基于PlantSimulation的半导体机台配置优化仿真分析

半导体制造工厂的机台数量配置对产线的生产效率具有重要影响,然而传统机台配置方法不能将时间维度和复杂派工策略统筹考虑,难以量化评估机台配置对产能的影响,容易出现投资浪费、产能不足、空间布局不合理等问题。在Plant Simulation仿真软件中建立半导体制造执行系统(MES)实时派工机制,模拟工厂的真实运行状态,同时提出了一种机台配置的优化算法。将此方法用于某半导体工厂的设备配置,有效提升了产能及设备利用率,为半导体及其他行业的机台配置提供借鉴和参考。

新工科背景下化工虚拟仿真实训中心建设

在新工科背景下虚拟仿真技术融合到化工实践教学中可以有效解决实践教学困难,淮北师范大学化工专业通过强化师资队伍、更新教学理念和探索过程性考核等举措不断深化虚拟仿真中心建设。虚拟仿真的引入有助于提高本科生的创新精神、工程能力和安全意识,满足化工行业需求的创新型技术人才,为提高本科教学质量提供有力保障。

结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

电厂锅炉实验虚拟仿真系统建设与应用

为开展能动专业核心课程“锅炉原理”的实验教学,校企合作开发了电厂锅炉实验虚拟仿真系统。基于两相流动与辐射对流传热原理构建的仿真系统,由风烟和汽水两大模型构成,严格遵守质量、能量、动量守恒方程。变负荷虚拟实验显示,随锅炉负荷增加,热效率降低、燃料耗量增加。根据辐射传热原理,结合火焰平均温度计算发现:只有炉膛出口烟温增加,才能保证炉膛传热负荷增加,继而抬升排烟温度,导致排烟热损失变大、锅炉热效率降低。锅炉原理实验虚拟仿真,可训练学生运用锅炉本体热力计算原理分析问题的思维,是落实创新能力培养的重要举措。

银纳米线透明导电薄膜仿真研究现状

银纳米线薄膜作为新型柔性透明导电薄膜,具有导电性能好、透光率高、成本低和柔性良好等优点。本文从电学、力学和光学三个方面介绍了银纳米线薄膜的仿真原理、仿真工具及发展现状。目前,银纳米线薄膜的电学性能仿真已研究得比较完善,能够从微观到宏观尺度建立精确的模型,常用的节点主导假设(JDA)模型、多节点表示(MNR)模型能够较好地模拟、预测银纳米线薄膜的方阻。银纳米线薄膜力学仿真尚未能建立起完美的宏观模型,只能通过分子动力学方法等对单根或多根银纳米线之间的力学性能进行仿真模拟。银纳米线薄膜的光学性能的仿真主要依靠时域有限差分方法来模拟光与材料的相互作用,依靠该方法能够模拟少量银纳米线的光学性能,并且目前已有建立大型复杂银纳米线薄膜光学模型的尝试。此外,多物理场耦合且能够反映整个银纳米线薄膜的光-电-热-力综合性能的仿真模型仍未建立,未来研究者们还需于此继续深耕。

大功率拖拉机驾驶室振动仿真与试验验证

针对路面不平度引起的拖拉机振动及驾驶员驾驶疲劳等问题,以大功率拖拉机为研究对象,基于车辆动力学理论建立六自由度人-椅-路面拖拉机振动模型,仿真拖拉机动态工况下人椅系统的振动传递过程。为验证模型的准确性,在田间及沥青道路上进行实车试验,测量动态工况下拖拉机座椅及人体头部、腰部、腿部的振动加速度,并与模型仿真结果进行对比;通过加速度响应的时域和频域分析,把加权加速度均方根值作为评价指标,对驾驶员的振动舒适性进行评价分析。结果表明:建立的人椅系统模型与振动试验的结果有很高的一致性,模型具有良好的预测效果,且驾驶员测量部位因振动产生的不舒适感由低到高为头部、腿部、腰部,为拖拉机减振及座椅设计提供了参考。

基于PID的ROV运动控制仿真

针对观察型水下机器人在水下运动时易受暗流、波浪影响,造成操控困难、系统稳定性差等问题,建立遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)不同运动的控制模型,考虑电机和导管螺旋桨推进器的传递函数对ROV控制系统的影响,确定定艏向和定深控制系统的闭环传递函数,结合模糊控制和比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)控制法,得到模糊PID控制器,基于MATLAB/Simulink环境进行ROV定深度运动仿真和ROV水平面艏向定偏角运动仿真。结果表明,与传统PID控制相比,模糊PID控制具有更优的ROV定艏向和定深度控制效果,不会发生超调现象,在抗干扰能力和响应速度方面具有明显的优势,可有效地实现ROV定艏向和定深度运动控制。

医学生理学虚拟仿真项目的设计与实现

生理学是一门重要的医学基础课程。在生理学教学中引入虚拟仿真技术,将部分授课内容情境化、可视化,并实现人机交融和互动,对传统教学模式将是重要的补充和提升。在生理学虚拟仿真项目的设计和开发中,要以教学目标为导向,贴合教学内容,注重思维培养,合理运用先进的多媒体技术,虚实结合,使虚拟仿真项目更好地为教学服务。

牛生产学虚拟仿真教学课程建设与应用研究

为推动信息技术与高等教育深度融合,该文以高校牛生产学教学需求为导向,聚焦高等教育高质量发展的迫切需要,基于动物科学专业及牛生产学课程教学的特点,从课程建设及应用要解决的重点,教学载体与教学方法、虚拟仿真教学课程内容与组织实施、课程成绩评定方式、课程评价及改革成效等方面,对牛生产学引入虚拟仿真教学、虚实结合的课程建设及应用进行详尽的研究。通过项目实施,构建校企信息共享平台、形成虚实融合教学模式,创新人才培养模式。

Factory IO在PLC应用技术课程虚拟仿真教学中的应用

提出一种基于Factory IO的PLC应用技术课程虚拟仿真教学方法。根据项目设计任务要求,从Factory IO的部件库中选择合适的零部件绘制虚拟设备图,按设计任务要求对虚拟设备进行手动调试,选择和配置PLC,将虚拟设备的信号连接到PLC I/O接口。根据项目的知识点和技能点,在TIA博途中选择合适的指令和编程方法进行程序设计。软硬件设计完成后,进行TIA博途与Factory IO的通信设置与连接,运行Factory IO中的虚拟设备,操作相关控制按钮,观察设备运行情况,修改完善设备和程序直到完全满足设计任务要求。

基于V-REP自动垂直泊车的教学仿真实验

泊车对驾驶员的操作技能有很高的要求,自动泊车系统的出现能够很好地解决这一问题,帮助驾驶员安全精准地完成泊车操作。该文对典型的自动垂直泊车进行仿真研究,针对标准和狭窄停车通道的垂直泊车,研究了C字型与人字型的泊车规划路径算法。基于机器人仿真平台(virtual robot experimentation platform,V-REP)搭建了典型的泊车仿真场景,利用用户数据协议(user datagram protocol,UDP)构建V-REP与MATLAB之间的通信,开展了V-REP与MATLAB的联合仿真实验,充分展示了自动垂直泊车的泊车过程,总结了垂直泊车的路径特点,对自动垂直泊车进行了可视化演示。此外,基于该平台为学生提供了虚拟仿真实验环境,激发了学生对无人驾驶的学习兴趣和勇于探索的精神,提高了学生的操作能力与创新思维能力,获得了良好的教学效果。

漂浮式海上风电离网制氢联合仿真实验平台

海上风电制氢有助于解决海上风电消纳和远海输电难题,但目前的仿真缺乏海上环境对制氢影响的模拟,限制了相关研究与教学发展,因此亟需开发充分考虑海洋环境载荷的海上风电离网制氢仿真实验平台。该文将风机一体化仿真工具FAST和MATLAB/Simulink电力系统工具箱相结合,实现海上风机与发电机的联合仿真,在MATLAB内部通过设计接口实现电力系统与数学模型的两工具箱的联合仿真,以此构建两软件三工具箱联合的海上风电离网制氢一体化仿真实验平台。仿真结果表明,该平台能实现漂浮式海上风电离网制氢联合仿真,可为海上风电制氢有关研究和实验教学提供有力支撑。

合成孔径雷达高分辨率成像虚拟仿真实验平台设计

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)系统组成复杂,搭载于飞机、卫星等运动平台上才可实现数据获取,难以开展基于SAR雷达实物的实验教学。为解决此问题,设计并搭建了SAR高分辨率成像虚拟仿真实验平台。该虚拟仿真实验平台将系统设计技术、实验设计技术、数据采集过程、信号处理技术、图像评估技术等SAR实验的完整流程进行了高展示度、高保真度、高交互性的计算机模拟。一方面,该虚拟仿真实验可以帮助学生理解SAR设计、工作和应用的流程,巩固相关课程基础知识,激发学习雷达信号处理知识的兴趣;另一方面,可以考查学生对相关知识的综合应用能力,增强学生解决实际问题的技能。该仿真平台已成功应用于虚拟仿真教学课程实践,教学效果良好,对培养新工科技术型人才具有重要意义。

教育数字化背景下中医眼针疗法虚拟仿真教学的创新研究

眼针疗法是针刺眼球周围、眼眶边缘的穴位以治疗全身疾病的新型微针疗法。传统的二维理论传授和技能实训教学只能片面、局部地向学生展示眼针疗法操作内容,难以达到完整、全面的教学效果。在新时代教育数字化背景下,将虚拟现实(VR)技术与实训教学、临床诊疗相融合,构建、应用具有三维优势的中医眼针虚拟实训教学系统,立体呈现眼针腧穴定位和解剖结构,模拟临床接诊流程和针刺操作步骤,提供更加便捷高效的诊疗、教学环境,提升眼针实训教学效果与医疗卫生服务能力,推动中医眼针疗法技术进基层、进社区、进家庭,助力实现“健康中国”的目标。

水击补气式压力罐及水力瞬变仿真

空气阀常常安装在输水管检修孔侧壁,进气后部分气体就会存留在检修孔上部产生气垫式压力罐的水击防护作用。据此,提出了水击补气式压力罐装置的设计方法,即利用泵站事故断电产生的水击负压现象,通过真空破坏阀或空气阀给压力罐补气,以防止输水管发生液体汽化现象并削减水击最大压力。然后,建立了水击补气式压力罐水力瞬变数值仿真数学模型。最后,以一个实际输水工程为例,计算比较了分别设置空气阀、空气阀调压室及真空破坏阀补气式压力罐时的水击防护效果,结果表明,补气式压力罐水击防护效果最好。

自动化生产线工业机器人的装调工艺仿真

在自动化生产线安装调试工作中,工业机器人的装调费时费力且难以迅速满足生产线工艺要求,提出了使用Process Simulate软件对自动化生产线中的工业机器人进行工艺仿真的解决方案。文章介绍了使用Process Simulate软件对自动化生产线中的工业机器人进行工艺仿真的基本方法和过程,从而实现工业机器人装调效率和自动化生产线生产效率的提高。

动物科学与动物医学虚拟仿真实验教学平台的建设与实践

实验教学是动物科学与动物医学专业人才培养的重要组成部分。为了突破生物安全、动物福利、教学成本、实验条件等对动物类实验教学的制约,山东农业大学动物科学与动物医学国家级实验教学示范中心根据教学需求构建虚拟仿真实验教学平台,推动实验教学模式的创新与改革,激发了学生学习兴趣,提升了实验教学水平,实现了教学资源开放共享,提高了人才培养质量。

青皮核桃采摘机械臂设计与仿真

针对大多数核桃种植区采摘核桃仍为人工采摘,效率低下、用工多等问题,设计了一种机械臂和末端执行器协作的采摘装置。首先,采用SolidWorks建立虚拟样机,对末端执行器进行受力分析并且利用ANSYS Workbench中的Static Structural模块对末端执行器关键部件进行静力学分析,得到手指最大应力为17.69 MPa,能够完成果实抓取任务。然后,采用D-H法对机械臂建模,使用MATLAB软件的机器人工具箱(Robotics Toolbox)进行建立机械臂数字模型,并对其进行工作区间分析和轨迹规划仿真。结果表明,所选机械臂和末端执行器能够满足设计要求。

合作尝试法联合仿真模拟人在妇产科见习中的应用研究

目的分析合作尝试教学法联合仿真模拟人在妇产科主动融通见习中的应用效果。方法2022年10月,选择在中南大学湘雅三医院妇产科见习的五年制学生,共131名,随机分2组:研究组66名学生采用合作尝试教学法联合仿真模拟人进行教学,对照组65名学生采用以案例为导向的教学法(case-based learning,CBL),教学评估内容为产后出血的模拟训练,通过理论测试、迷你临床演练评估(mini-clinical evaluation exercise,Mini-CEX)、学生评教表、课后调查问卷表等多方面评估教学效果。结果研究组的理论测试成绩、Mini-CEX评分表中的各项成绩、课后问卷调查的满意度均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.001)。学生评教表中研究组学生对带教老师的教学基本功、教学内容、教学方法、教学效果的评分远高于对照组,差异有统计学意义(P<0.001)。在师德、教学管理方面的评分一致,差异无统计学意义(P>0.05)。结论在妇产科主动融通见习教学中,应用合作尝试教学法联合仿真模拟人的教学形式,可以有效促进理论知识的学习、提高体格检查及操作技能水平、调动学生学习的主动性、积极性,能够真正做到“主动、融通”,并能够使学生更准确地做出临床判断、更好地做到人文关怀、改善其在临床工作中的整体表现,显著提高临床见习教学效果,并能够改善学生对教师的主观评价,更好的体现教师的教学能力及价值,值得在医学生本科教学中应用。

基于仿真数据驱动的激光钻进气体喷嘴结构优化

激光钻进采用气体作为循环介质进行清孔,合理的气体流动特性是高效清孔的保障,气体喷嘴是影响气体流动特性的直接因素,其结构设计不合理会严重影响激光钻进的效率。针对激光钻进实验平台中的气体喷嘴,构建喷嘴基本型态,对影响气体清孔效率的喷嘴结构尺寸进行分析,制定仿真方案,通过Fluent模拟气体流场,对清孔效果进行分析,采用神经网络分析喷嘴结构及仿真结果,训练神经网络模型,得出最佳清孔效率时的喷嘴结构参数并进行验证,为喷嘴结构设计提供参考。