Towards Production and Energy Coupling System Modeling and Simulation for Energy Optimization in the Process Industry

The production and energy coupling system is used to mainly present energy flow, material flow, information flow, and their coupling interaction. Through the modeling and simulation of this system, the performance of energy flow can be analyzed and optimized in the process industry. In order to study this system, the component based hybrid Petri net methodology (CpnHPN) is proposed, synthesizing a number of extended Petri net methods and using the concept of energy place, material place, and information place. Through the interface place in CpnHPN, the component based encapsulation is established, which enables the production and energy coupling system to be built, analyzed, and optimized on the multi-level framework. Considering the block and brief simulation for hybrid system, the CpnHPN model is simulated with Simulink/Stateflow. To illustrate the use of the proposed methodology, the application of CpnHPN in the energy optimization of chlorine balance system is provided.

基于Unity3D的机床加工实训仿真系统

针对目前高校机械专业学生在机床加工实训当中普遍存在设备操作危险、实训加工设备不足且实训效果不佳的情况,本研究以工业机器人转运及机床加工阶梯轴过程为研究对象,借助Unity3D开发平台设计出虚拟现实机床加工实训仿真系统。运用SolidWorks与3DsMax软件完成了三维建模,运用Photoshop软件对模型进行贴图和UI界面设计。使用Unity Animation组件完成阶梯轴生产加工过程动画,利用Unity3D配合C#语言实现了场景漫游、视角定位切换、虚拟手抓取等功能,最终完成并发布了机床生产加工仿真实训系统。该系统展示了阶梯轴在机床上的加工过程,实现了加工过程的可视化及进程控制,同时具备人机交互功能,选择使用虚拟手替代工业机器人完成上料,控制视角转移观察加工过程,能够极大的提高学生的实训兴趣,提高实训效率,改变传统生产加工实训方式。

土壤学互融互补混合式智慧教学模式改革成效

土壤学是理论系统性高和应用实践性强的重要专业基础课。探索基于网络信息技术的土壤学线上线下混合式教学的新型模式,对于全面推进新时代一流专业建设及一流专业人才培养至关重要。综合应用文献查阅法、问卷调查法和经验总结法,以优化教学内容和变革教学策略为途径,构建土壤学“互融互补混合式智慧教学模式”。这一新型教学模式包含“思政元素、专业应用、学科前沿、行业发展”的四元融合知识体系、“课前-课中-课后”三环渐进混合式智慧教学方式、“一、二课堂互补,现实虚拟互补”的二维互补实践创新能力培养体系。模式实施以来有力地提升土壤学“一流课程”“思政示范课”建设质效,以及富有“三农”情怀、能“识土-辨土-用土-改土”的新农科复合型高级人才质量,为其他传统专业课改革提供借鉴。

基于自适应变步长同伦法的循环流程收敛算法

包含循环流股的流程模拟面临初值难给定和传统算法收敛困难的问题。针对该问题提出了自适应变步长同伦算法,通过自适应调整同伦参数步长处理中间过程收敛失败的情形,提高收敛效率,并采用回溯线搜索法将迭代变量限制在定义域内,以提升算法的鲁棒性。构建了基于直接迭代法、Wegstein法、Broyden法和牛顿法的同伦算法,分析了同伦参数和辅助函数的影响。以淤浆法工艺生产高密度聚乙烯作为案例,模拟结果表明同伦算法可以提高模型在不同工况下的收敛性。商业流程模型软件Aspen Plus内置的求解器最高仅在21%测试工况下可以获得可行解,而同伦算法收敛案例占比可达88%。

基于图像的虚拟仿真实训课堂教学管理系统的开发与研究

随着新一代信息技术和虚拟仿真技术的发展,虚拟仿真实训平台在高校实验实训教学中的应用也越来越广泛,既降低了实验实训的成本,提高了实验实训教学的安全性,又满足了学校、师生的多种需求。但由于不同的虚拟仿真实训软件的评价标准存在差异,单纯采用虚拟仿真实训软件给出的评估结果容易出现评估偏差。因此,研发一种基于图像的虚拟仿真实训课堂教学管理系统,尽可能避免这种评估差异,能为教师提供更精准的评估结果,更有利于实现虚拟仿真实训课堂的高效管理。

法学虚拟仿真一流课程建设实践与思考

随着教育部政策的推进落实,法学虚拟仿真一流课程建设越来越具有必要性,本文在比较分析法学类虚拟仿真一流课程申报材料的基础上,将各实验课程划分为“业务流程体验类”和“思维过程训练类”,在分析现有法学实验教学不足的基础上,定义了“虚拟仿真”中“仿真”的含义,以期对法学虚拟仿真实验一流课程建设有所启发。

高速铁路弓网离线过电压对车体电位的影响

基于现场采集的阻抗参数,建立高速铁路“网-车-轨”牵引供电系统等效电路模型,进而建立包含弓网电弧仿真模型的“网-车-轨”三位一体的牵引供电系统有限元模型,并通过与实测升弓过电压进行对比,验证有限元模型的可靠性;将由等效电路模型计算得到的电压激励加载在有限元模型上,调整列车运行速度和弓网离线时间,分析其对弓网电弧发展的影响,研究弓网中离线和大离线工况下的过电压特性和不同接地方式下的车体电位和磁场分布。结果表明:当列车运行速度较大且弓网离线时间大于200 ms时,易发生弓网完全离线,并产生较高车体过电压;车速为300 km·h^(-1)时,弓网离线导致的车体过电压达6.45 kV;车底主要区域对地电位高于2 kV,磁感应强度峰值为3.8 mT;通过增加3车保护接地数量,提高车体过电压的泄放能力,使车顶-轴端过电压降至5.47 kV,最大磁感应强度降至2.6 mT,车底区域磁场分布更加均匀,有效地抑制了车体过电压,改善了车载设备的电磁工作环境。

石油化工火灾模拟推演系统在灭火想定作业训练中的应用

石油化工火灾模拟推演系统,通过在系统中模拟再现真实三维空间环境,自定义构建突发火灾事故,以验证处理过程中所采用处置措施的可操作性及科学性,从而促进指挥人员的指挥决策和协同配合能力,从而实现火灾事故应急救援推演、灭火指挥训练的软件系统。应用于消防指挥员的灭火想定作业训练,具有比传统训练方法更高效、便捷和经济的效果。

考虑轨道不平顺降维模拟的车-轨-桥系统竖向随机振动研究

基于概率密度演化理论(PDEM)开展了车-轨-桥系统竖向随机振动研究。结合正交随机函数思想和数论选点理论,提出了轨道不平顺代表样本的降维模拟方法,通过2个基本随机变量实现了概率密度层次上随机激励代表样本的模拟;基于PDEM建立了车-轨-桥系统竖向随机振动方程,并进行了算例验证;探讨了车速对简支梁桥和CRH3、CRH2和ICE3三种车辆随机振动响应的影响。结果表明:受车桥共振影响,桥梁中跨跨中竖向位移的均值和标准差在车速425 km/h时均出现了最大波峰;桥梁跨中竖向加速度均值和标准差基本呈现随车速的增大而增大变化趋势;当轨道不平顺激励主频接近车辆竖向一阶自振频率时,车体的竖向位移响应最为显著;车速越大,轨道随机不平顺对车体竖向加速度响应的贡献越大。

以工业级仿真软件为基础的化工实训系统开发与应用

化工实训是化工专业学生掌握实践操作技能的重要手段。传统的化工实训存在设备损坏、安全隐患、环境污染等问题,因此需要一种新的实践操作方式。基于工业级仿真软件开发的化工实训系统具有安全、环保、经济等优势,日益受到人们的关注和重视。以工业级仿真软件为基础,开发了一款高效、安全、辅助化工专业学生掌握实践操作技能的化工实训系统,通过对其进行应用效果评估与分析,为化工专业学生提供更好的实践操作环境。

飞机虚拟维修训练系统可信度评估方法研究

针对“人在回路”和“硬件在回路”仿真系统规模大,实体多的特点,提出一种基于二级模糊综合评价法的仿真系统可信度评估方法;运用层次分析法对飞机虚拟维修训练系统不同层级的仿真模型的可信度进行分析,从而建立一种基于二级层次模型的复杂仿真训练系统的可信度指标体系;运用模糊综合评价方法与专家评价法相结合的可信度评估量化方法,实现了对虚拟仿真训练系统的量化计算;在此基础上,利用典型实例对该方法进行了实验验证,证明该方法对可重用复杂仿真系统实现精确地量化评估;并根据实验结果分析了仿真系统的改进方向,对其提高仿真效果和实训能力具有重要的指导作用。

基于Web的多模式流程工业仿真培训系统研究

在流程工业中,通过仿真系统进行培训已经成为提高企业员工知识和技能水平的重要途径,但是传统的仿真培训系统仍然存在很多问题,使其在企业培训中的作用不能充分发挥。本文通过研究基于Web的多模式流程工业仿真培训系统,建立了一种可随时随地进行在线学习、结合二维DCS仿真和三维现场仿真以及不同岗位人员可协同操作的仿真培训方式,以克服传统仿真培训系统的不足之处。本文还介绍了仿真培训系统的架构和主要功能,并对其实现技术进行了详细阐述。

现代化工仿真技术的发展与应用

化工生产过程普遍存在间歇过程多、自动化程度低、工艺复杂、条件苛刻、危险性高等特点。传统的过程研究及开发手段风险大、周期长,需要消耗大量的人力、物力、财力。而利用现代仿真技术建立一套虚拟生产系统,人们可在没有危险的情况下从事相关科研工作;节省实际研究中所需的高额成本;动态搭建并分析反应流程,优化工艺参数,加快整个化工生产研究的进程;与搭建的流程进行人机交互,实时观察各相关设备的工作状态和反应现象;可人为设置故障点,或改变工艺参数,为应急演练和操作培训提供一种新的思路和实践;为开展化工流程模拟、仿真培训与生产过程可视化监控提供有效的支持。本文介绍了最近国内外在现代化工仿真技术领域取得的进展并探讨了其未来的发展趋势。

编组站技术作业过程实时模拟培训系统的研究

利用计算机模拟技术、网络技术和虚拟现实技术构造了分布的编组站技术作业过程模拟培训系统 ,包含编组站到、解、集、编、发各个生产环节。该系统具有较强的实时交互性、逼真性和通用性 。

工业控制系统的优化整定及其在火电厂中的应用

本文介绍了多功能控制系统优化整定装置的研制及其在火电厂热工控制系统中的应用。该装置集采集、辨识、仿真和控制器多数优化整定为一体．为工业控制系统的设计和优化整定提供了有效的手段，大量的现场实际应用表明了其实用和有效性。

薄壁零件数控加工工艺质量改进方法

提出了通过数控加工前期的预防性仿真 (包括几何仿真与物理仿真 )分析与减小工件变形的数控工艺设计过程范式 ,将工件视为弹性体 ,模拟实际加工中的工艺约束 ,建立工艺模型 ,通过有限元分析检查变形引起的微观误差。并根据工艺成本代价 ,依次采取进给量局部调整、刀具路径修正、改进装夹方案、改进毛坯结构工艺性 4种策略 ,减小或消除加工变形误差 ,达到逐步改进工艺质量的目标。

化工过程流体网络的建模与仿真

建立了化工过程仿真培训系统建模中的流体网络模型，这是有温度和组分变化的流体网络模型。利用流体网络和设备模型的不同响应速度，采用变步长仿真方法。

基于时变马尔科夫转移概率的机动目标多模型跟踪

为了消除机动目标多模型跟踪中人为因素对跟踪精度的影响,提出了一种新的基于时变马尔科夫转移概率的机动目标多模型跟踪算法.该算法通过对Baum辅助函数的最大化实现隐马尔科夫模型状态转移概率的参数估计,并将估计结果用于交互式多模型算法的设计中,构造出时变马尔科夫状态转移概率的交互式多模型算法,有效地降低了人为因素对机动目标跟踪精度的影响.通过对一个机动目标的跟踪对比,说明了该算法比传统的交互式多模型算法具有更小的跟踪误差和良好的模型跟踪概率.

基于过程系统工程理论的热力系统性能模拟

在介绍了过程系统工程理论的基础上 ,采用过程系统工程理论的序贯模块法建立了电站汽轮机热力系统的过程单元模拟和系统模型 ,并采用回路断裂与收敛策略对热力系统进行了性能拟 ,验证了模型精度 ,最后分析了过程系统工程理论在电站过程系统性能模拟、分析。

层流冷却系统过程优化控制仿真实验平台

层流冷却系统具有强非线性、工况变化频繁、带钢温度不能连续测量等综合复杂性。由于复杂的优化控制算法难以直接在冷却装置上进行验证,从工程化角度出发,开发了分布式的层流冷却系统过程优化控制仿真实验平台。该平台由模拟现场层流冷却过程的虚拟对象仿真子平台、仪表与执行机构虚拟装置子平台、回路控制系统和过程监控实验子平台、优化控制实验子平台组成。平台之间交换的所有过程信号均为标准工业信号,实验结果表明该平台可以从工程角度进行优化控制算法的有效验证。