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。

中国地震科学实验场三维断层模型Web展示原型系统

活动断层的三维结构和模型是地震危险性研究的基础参数和重要数据。随着对接近真实形态的活动断层三维模型的应用需求不断增加,对这类模型数据的共享及研究的需求也日益增加。数据共享课题的一个重要议题是如何构建基于Web的三维断层模型展示平台,提高数据共享水平和用户体验。中国地震科学实验场(川滇地区)三维断层模型Web展示原型系统①是基于Arc GIS 10.6企业版的Web App Builder工具构建的一个实验性系统。该系统实现了基于Web GIS的三维展示系统的基本功能,并成功测试了更适用于地震行业标准的用户交互方式、基本功能、场景数据迁移方案和三维场景设计方案。场景数据从三维断层建模平台到GIS平台的迁移,是实现基于Web GIS三维展示系统的基础。场景中展示的三维数据采用与二维数据标准一致且视觉上融合度高的可视化方案。实践结果表明,三维数据从建模平台迁出后,应结合数据可视化方案,在属性层面上与二维数据相融合,以保证二维和三维数据在视觉上较好地融合。

矿井瓦斯抽采参数调控实验教学系统研制

为了满足工程流体专业相关课程的教学需求,自主研发了煤矿井下瓦斯抽采参数调控实验教学系统,可实现不同管道阻力、漏气程度、抽采负压等条件下瓦斯-空气流动规律的实验模拟。该系统由井下煤层抽采环境和瓦斯压力状态子系统,井下瓦斯抽采管网、阀门、动力结构子系统,气体体积流量、瓦斯体积分数、气体压力等气体参数采集子系统以及参数上传和数据分析处理子系统四部分组成;利用单片机控制各个阀门的开度、泵的转速,实时监测各个区域流经的气体体积流量、瓦斯体积分数、气体压力等数据。该系统可以开展工程流体专业相关课程的教学实验,培养学生对专业的认识,提升学生的动手能力。

变电系统运行状态感知与协调调度实验虚拟仿真的设计与实践

为有效培养学生在变电系统实验中的自主探究能力和工程创新能力,设计了变电系统运行状态感知与协调调度实验虚拟仿真系统。分析了实验虚拟仿真教学的必要性,构建了以“两性一度”为原则的实验仿真内容,提出了以目标成果为导向的实验教学评估机制,并设计了与实验内容相适应的虚拟仿真教学方法。实践表明,该实验虚拟仿真突破了实验抽象、危险且单一的教学模式,有助于培养学生发现问题、解决问题的主观能动性和分析思考能力,解决实践教学中目标、行动与评价脱节问题,有利于提升电气信息专业的实验教学质量。

铀溶液多体系统核临界安全实验不确定度分析与基准化

为研究铀溶液多体系统的核临界安全特性,中国原子能科学研究院利用铀溶液核临界安全实验装置开展了两个系列的双平板式多体系统核临界安全实验,并完成了所有实验数据的不确定度分析和基准化。铀溶液多体系统由正对的两个相同尺寸的平板容器组成,平板容器之间的距离和隔离体能够改变,开展了距离效应和屏蔽效应共24个临界实验。根据国际核临界安全基准实验手册(ICSBEP)提出的不确定度分析方法进行了实验的不确定度分析,最大的总不确定度为200 pcm。建立了全部实验的详细基准模型,对两套蒙特卡罗软件与核截面数据库的组合计算特定系统k_(eff)的适用性进行了评价。两套组合的计算值与基准值的最大计算偏差分别为309.0 pcm和252.0 pcm,确认这两套组合均可用于相关系统的临界安全设计或安全分析。

基于CarSim/Simulink的计算机控制系统综合实验设计

针对计算机控制系统课程中控制算法设计与仿真实现,设计了基于CarSim/Simulink的控制综合实验方案。以4轮独立驱动小车为对象,要求学生熟悉其基本工作原理,并在非线性动力学模型基础上,进行局部线性近似,设计反馈控制器,模拟小车控制。使用CarSim仿真软件可直观地模拟调整4轮独立驱动小车的质量、质心位置和转动惯量等,实现个性化选择,搭建车辆模型;与Simulink接口互通,在Simulink中完成控制算法。实验设计旨在使学生夯实计算机控制系统的理论基础,并逐步过渡到控制工程,理论联系实际,培养其解决复杂工程问题的能力。

基于NXMCD的虚实映射实验交互系统设计与实践

该文基于数字孪生理念,结合NX MCD机电概念设计、PLC编程与控制和LabVIEW的图形化编程手段,完成了基于NX MCD的虚实映射实验交互系统设计与实践。以LabVIEW设计的UI界面为控制监测端,物理对象与MCD虚拟模型为执行端,实现了物理对象与MCD虚拟模型的虚实映射,同时MCD虚拟模型能够输出控制信号进而控制物理对象。在此基础上,设计了步进电机往复运动与MCD虚拟模型虚实映射实验案例。该实验案例可为本科生和研究生相关课程的实践教学提供虚实映射交互实验方法和手段,可显著提升学生的创新实践能力与水平,是对数字化实践教学研究的一次探索。

多尺度直线位移测量实验系统的开发与应用——以“机械工程测试技术”课程为例

为促进国家级一流本科课程“机械工程测试技术”的建设,开发了一套多尺度直线位移测量实验系统,包括直线位移台、采集控制器、测量分析软件。直线位移台通过步进电机带动丝杠移动检测板改变被测位移,设计了专用的传感器安装支架,可安装多种位移传感器。设计了采集控制器,实现电机控制、数据采集、供电等功能。基于LabVIEW软件开发了位移测量分析软件,可以进行多种位移传感器的灵敏度分析和信号采集分析。该实验系统已用于实验教学,且教学效果良好,可以锻炼学生分析和解决复杂测试问题的能力。

虚实结合的测试系统动态特性测定实验教学研究

基于传感器与测控技术实验台和虚拟防真测量软件,研究了测试装置动态特性测定实验。利用现有实验设备,将设备中振动源振动幅值和振动频率作为研究对象。以交流简谐正弦信号做为输入信号,激励振动发生与输入信号同幅度同频度的振动现象。当输入信号幅值不发生变化,只改变输入信号频率值变化,利用了“频率响应法”,运用测量输入信号和输出信号幅值的变化关系,可实现对动态系统幅频特性的测定。运用测量输入信号和输出信号相位的变化关系,可实现对动态系统相频特性的测定。

钻探设备结构原理及金刚石钻进虚拟仿真实验系统建设与实验教学实施

为解决地质工程专业课程实验教学设备结构庞大复杂、难以真实体现、实验费用高和安全风险大的实验教学难题,基于计算机虚拟仿真技术构建钻探设备结构原理及金刚石钻进虚拟仿真实验系统,开发地质工程专业课程的虚拟仿真实验教学项目,包括钻探设备与钻具结构原理和拆装实验、绳索取心金刚石钻进的交互操作实验。实践表明,虚拟仿真实验系统的交互性好,可解决地质工程专业课程真实实验教学的难题,提高大学生的实践能力和创新能力,为地质工程专业创新型人才的培养提供实验教学的新模式。

岩石力学实验室信息管理系统的研发与应用

根据采矿工程专业岩石力学实验室的具体特点,提出一种以浏览器/服务器(B/S)为主、客户端/服务器(C/S)为辅实验室信息管理系统(LIMS)架构,开发一套集人员、设备、耗材、试样加工和财务等信息管理以及统计报表等功能于一体的专业实验室信息管理系统,实现实验室人员信息以及设备和材料采购、入库、报销等全流程的云端化管理。该系统契合岩石力学实验室的专业需求、操作简单、运行稳定,实现了实验室信息管理的专业化、系统化,显著提高了实验室的工作效率,优化了管理流程,降低了管理成本;设备和试验项目得到有效管控,试验数据得以规范化管理,为科研工作提供了强有力支撑。该系统的研发和应用推进了岩石力学实验室的信息化建设,对加强实验室的精细化管理,提升实验室的管理服务水平。

“机械制造技术”课程虚拟仿真实验系统设计

针对“机械制造技术”课程中传统现场实验教学的不足,设计开发了机械制造技术虚拟仿真实验系统。该系统以航空航天制造领域的实际工程问题为导向,结合任务驱动的实验教学模式,实现了加工状态监测、加工质量检测和切削参数优化等实验教学内容。引入数据驱动的切削模型构建方法,提高了虚拟仿真实验的实时性和可信度。实践表明,该实验能够满足课程的实践教学需求,激发学生的自主学习热情,提升学生的实践能力和创新意识。

高校实验室安全风险监控融合预警与数字化决策系统

高校实验室风险点与危险源密集,人机环管因素持续变化,且人员流动快、前沿探索多,导致风险隐患动态识别难、预判预警精准度不高、风险管控精细化水平不足。围绕实验室安全风险精准辨识与快速响应这一关键问题,基于实验室安全风险—隐患—事故演化规律,建立安全风险监测监控指标体系,运用物联网、人工智能、大数据分析等技术,开发安全隐患视频图像智能辨识算法,研发多源信息感知融合分析技术,研究应急响应辅助决策方法,从而构建“云边端”一体化的融合监控预警与数字化决策系统,并在学校安全工程学院实验室应用。实践表明,该系统能够对实验室进行全时间—空间—要素的多维度持续覆盖,及时发现风险隐患并有效应急响应,有助于提升实验室安全风险管控与应急能力,具有一定推广应用价值。

电力系统状态感知虚拟仿真实验设计

针对传统电力系统状态感知实验中系统建设成本高、操作危险系数大、实验模式单一等问题,开发了电力系统状态感知虚拟仿真实验。具体地,设计了状态感知原理与实验准备模块、智能感知实验操作模块、实验考核和评价模块等实验内容,提出了以目标成果导向为原则的实验评价考核方法,构建了与之相适应的虚拟仿真实验教学方法。实践表明,该虚拟实验突破了传统实验中电气设备高压操作和高危实验环境等限制,延伸了实验教学的时间和空间,有助于培养学生深入开展电力系统状态感知与分析的综合实践能力,提升了电力系统实验教学效果。

基于智能新风系统的旧实验楼宇改造的探索

以同济大学化学馆整体改造建设项目为例,介绍了基于智能新风排风联动系统的化学馆楼宇整体改造的各项措施,包含在设计中融入EHS体系、依据通风要求分等级分区设计、各项节能措施以及长效运行机制等。在项目改造过程中,以EHS理念为指导,以节能长效为目标,完成了旧楼改造的既定目标,师生满意度达到99%。本案例作为化学类老旧实验楼宇改造领域的有益探索,为旧实验楼改造和提升提供了一个典型范例,为后续工作积累了经验。

沉积模拟实验信息系统的设计与实现

多年来,国内外地质学家在沉积模拟实验研究中积累了海量的实验数据和资料,但目前缺少对此类信息进行规范化管理和共享应用的软件系统。对此,提出浏览器/服务器(B/S)模式的沉积模拟实验信息系统,实现了沉积模拟实验的实验设计方案、实验观测数据、实验结果等信息的集成管理、高效检索和可视化分析等功能,从而为沉积模拟实验的网上信息化管理与分析应用提供可行方案。最后,以某油田辫状河储层沉积模拟实验为例,介绍了系统中实验项目检索、实验详情浏览、砂体测量数据的统计分析等功能的应用效果,说明了本系统的实用性。本系统的研发与应用可极大地方便沉积模拟实验数据的管理、分享及分析工作。

无线智能显微互动系统在病原生物学实验教学中的应用

在高校信息化教学改革的背景下,无线智能显微互动系统应用于病原生物学实验教学中,充分发挥出其可视性、示范性、强制性、即时性和交互性等优势和特点,能够加强师生的实时互动交流,完善实验课的考核模式,提升学生的学习兴趣,实现优质教学资源的共享,促进实验教学效率和质量的提高。

新征程背景下“电子信息系统综合实验”教学改革

党的二十大报告指出,必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力。实验教学是提升人才培养质量和激发创新意识的重要阵地。在新征程背景下,立足教学改革新基建,对“电子信息系统综合实验”教学改革举措、实验内容创新、发展思路等进行详细分析和总结。信息化教学模式下,如何设计良好的综合实验教学内容、考核形式、质量评价、量化反馈等显得极为重要。如何不忘初心、以学生为本,以学习成果和用人单位满意度评价为导向,推动专业人才培养质量不断提升,是需要持续关注的问题。

永磁同步电机直接转矩控制系统实验教学设计与实现

为加深学生对电气传动控制技术和永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统理论知识的理解,培养学生的团队合作能力和综合实践能力,搭建了直接转矩控制系统的实验平台,在课程教学中引入了HiGale半实物仿真系统和MATLAB软件。学生基于MATLAB软件对永磁同步电机的直接转矩控制系统进行仿真建模、参数调试、运行和分析,并进一步在HiGale中进行半实物仿真实验,对主要实验过程及结果加以分析,使得教学形式更加多样化。该平台帮助学生加深对直接转矩控制系统的理解和认识,提高学生理论联系实际的能力,激发学生对电机控制技术的学习兴趣。

面向交通类专业创新人才的数字孪生实验系统

该文首先通过分析交通类专业创新人才需求,建立了产教融合“双闭环”创新人才培养体系;然后,在人才培养体系基础上,整合路侧感知计算系统、驾驶模拟器等实验设备,并结合数字孪生方法,设计了适用于交通类专业的数字孪生实验系统;最后,从学生专业认知程度、课程满意度、竞赛获奖等多个角度对实验系统进行了评价。