面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行仿真研究

城市轨道交通是解决城市交通拥堵问题最强有效的绿色交通方式,其高峰期客流激增且客流时空分布不均,而面向虚拟连挂的城轨列车动态灵活编组和群组追踪运行能有效满足复杂多变的城轨运营需求。本文剖析面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行过程,给出虚拟连挂列车群组最小安全追踪距离计算公式;以单列标准车长的线路路段为一个元胞单元,设计速度及位移更新规则,构建基于元胞自动机的城轨列车群组追踪运行仿真模型;以某市地铁2号线为背景,多角度仿真刻画面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行性能。仿真结果表明:面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行模型能有效缩短列车最小安全追踪间隔时间,城轨线路通过能力较移动闭塞制式提高78.4%;头车延迟引起的后续列车晚点总数量及总晚点时间更小,呈现出更佳的抗干扰性与恢复性能,且宜采用小编组列车实现虚拟连挂;动态混合编组的城轨列车群组追踪运行性能最佳,单一小编组的次之,大编组列车群宜在小编组列车群前面运行;城轨列车群组旅行速度总体上与平均站间距呈正相关;当列车发车间隔大于延迟时间时,平均站间距对列车群组的延迟影响不敏感,相反,则影响较为显著。研究结论能够为面向虚拟连挂的城轨列车群组追踪运行决策提供技术支撑。

以创新创业能力为导向的细胞生物学实验混合式教学研究与实践

建立细胞生物学实验线上线下教学模式,须以创新创业实践能力培养为导向,以慕课、微课、虚拟仿真实验、大学生创新课题和竞赛、教师科研项目、企业项目等教学形式为载体,引入混合式实验教学模式,完善多元化的实验评价体系。这种教学模式对学生创新创业热情的激发和创新创业能力的培养具有积极作用。

面向细胞显微成像的虚拟染色技术的研究

细胞显微成像是生物学研究中进行细胞表型检测、获取细胞特征信息的重要手段。传统荧光成像技术是目前主要的细胞成像手段,但是荧光成像系统结构复杂、成本较高,而且特异性染色会对细胞造成损伤。针对此问题,研究了一种虚拟染色技术,使用多模态配准算法执行严格配准明场和荧光图像数据集,改进网络架构、损失函数、后处理、硬件适应性用于训练优化,并且通过虚拟染色评价标准对染色转换偏差进行验证。该方法可以降低荧光成像对荧光成像设备的依赖,无需各种复杂的染色操作,将会减轻生物研究、病理分析、疾病诊断流程的负担。

急件订单干扰下虚拟单元重调度

虚拟单元生产中,针对急件订单干扰情况,研究了考虑序位相似性,即尽量保持初始工序的加工次序的虚拟单元重调度问题。为了应对急件订单干扰,设置了各工件工序可用机器集合和相应的加工时间集合,构建了以序位相似性最大和急件订单完工时间、系统总流程时间最短为目标的多目标非线性整数规划模型。针对模型自身特征,采用了遗传—蚁群算法相结合的优化算法求解模型。最后,以船舶实际生产为例,验证了模型的可行和优越性,以及算法的有效性。

基于阻塞流理论的船舶建造中管件加工虚拟单元调度问题研究

虚拟单元制造系统是适用于多品种小批量的生产组织模式,其在船舶建造中的应用有利于提高船舶建造的效率和柔性;但如果调度方案不当,容易引起交货期延迟的现象。鉴于船舶建造生产的特点,论文对船舶建造中虚拟单元制造系统的调度问题进行了研究。以某船厂舾装作业中的管件加工为例,在对管系托盘中的管件聚类分析的基础上,采用阻塞流理论,以设备与加工工序的分配和时间为约束,将调度问题转变为最小时间最大流问题。采用改进的预估时间增量算法求解管件族在不同工作地之间加工的最优路径。在生产任务既定的情况下,以完工周期最小化、设备最大负荷最小化、等待时间最小化为优化目标,构建了管件加工多目标优化模型,并采用免疫遗传算法求解。将求解结果与当前企业管件加工实际数据进行对比,并采用Witness软件对存在着多种动态因素的实际生产过程进行仿真,验证了方案的可行性及有效性,该方法对船舶建造中其他生产环节的生产组织亦具有参考和推广意义。

虚拟制造单元设计与评估

虚拟制造系统可通过多种制造资源的合理配置和布置形成虚拟单元制造系统,在这种系统中可以迅速建立各种虚拟制造单元进行多种产品生产,以适应市场需求的快速变化。对虚拟制造进行的研究主要分为三部分,即为虚拟制造单元的设计、运作和经验研究。虚拟制造未来研究的一个重要方向是:测试用于设计一段时间内虚拟制造单元结构的单元设计方法。引用一种虚拟单元设计方法,设计一定时间内的虚拟单元,并将设计方法用于实际生产运作中。对设计出的虚拟单元,使用GI/G/m排队论进行评估,与原生产系统进行对比,从而比较优劣。

新订单与时间窗口混合驱动的继承性虚拟单元重构

为减少虚拟单元重构对原有单元的影响,在新订单到达的情况下,考虑订单与时间窗口相结合的混合驱动方式,研究了继承性的虚拟单元动态重构问题。为保持重构后单元生产的高效性与稳定性,实现虚拟单元的继承性重构,以产品工艺相似性、跨单元次数、设备利用率、物流成本、单元内机器数量和类型变动等为目标,构建了非线性多目标整数规划模型,设计了基于动态层次分析的多目标遗传优化算法求解模型。以船舶生产为例,验证了所提模型的可行性和算法的有效性。实例分析表明,继承性虚拟单元重构在提高设备平均利用率、减少物流成本和完工时间等方面具有明显优势。

虚拟制造单元瓶颈缓冲区容量优化

文章是在虚拟制造单元的生产方式下,基于约束理论考虑面向多个加工任务同时进行加工时瓶颈资源问题,以减少生产波动对瓶颈资源的影响来针对缓冲区容量问题进行研究,以最优缓冲区容量为目标建立目标函数模型,利用改进遗传算法求解,同时结合在制品拒绝率、在制品数量和设备的利用率等指标来评价缓冲区容量的优劣。最后,通过某船厂的实际数据进行验证,运用MATLAB进行仿真,仿真结果验证了方法的有效性和可行性。

基于改进弹簧-质点模型的柔性绳索仿真

针对虚拟吊装训练系统中柔性绳索模拟仿真时存在的实时性、逼真程度较差等问题,基于物理建模提出了一种蜂窝状弹簧-质点模型应用于绳索形变仿真.该模型依据绳索细长、柔韧等特点,将传统正方形弹簧质点网格改进为蜂窝状弹簧-质点模型,其由多簇六边形立柱状弹簧-质点包围而成,绳索各部分质量均匀分布,质点间设置4种弹簧模拟绳索内部弯曲、扭转、拉伸等形变特性;为加快求解速度同时保证精度要求,使用改进的Verlet-梯形预测-校正法对数值计算进行求解.仿真结果表明,文中模型是可行的;数值计算结果表明,Verlet-梯形预测-校正法在效率、精度方面均优于其他数值计算方法.

虚拟企业细胞式治理体系

为实现虚拟企业的协同运作与资源优化配置,保障总体任务的完成,建立了细胞式治理体系结构,通过重构进化适应环境的复杂性和动态性。在该体系中,核心企业组成的细胞核系统是控制中心,成员企业构成的细胞质系统提供了不可或缺的功能单元,信息技术治理构成生物膜系统为虚拟企业治理活动提供了必需的信息技术支持。核心企业和成员企业根据各自所承担总体任务过程中的子任务价值系数,采用耦合程度不同的多元化治理结构安排。非正式社会机制是虚拟企业正式治理机制的有力补充。虚拟企业细胞式治理体系结构是一个虚拟企业治理的集成化通用理论分析和结构设计框架,可以为虚拟企业的结盟和治理提供理论指导。

敏捷制造模式下的单元化制造

分析对生产组织和运行的要求，提出敏捷制造的组织和运行方式。在物理上，系统中的共享制造资源要按照成组技术进行组织和布局，而在生产组织上则要面向订单进行。对每一订单都要构成相应的虚拟单元（车间），它们具有自治性。在管理上，需要一种协调机制，来协调这些自治单元（车间）对公用的制造资源的分享。

基于语义特征造型的虚拟装配

协同虚拟装配技术是虚拟样机技术与虚拟现实技术相结合所产生的一个新的研究热点。基于细胞元表示的语义特征造型技术,提出一种统一的协同虚拟装配框架,在该框架下能够有效支持异构CAD系统间零件及装配体的协同装配。网络传输以特征依赖图存储的操作信息,可降低网络负荷,提高响应速度。该思想初步应用在自主开发的HUST-CAIDS与UG间的异构协同设计中,证明了以上理论的可行性。

基于CA的结构拓扑设计的研究——平面薄板加强筋拓扑形态创成的仿真

根据CA(CellularAutomata)算法的模型和过程 ,设计了它在结构拓扑形态设计中的应用步骤。以简单结构的力学模型为基础 ,分别用力学规则和神经网络方法进行归纳、整理、分类和学习 ,得到了进化规则 ,进行自下而上地自动创成结构形态。以平面薄板的加强筋设计为例 ,进行计算机仿真 ,得到的结果与实际依靠人的经验设计的结构拓扑形态较为吻合 。

基于2.5维元胞自动机的人群疏散模型

在二维元胞自动机的基础上提出2.5维元胞自动机的新概念。以大型运动场馆为研究对象,研究和建立了基于2.5维元胞自动机的人群疏散网格模型。该模型兼顾考虑了场地客观因素及人员主观因素方面的影响,引入的高程因素对人群疏散情况分析是有效的。最后通过实例论证了提出的2.5维元胞自动机模型对人群疏散仿真效果的实用性及合理性。

城市立交桥空心板梁中隐型盖梁的空间受力分析

对城市桥梁隐型盖梁的设计计算方法进行了初步探讨 ,重点介绍了有限元中的一种新型单元——虚拟层合单元 ,并应用该种单元把隐型盖梁作为空心板梁的一个组成部分进行整体的空间分析。结果表明 ,虚拟层合单元法与通常的计算方法相比 ,避免了一些不合理的假定条件 ,模型所需的单元数量少 ,计算效率高 。

三维虚拟城市自动化生成方法研究

从城市元胞自动机模型的角度研究三维虚拟城市的自动化生成方法。通过建立城市元胞自动机模型,模拟城市土地单元的演化过程,根据演化结果确定各土地单元的空间位置和相应的建筑物类型。研究利用Creator进行三维场景建模,利用OpenGVS场景管理技术随机生成建筑物,并将其布设在三维场景的相应位置上,生成三维虚拟城市,并就三维虚拟城市自动化生成系统的功能结构设计和数据结构、空间坐标转换等技术问题进行了探讨。

车辆行驶的虚坡模型

传统方法在模拟车辆行驶时尚存在不足。对于元胞自动机模型,当各车辆的最大速度不一致且车辆数目较多时,会产生计算困难。文中提出一种对车辆行驶进行模拟的虚坡模型,它假想每车尾部有一类似于动物负责运动协调的尾巴的虚坡,其形状如中间受集中载荷的固支梁挠度曲线的半支所示。各车的速度由其触及到的前方车辆的虚坡宽度及道路宽度等局部环境计算,并用固支梁挠度曲线对其进行必要的平滑。它无需将道路划分为一系列的单元格,同时又是一种分析形式,而非统计形式的模型。该模型被用于模拟具有不同最大速度的车辆行驶过程。计算结果表明该模型能在一定程度上适应车辆行驶过程复杂多变的特点,能对跟车和超车过程统一地进行模拟,且可对车辆数较多的交通流问题进行模拟。司机行为可以体现为有关固支梁的强度。

虚拟单元下船舶分段缓冲区调度优化模型研究

在虚拟单元制造生产方式下,对船舶制造企业的分段缓冲区的调度问题进行研究,提出了考虑缓冲区时空占用率和承载设备移动成本率的缓冲区资源优化函数调度模型,应用人工蜂群算法进行模型求解,实现了调度方案的全局优化。根据某船厂实际生产数据应用MATLAB软件进行仿真,验证了该模型的可行性和有效性。

基于虚拟蜂窝网络的多跳最大比值合并分集技术的算法

为了解决下一代通信系统中的传输功率峰值问题,提出了一种基于虚拟蜂窝网(VCN)的多跳最大比值合并分集(MHMRC)技术。该方法能够降低路径总的传输功率,提高功率分配效率,并且可以随着网络中无线端口的随机增减进行自适应变化。首先给出多跳中继结构使得网络中的总功率得以降低,然后理论计算多跳网络下采用最大比值合并技术的传输功率,最后进行了计算机仿真,并给出了各种参数对网络性能的影响。结果表明,该方法能够有效地降低路径中的跳数、降低系统的传输功率,进而提高网络的系统容量。

细胞生物学实验教学改革的探索与实践

实验教学是本科人才培养的重要环节,也是学生创新能力培养的重要手段。细胞生物学理论课程的不断深化,要求实验课也需要不断改革以与理论课相适应。结合林业院校现状建立了细胞生物学实验线上线下混合式教学模式,激发了学生对细胞生物学实验的兴趣,变被动学习为主动学习,提高了实验教学质量。