为目标函数(其中兴波阻力采用Michell积分进行计算),船体表面型值为设计变量,排水量不减为基本约束条件,再考虑实用船型的附加约束条件,对船体首部形状进行优化研究,得到改良船型。对优化前后的船型再利用Rankine源法进行兴波阻力数值计算,进一步评估优化后的降阻效果。最后给出了实际船型(集装箱船)的优化计算实例,明显的降阻效果证实了本优化设计方法的可靠性。

复杂工程系统优化设计集成框架研究

优化设计对于提高复杂工程系统的设计质量具有重要意义,它贯穿于系统设计的整个过程之中。针对复杂工程系统的优化设计过程,提出了二维正交分析模型以减少系统分析的复杂性;定义了优化设计问题的变量类型以及解决设计问题的迭代方式;分析了复杂工程系统优化设计的基本阶段。以上3部分是复杂工程系统优化设计集成框架的支撑技术,为其提供了必要的理论基础。最后提出了复杂工程系统优化设计集成框架模型,以此作为提高设计自动化的平台,并对其实现机制和验证实例做了相应的阐述。