發(fā)布時(shí)間：2022-04-13 11:19:36
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇計(jì)算機(jī)仿真論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1仿真的總體思路
1．1信息一體化平臺(tái)
信息一體化平臺(tái)采用一體化模式，集監(jiān)控和五防功能于一體。一方面作為后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，模擬數(shù)據(jù)采集處理、運(yùn)行監(jiān)控、正常操作、事件和報(bào)警處理等，實(shí)現(xiàn)常規(guī)站監(jiān)控系統(tǒng)功能，同時(shí)新增加智能變電站特有的高級(jí)應(yīng)用功能:一鍵順序控制、告警信息分類、智能告警等;另一方面作為五防系統(tǒng)軟件，嵌入到信息一體化平臺(tái)中，不僅保留就地間隔內(nèi)電氣設(shè)備的電氣聯(lián)鎖，同時(shí)還通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互通信，交換設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能變電站站控層、間隔層、過(guò)程層3級(jí)防誤閉鎖功能。
1．2智能化保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)
智能化保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)按照保護(hù)測(cè)控裝置的物理原理建立數(shù)學(xué)模型，采用定值驅(qū)動(dòng)法，當(dāng)故障發(fā)生后計(jì)算的故障電流結(jié)果到達(dá)定值要求時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)測(cè)控裝置，按照其工作原理進(jìn)行判別，相關(guān)保護(hù)動(dòng)作，報(bào)出故障信息報(bào)文，有關(guān)指示燈點(diǎn)亮，與變電站真實(shí)設(shè)備保持一致。
2系統(tǒng)功能
智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能的仿真是以智能變電站仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將智能站高級(jí)應(yīng)用集成于信息一體化平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)了智能變電站特有的一鍵順序控制、智能告警信息分類、故障綜合分析決策功能的仿真。該系統(tǒng)從其功能上可以作為培訓(xùn)和測(cè)試的平臺(tái)。
1)培訓(xùn)功能。智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能是智能站特有的新應(yīng)用，對(duì)運(yùn)行人員來(lái)說(shuō)是全新的知識(shí)，需要進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)。該系統(tǒng)真實(shí)再現(xiàn)了智能變電站場(chǎng)景，可以為運(yùn)行人員提供一種有效的培訓(xùn)手段，使運(yùn)行人員能夠?qū)W習(xí)智能變電站中的新知識(shí)、新技術(shù)，提升專業(yè)素質(zhì)。該系統(tǒng)已經(jīng)投入培訓(xùn)使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，人機(jī)界面友好，培訓(xùn)功能完善，培訓(xùn)效果逼真。
2)測(cè)試平臺(tái)功能。智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能的仿真還可以為高級(jí)應(yīng)用功能的研究提供測(cè)試平臺(tái)。由于電力系統(tǒng)的特殊性，不能在真實(shí)運(yùn)行設(shè)備上進(jìn)行任意操作，而該仿真系統(tǒng)通過(guò)為其他系統(tǒng)或軟件提供開放的數(shù)據(jù)接口，可以反復(fù)進(jìn)行操作和設(shè)置故障，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)或軟件運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)與某公司合作，能夠正確地實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，為研究智能站高級(jí)應(yīng)用功能提供了一種有效的測(cè)試平臺(tái)。
3智能告警信息分類的仿真
通過(guò)建立故障信息的邏輯推理模型，對(duì)故障告警信息分類過(guò)濾，并對(duì)變電站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析推理，能夠?qū)崿F(xiàn)智能告警功能，可以自動(dòng)報(bào)告站內(nèi)異常狀態(tài)，并根據(jù)需求提供分層分類的故障告警信息。智能變電站各種運(yùn)行告警信息量非常大，包括3類:
1)提示性信息。這類信息不需要特別關(guān)注;
2)告警信號(hào)。這類信息雖然沒(méi)有直接引發(fā)事故跳閘，但實(shí)際隱含著可能的故障，若不進(jìn)行綜合分析，消除異常，持續(xù)發(fā)展會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生，需要給予重點(diǎn)關(guān)注;
3)事故信息。事故信號(hào)產(chǎn)生一般都會(huì)有保護(hù)動(dòng)作、開關(guān)跳閘，要求在盡可能短的時(shí)間判斷故障原因，以便上報(bào)，并依據(jù)調(diào)度指導(dǎo)進(jìn)行故障隔離和恢復(fù)操作。因此，需要對(duì)故障告警信息進(jìn)行過(guò)濾，提供分層分類的告警信息，以方便運(yùn)行人員工作。智能告警信息分類的仿真包括以下幾個(gè)方面:
1)圖形界面仿真。智能告警信息分類通過(guò)信息一體化平臺(tái)進(jìn)行展示，信息告警圖形界面是信息分類結(jié)果的直觀展現(xiàn)。在進(jìn)行仿真開發(fā)時(shí)，按照智能變電站信息分類的原則，根據(jù)告警信號(hào)重要性，告警實(shí)時(shí)顯示窗口由多個(gè)頁(yè)面組成，包括:全部告警、嚴(yán)重保護(hù)事件、一般保護(hù)事件、SOE、開關(guān)刀閘動(dòng)作和智能告警6類，所示同時(shí)還會(huì)根據(jù)告警信息的級(jí)別，通過(guò)聲音的方式發(fā)出告警。
2)數(shù)據(jù)庫(kù)仿真。智能告警信息量非常大，其仿真時(shí)所需的數(shù)據(jù)量也很多。仿真時(shí)全站采集信息采用統(tǒng)一的命名格式。變量命名格式包括:變量名、變量描述、變量單位、變量標(biāo)識(shí)、變量數(shù)據(jù)指向。變量名是信息的代表，當(dāng)變量為1時(shí)，其變量描述才有意義，該描述會(huì)在智能告警圖形界面中顯示出來(lái);變量單位的作用是區(qū)分告警信息變量的間隔，是實(shí)現(xiàn)變量篩選分類的基礎(chǔ);變量標(biāo)識(shí)的作用是區(qū)分告警信息變量的重要程度，以便于告警信息的分類;變量數(shù)據(jù)指向主要用于數(shù)據(jù)通信。
3)告警信息篩選分類功能。由于告警信息總量很大，為滿足不同的關(guān)注需求，在告警顯示窗口設(shè)置信息篩選的功能，在窗口中選擇某一設(shè)備間隔，根據(jù)告警信息變量的標(biāo)識(shí)，可以在告警窗口各頁(yè)面中自動(dòng)顯示出有關(guān)該間隔的所有信息，將不關(guān)注的信息屏蔽。可以通過(guò)左上角下拉列表選擇變電站間隔來(lái)顯示不同間隔的告警信息，使運(yùn)行人員更有針對(duì)性地查看所需的信息。
4故障綜合分析決策的仿真
故障綜合分析決策是指在故障情況下對(duì)事件順序記錄、保護(hù)裝置動(dòng)作及信號(hào)、故障錄波數(shù)據(jù)等進(jìn)行深入挖掘，通過(guò)多專業(yè)綜合分析，并將變電站故障分析結(jié)果以簡(jiǎn)潔明了的可視化界面綜合展示。通常當(dāng)變電站發(fā)生異常或事故時(shí)，其處理過(guò)程是運(yùn)行人員按照現(xiàn)場(chǎng)情況、規(guī)程及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷處理，這種方式不僅要求值班員非常熟悉變電運(yùn)行規(guī)程、規(guī)范及設(shè)備運(yùn)行要求，而且需要較長(zhǎng)的分析判斷時(shí)間。故障綜合分析決策功能可自動(dòng)為運(yùn)行人員提供一個(gè)或多個(gè)可能的事故分析報(bào)告，便于迅速確定事故原因和應(yīng)采取的措施。
4．1故障仿真
故障仿真是進(jìn)行故障綜合分析決策仿真的基礎(chǔ)，該仿真系統(tǒng)中對(duì)真實(shí)系統(tǒng)中可能發(fā)生的故障類型進(jìn)行了分析總結(jié)，可實(shí)現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)中常見故障的仿真。在仿真中故障類型，分為4類，一百多個(gè)故障:
1)一次設(shè)備故障及異常，包括線路、母線、主變壓器、電容器、所用變、斷路器操作機(jī)構(gòu)、SF6泄露等;
2)保護(hù)與測(cè)控裝置故障;
3)智能組件故障，包括智能終端、合并單元、網(wǎng)絡(luò)故障;
4)低壓交直流故障。其中，一次故障可以進(jìn)行故障相別、故障距離、故障性質(zhì)(瞬時(shí)/永久)進(jìn)行分別設(shè)置。在仿真中既可以單獨(dú)設(shè)置一次、二次故障或網(wǎng)絡(luò)故障，也可組合一次、二次故障和網(wǎng)絡(luò)故障。故障仿真范圍全面，效果逼真。通過(guò)仿真系統(tǒng)在培訓(xùn)中的應(yīng)用，該系統(tǒng)能夠在故障和異常發(fā)生時(shí)，能夠真實(shí)反應(yīng)故障現(xiàn)象和保護(hù)動(dòng)作情況，故障信息詳細(xì)，為故障綜合分析決策提供分析依據(jù)。
4．2故障綜合分析決策仿真的基本結(jié)構(gòu)
故障綜合分析決策仿真的基本結(jié)構(gòu)，以仿真支撐系統(tǒng)為服務(wù)器，進(jìn)行故障模擬、采集信息、建立推理知識(shí)庫(kù)、故障綜合分析推理，并將分析結(jié)果以可視化的形式在信息一體化平臺(tái)中展示出來(lái)。信息采集是對(duì)設(shè)備實(shí)際狀態(tài)信息和故障信息的采集，在仿真時(shí)通過(guò)支撐系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的采集;推理知識(shí)庫(kù)存放專家提供的告警及故障分析知識(shí)，推理機(jī)完成故障信息的綜合分析，給出推理結(jié)果，推理知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)以數(shù)學(xué)模型的形式存放于支撐系統(tǒng)中;推理結(jié)果展示是將推理結(jié)果以一條條報(bào)文的形式展示在信息一體化平臺(tái)的告警窗口中。
4．3建立推理知識(shí)庫(kù)
推理知識(shí)庫(kù)的知識(shí)源自變電運(yùn)行規(guī)程、規(guī)范及運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，通過(guò)分類歸納總結(jié)，形成一定的知識(shí)規(guī)則，在仿真過(guò)程中其規(guī)則內(nèi)容包括設(shè)備名稱、事件、原因、推理相關(guān)信息等。它采用統(tǒng)一建模方式，可以通過(guò)修改、完善知識(shí)庫(kù)中的推理邏輯來(lái)提高綜合分析決策的功能。
4．4推理機(jī)
推理機(jī)是利用類似專家解決問(wèn)題的思維方式，通過(guò)推理機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫(kù)的價(jià)值。在故障發(fā)生后，推理機(jī)將采集到的告警信息、設(shè)備狀態(tài)信息與知識(shí)庫(kù)中的推理建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用正向推理策略，按照推理規(guī)則進(jìn)行反復(fù)匹配和判斷，最終給出一個(gè)或多個(gè)合理的推理結(jié)果以供參考。
4．5推理結(jié)果展示
推理結(jié)果展示既是將推理結(jié)果以報(bào)文的形式展示在信息一體化平臺(tái)的告警窗口中，告警窗口“推理信息”頁(yè)面提供簡(jiǎn)單的故障分析結(jié)果報(bào)文信息，包括故障發(fā)生時(shí)間、設(shè)備名稱及簡(jiǎn)單推理結(jié)論，通過(guò)雙擊該報(bào)文信息調(diào)用具體故障分析報(bào)告的展示窗口，分析報(bào)告顯示的內(nèi)容包括故障發(fā)生的時(shí)間和間隔、動(dòng)作事件、故障原因、故障相關(guān)信息分析的結(jié)果。通過(guò)推理結(jié)果展示，可以直觀的看到故障綜合分析決策的結(jié)果。
5結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了實(shí)現(xiàn)智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能仿真的總體思路，并對(duì)一鍵順序控制、智能告警信息分類、故障信息綜合分析決策功能的仿真進(jìn)行了詳細(xì)闡述，該智能變電站高級(jí)應(yīng)用功能的仿真為既為高級(jí)應(yīng)用功能的研究提供了測(cè)試平臺(tái)，同時(shí)也為運(yùn)行人員提供了培訓(xùn)平臺(tái)，有較好的推廣意義。
作者：張洪波 劉國(guó)宏 徐巖 單位：國(guó)網(wǎng)河南省電力公司技能培訓(xùn)中心
1CAD標(biāo)準(zhǔn)和構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化
本文針對(duì)不同的變電站構(gòu)件類型，研究其標(biāo)準(zhǔn)化方法，從而可選取標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件進(jìn)行組合和建模。特別是在多排架結(jié)構(gòu)建模時(shí)，如果沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)，模型的建立將需要繁瑣的手工設(shè)置，變得非常復(fù)雜，影響模型的質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件能夠幫助設(shè)計(jì)師迅速建立起復(fù)雜模型，同時(shí)也能保證模型的質(zhì)量，提高設(shè)計(jì)效率。因此，提供一套標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件模型庫(kù)就變得十分必要。
2變電站塔架的標(biāo)準(zhǔn)化
本文研究的建模系統(tǒng)向用戶提供了110kV、220kV、500kV、750kV四種變電站類型下常見梁、柱形式的建模。它主要包含圓鋼梁、三角形格構(gòu)梁(三種形式)、四邊形格構(gòu)梁(兩種形式)、圓鋼柱、人字柱和格構(gòu)柱等。
2.1圓鋼梁和圓鋼柱
圓鋼梁和圓鋼柱是110kV變電站類型中常見結(jié)構(gòu)。圓鋼梁的主要描述參數(shù)為橫向段桿數(shù)、每段桿長(zhǎng)度;圓鋼柱的描述參數(shù)包括柱高度、地線柱高度。另外，圓鋼梁在實(shí)際工程中會(huì)設(shè)置掛線點(diǎn)，電線從掛線點(diǎn)處穿過(guò);圓鋼柱上的地線掛點(diǎn)處會(huì)有地線掛載，默認(rèn)為地線柱的最高點(diǎn)。要特別注明的是，一般提到的桿，其描述參數(shù)有起始位置、結(jié)束位置、截面類型、材料類型等。
2.2人字柱(A柱)
人字柱常用在220kV和500kV變電站中，采用三角支撐使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，在柱頂處設(shè)置連接支架，用于支撐梁。描述人字柱的特性，從下往上講:第一是根開尺寸，就是底部叉開的Y向?qū)挾?第二是是否有端撐，即是否存在第三條支撐柱，如有則需要指定端撐的X向根開寬度;第三是頂部寬度，人字柱的頂部一般會(huì)設(shè)立面積不大的操作平臺(tái)，一般為兩邊支撐柱截面面積之和的二分之一;第四是柱分段數(shù)，在段與段間設(shè)置橫撐，橫撐的長(zhǎng)度由以上參數(shù)可以計(jì)算;第五是地線柱設(shè)置，同圓鋼柱;第六是避雷針設(shè)置，一般提供用戶選擇，不為必須，避雷針也可配置分段數(shù)和長(zhǎng)度，并可設(shè)置每段截面屬性，一般截面設(shè)置形式為從下往上越來(lái)越細(xì)。
2.3三角形格構(gòu)梁
三角形格構(gòu)梁擁有三種形式，其特征描述主要包含以下部分:第一是偏心尺寸，即梁與柱之間的間隙距離;第二是橫向分段數(shù)，每一段的長(zhǎng)度屬性;第三是段與段之間的屬性，包含是否有立桿，立桿中是否有腹桿，段結(jié)尾處是否為掛線點(diǎn);第四為梁的底部寬度和垂直高度，如有起拱則最高起拱處拱起高度。為三角形I型格構(gòu)梁模型示意。該類型梁的特點(diǎn)如下:首個(gè)橫向段頂部不存在主桿，每一段的斜撐起點(diǎn)與上一段斜撐終點(diǎn)相連;模型的斜撐呈之字型前后相連。因此，該模型建模時(shí)必須保證模型的總跨數(shù)為偶數(shù)。為三角形II型格構(gòu)梁模型示意。該類型該類型梁的特點(diǎn)為在其2～3段處有一個(gè)折點(diǎn)，梁的起始寬度小于梁最大寬度。梁底部的斜撐形式為交叉形，而側(cè)面的形式則呈以中心段為軸左右對(duì)稱型。并且，此種類型每一段都存在立桿。因此，該類型在標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)需額外提供折點(diǎn)，而不需要選擇立桿選項(xiàng)。
2.4格構(gòu)柱
格構(gòu)柱常用在500kV以上級(jí)別的變電站中，其特點(diǎn)是具有高度優(yōu)勢(shì)，當(dāng)承載高壓電線時(shí)可大大降低對(duì)地面設(shè)施的影響。展示了工程中使用的格構(gòu)柱。格構(gòu)柱模型是由多個(gè)豎向的段疊加而成，段與段之間由橫向的隔層隔開，每一段有四個(gè)面，每一面的形式也不盡相同。因此，對(duì)該結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化定義，重點(diǎn)在于定義每一段。具體來(lái)說(shuō)，可將每一段分為前后左右四個(gè)面，前后面相同，左右面相同;每一面擁有底部寬度、頂部寬度和高度三個(gè)幾何屬性;每一面的支撐桿件的形式一般為以下五種形式之一:“/”、“×”、“＞”、“”、“”。段與段間的隔層一般為交叉型結(jié)構(gòu)，故此處僅需要提供截面定義接口即可。
2.5四邊形格構(gòu)梁
四邊形格構(gòu)梁包含兩種形式，其橫截面均為四邊形。四邊形I型格構(gòu)梁與人字柱結(jié)合使用，在500kV變電站中較為常見。而四邊形II型格構(gòu)梁則與格構(gòu)柱結(jié)合使用，在750kV中較為常用。展示了750kV變電站中，格構(gòu)柱和格構(gòu)梁結(jié)合使用的情況。四邊形I型格構(gòu)梁模型圖，其底面為交叉型斜撐組成，側(cè)面和頂面為“之”字相連形式斜撐。與三角形格構(gòu)梁相同，描述其特征也需要描述橫向段數(shù)、每段長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)整體寬度和長(zhǎng)度等。每一段之間的腹桿也需要進(jìn)行定義，如腹桿類型和截面等。該格構(gòu)梁的首段也沒(méi)有立桿，故分段數(shù)需要為偶數(shù)形式。四邊形II型格構(gòu)梁模型圖，與I型不同。它在兩側(cè)存在額外的支撐，可以與格構(gòu)柱連接。因此，該模型在定義時(shí)還需要提供該支撐部分的參數(shù)定義。以上詳細(xì)介紹了每一種構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)定義方法和描述參數(shù)，通過(guò)這些參數(shù)的研究和定義，為構(gòu)件的計(jì)算機(jī)模型化創(chuàng)造了前提條件。
3變電站塔架的建模方法
針對(duì)上述構(gòu)件的計(jì)算機(jī)模型設(shè)計(jì)，提出構(gòu)件的計(jì)算機(jī)建模方法。在構(gòu)件的計(jì)算機(jī)表示設(shè)計(jì)中，Component為構(gòu)件頂級(jí)父類，為每一個(gè)構(gòu)件提供了Name屬性。另外，構(gòu)件的建模需要提供一個(gè)初始原點(diǎn)，即Zero-Point，根據(jù)構(gòu)件的參數(shù)和該ZeroPoint，調(diào)用Genera-lElements生成構(gòu)件。Pole類為柱構(gòu)件的公共父類，提供了兩個(gè)公共方法:GetHeight為得到構(gòu)件的總高度，即柱本身、地線柱、避雷針的高度之和;GetBottomPoints為得到構(gòu)件地面支撐點(diǎn)。Pole類有三個(gè)子類，即圓鋼柱、LinePole、人字柱APole和格構(gòu)柱GridPole。LinePole可以設(shè)置其柱身高度PoleHeight和地線柱GroundColumn;APole可以設(shè)置其底部寬度BottomWidth、頂部寬度Top-Width、地線柱GroundColumn、避雷針LightRod、垂直段VerticalParts等;GridPole可設(shè)置的主要為垂直段VerticalParts和最上部段的頂部寬度TopWidth。除此之外，GridPole提供了一個(gè)自動(dòng)計(jì)算段寬度的方法AutoCaculateParts。Beam為梁構(gòu)件的公共父類，提供了兩個(gè)公共方法:GetLength為得到構(gòu)件的橫向全長(zhǎng);Eccentricity-Length為偏心距離，即梁與柱結(jié)合建模時(shí)，梁連接點(diǎn)到柱連接點(diǎn)距離，一般在這里安裝連接件。Beam有三個(gè)子類，即圓鋼梁LineBeam、三角形格構(gòu)梁Rect-angleBeam和四邊形格構(gòu)梁QuadrangleBeam，分別表示三種常見梁構(gòu)件。其中，LineBeam的設(shè)置只包含線形橫向段LineParts;RectangleBeam包含有寬度Width、高度Height、橫向段HorizontalParts、撓度De-flection、梁類型BeamType等的設(shè)置。Deflection是指梁最高處的拱起高度;QuadrangleBeam中除了這些屬性之外，還包含與格構(gòu)柱連接處的屬性設(shè)置StandBarWidth和StandBarHeight。除了主要的Pole和Beam構(gòu)件之外，還有其包含的子構(gòu)件。LightRod即避雷針構(gòu)件，其提供了分段數(shù)Parts設(shè)置，以及每段的截面類型SectionName和長(zhǎng)度Lengtj;GroundColumn為地線柱構(gòu)件，其提供了高度Height和截面的設(shè)置SectionName;Horizon-Part為水平向的段構(gòu)件，VerticalPart為垂直向的段構(gòu)件，一般包含段的長(zhǎng)度Length和一些特點(diǎn)屬性。上述基礎(chǔ)對(duì)象模型構(gòu)成了變電站塔架的基本構(gòu)件庫(kù)，為模型的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)建模和分析提供了支持。
4結(jié)論
本文基于構(gòu)件組裝的變電站塔架CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)模型常見構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化工作，提出自主模型構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了變電站構(gòu)件模型的計(jì)算機(jī)模型構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，并實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)建模方法。目前變電站建模系統(tǒng)已經(jīng)可以將模型在計(jì)算機(jī)中建立和生成，模型的仿真結(jié)果對(duì)變電站設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)更加重要。因此，筆者將會(huì)深入研究基于計(jì)算機(jī)模型的工程仿真方法，為變電站行業(yè)的CAD設(shè)計(jì)仿真做出更大的努力。
作者：白勇 張為 單位：重慶電力高等專科學(xué)校 重慶市電力公司檢修分公司
1計(jì)算機(jī)仿真
1．1案例介紹
2009年9月18日晚22點(diǎn)左右，一艘漁船（下文稱“船A”）在仰光河沉沒(méi)，船上16人全部遇難．由于水面風(fēng)平浪靜，漁船在出港前進(jìn)行過(guò)適航檢查，所以排除因自身原因沉沒(méi)的可能．為了查明事故原因，緬甸交通部成立事故調(diào)查委員會(huì)對(duì)當(dāng)時(shí)位于出事水域附近的船舶展開調(diào)查．海事部門調(diào)查得知漁船沉沒(méi)當(dāng)時(shí)有5條船經(jīng)過(guò)附近水域．對(duì)這5條船舶進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)：4條船都無(wú)明顯摩擦痕跡，其余1艘韓國(guó)籍貨船（下文稱“船B”）吃水線附近有摩擦痕跡，船首右舷方向有一0．5m×1m的凹陷，并重新上了船用漆．據(jù)此，“船A”的船東認(rèn)為“船A”的沉沒(méi)是由“船B”碰撞而致，要求“船B”的船東賠償損失．然而碰撞事故發(fā)生在晚上，出事海域還有其他船舶，并沒(méi)有人直接觀察到哪條船為碰撞船舶．而且仰光河上經(jīng)常有原木等漂浮物，無(wú)法辨別摩擦和凹陷是與船舶碰撞而導(dǎo)致的抑或與原木等碰撞而導(dǎo)致的．所以海事法庭裁決：僅憑“船B”有擦痕不足以斷定“貨船B”就是撞擊船舶．因缺乏有力證據(jù)，一審判決“船A”敗訴．“船A”的船東對(duì)判決不服，委托保險(xiǎn)公司找研究人員，希望找到新的證據(jù)．本文即是在此背景下進(jìn)行的仿真研究，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真駁斥和補(bǔ)充了一審中的一些證據(jù)．在新證據(jù)的支持下最終在2013年9月份的二審中，“船A”勝訴，獲得賠償．
1．2仿真建模
從緬甸海事局公布的材料模型的質(zhì)量是影響仿真分析精確度的重要因素之一．雖然仿真建模技術(shù)在不斷發(fā)展，但是目前精確建立一整條船仍是件很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作．而且實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，絕對(duì)精細(xì)的模型難以進(jìn)行網(wǎng)格剖分和有限元計(jì)算．準(zhǔn)確建立出總體輪廓和主要承力部件，忽略非承重結(jié)構(gòu)對(duì)仿真精度和精細(xì)模型相差不大．本文以實(shí)船的橫剖面型線進(jìn)行放樣，中縱剖面型線進(jìn)行拉伸切除，采用這種自上而下的建模方法得到的模型與實(shí)船輪廓=幾乎一致．
1．3數(shù)值計(jì)算
船舶碰撞是短時(shí)間內(nèi)，在巨大碰撞載荷作用下的一種復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，碰撞中存在著大量的非線性問(wèn)題，如幾何的非線性、材料的非線性、接觸非線性和運(yùn)動(dòng)的非線性等．所有這些特點(diǎn)使船舶碰撞問(wèn)題的研究變得相當(dāng)復(fù)雜．當(dāng)前的研究方法主要有：經(jīng)驗(yàn)公式法、實(shí)船試驗(yàn)方法和有限元仿真分析法．經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算粗糙，多用于研究船舶在水平面內(nèi)的二維運(yùn)動(dòng)；實(shí)船試驗(yàn)方法雖然可以得到可靠的數(shù)據(jù)，但“破壞性”試驗(yàn)的代價(jià)極其極昂貴．相比之下，有限元仿真分析法運(yùn)算能力強(qiáng)，成本低廉，結(jié)合計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的后處理功能，可直觀的再現(xiàn)碰撞過(guò)程，顧永寧、崔維成等開始利用有限元法對(duì)船舶碰撞進(jìn)行深入的研究．計(jì)算時(shí)中心差分法對(duì)系統(tǒng)剛度矩陣要求不高，但對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)要求挺嚴(yán)格．通常，時(shí)間步長(zhǎng)越小，計(jì)算越準(zhǔn)確，但可能導(dǎo)致運(yùn)算量太大而無(wú)法計(jì)算；而較大的時(shí)間步長(zhǎng)容易導(dǎo)致計(jì)算不收斂，所以在用中心差分法計(jì)算時(shí)合理的確定時(shí)間步長(zhǎng)是十分重要的一步．本文中各單元的時(shí)間步長(zhǎng)Δt按如下計(jì)算方法確定．
2仿真實(shí)驗(yàn)
2．1實(shí)驗(yàn)一
事故發(fā)生在晚上，無(wú)人看到碰撞過(guò)程，若是“船A—船B”相撞，那么2船碰撞的過(guò)程是什么樣的？據(jù)海事部門對(duì)2船的檢查：“船A”有2處凹陷，一處位于水線附近，另外一處位于駕駛臺(tái)左側(cè)；“船B”有3處擦痕，2處位于水線附近，一處位于船首外板的右側(cè)．但并不能據(jù)此來(lái)證明“船A”與“船B”碰撞，還需驗(yàn)證2船的損傷位置是否能夠?qū)?yīng)起來(lái)．
2．1．1仿真設(shè)置
利用前面建好的船舶仿真模型，根據(jù)“船A”和“船B”的變形位置、噸位、吃水確定碰撞實(shí)驗(yàn)的相對(duì)高度。模擬2船碰撞局面，還需知道邊界條件和初始條件．主要是明確2船碰撞位置、碰撞角度，以及碰撞速度．參考船舶航行記錄儀的數(shù)據(jù)，以及船員的描述可得到：“船A”航速為2kn，“船B”航速為14kn，兩者的航向接近垂直，當(dāng)時(shí)海面風(fēng)平浪靜，故無(wú)需考慮風(fēng)浪對(duì)船舶碰撞的影響．計(jì)算時(shí)“船A”現(xiàn)對(duì)靜止，根據(jù)速度的矢量合成，設(shè)置“船B”以14．14kn航速，85°方位角向“船A”左舷船中偏后位置撞去。
2．1．2仿真結(jié)果
通過(guò)仿真碰撞的平面視圖，直觀的再現(xiàn)碰撞過(guò)程．仿真實(shí)驗(yàn)得到的船舶碰撞全過(guò)程的二維。通過(guò)劃分的6個(gè)重要階段能夠直觀再現(xiàn)碰撞過(guò)程：（左邊）“船B”以8kn航速、正橫的角度向（右邊）“船A”撞去．受到“船B”的撞擊，“船A”會(huì)被推向X軸一段距離，即橫移．同時(shí)，在撞擊力與水阻力的共同作用下，“船A”還會(huì)向右側(cè)傾斜．“船B”橫向速度較大，向右航行會(huì)再次撞上“船A”，造成“船A”繼續(xù)右傾．最終“船A”右舷入水，水進(jìn)入船體，穩(wěn)性降低，加速傾覆．
2．1．3仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比
緬甸海事局公布的“船B”損傷資料，具有法律效應(yīng)和可信度．
1）由圖5a），b）可知，“船B”的船首外板從吃水線上方1m開始由下至上向前延伸使得“船B”接近正橫撞向“船A”尾部左舷區(qū)時(shí)，“船B”上方的船首右側(cè)外板要先于水線附件的首柱外板與“船A”發(fā)生接觸碰撞．這正對(duì)應(yīng)的是圖6標(biāo)示的“1號(hào)損傷”．
2）由圖5c），d）可知，第一次碰撞后，“船A”會(huì)發(fā)生右移和右傾，（“船B”質(zhì)量和動(dòng)能比“船A”大很多）“船B”狀態(tài)幾乎不變．“船A”的右移速度受水阻力影響不斷下降，“船B”向右航行會(huì)第二次撞上漁船．由于“船A”的右傾，“船B”上方的船首右側(cè)外板不再與“船A”發(fā)生接觸，水線附件的首柱外板與“船A”發(fā)生第二次接觸碰撞．這對(duì)應(yīng)的正是圖6所標(biāo)示的“2號(hào)損傷”和“3號(hào)損傷”處．3）圖5e），f）顯示球鼻首吃水線附近的上端碰撞點(diǎn)距吃水線大約0．9m，下端碰撞點(diǎn)距吃水線大約1．7m；小船吃水線附近的上端碰撞點(diǎn)距設(shè)計(jì)水線大約0．9m，下端距設(shè)計(jì)水線大約1．4m，撞深為0．43m（注意：小船已經(jīng)右傾，在測(cè)量小船時(shí)不能再以水線（WL）來(lái)算距離，而應(yīng)以設(shè)計(jì)水線（DWL）來(lái)算距離）．仿真結(jié)果中2船碰撞點(diǎn)位置和圖6中所標(biāo)的2船損傷部位基本吻合．
2．2實(shí)驗(yàn)二
事故當(dāng)時(shí)在附近航行的船舶共有5艘．其中3艘為橢圓形球鼻首，2艘（包括“船B”）為柱形球鼻首．不同形狀的球鼻首撞擊它船后的損傷特點(diǎn)是否相同？“船A”的損傷變形到底是被哪種形狀的球鼻首撞擊所致？
2．2．1實(shí)驗(yàn)設(shè)置
首先確定了2種球鼻首———橢圓形球鼻首、柱形球鼻首，二者形狀不同，但是為了比較的準(zhǔn)確性，兩者的質(zhì)量、速度、角度都須設(shè)置相同．因?yàn)閼岩伞按珺”為撞擊船，本文以“船B”為基準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)節(jié)密度使2種球鼻首的質(zhì)量都為42195t．并以85°碰撞
2．2．2仿真結(jié)果
在ExplictDynamics中進(jìn)行求解，碰撞時(shí)間設(shè)為0．11s，輸出“船A”在2種不同形狀船首撞擊下的損傷變形云圖，受柱型球鼻首撞擊，船體在碰撞區(qū)域有垂向的長(zhǎng)條狀變形，有2處變形較大，位于長(zhǎng)條上端和下端區(qū)域，最大總變形為0．4344m；受橢圓形球鼻首撞擊，船體在碰撞區(qū)域明顯體現(xiàn)出水平方向變形，區(qū)域中間的變形較大，最大總變形為1．1159m．
2．2．3仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)的對(duì)比
緬甸海事部門提供的“船A”實(shí)船。真實(shí)變形為從甲板邊線到舭龍骨間的垂向的狹長(zhǎng)狀變形，而且據(jù)緬甸海事局勘測(cè)，實(shí)船的最大撞深為0．48m．實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)值的對(duì)比。將仿真實(shí)驗(yàn)得到的變形形狀、最大變形與實(shí)船測(cè)量結(jié)果對(duì)比分析可得：
1）從碰撞后“船A”的變形形狀上比較，很明顯受柱型球鼻首撞擊后得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和真實(shí)結(jié)果最為吻合，均為垂向狹長(zhǎng)狀變形．
2）實(shí)測(cè)“船A”的最大總變形為0．48m．受柱型球鼻首撞擊，“船A”最大總變形的仿真結(jié)果為0．4344m，與實(shí)際損傷變形誤差為9．5％；受圓形球鼻首撞擊，“船A”最大總變形的仿真結(jié)果為1．1159m，相對(duì)誤差達(dá)到63．59％．顯然，從“船A”的變形程度上比較，也是受柱型球鼻首撞擊后得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和真實(shí)結(jié)果最為吻合．
2．3結(jié)論
通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，知道了“船A”、“船B”的多處損傷變形是由2次碰撞所致；兩船的損傷位置可以一一對(duì)應(yīng)；“船A”吃水線附件的狹長(zhǎng)狀凹陷，是被柱形球鼻首撞擊所致，“船B”以航海日志中記錄的噸位、航向、航速為參數(shù)撞擊“船A”，“船A”最大總變形為0．4344m，與海事局實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)0．48m較吻合．這為執(zhí)法部門對(duì)碰撞事故的責(zé)任認(rèn)定提供了一份客觀、科學(xué)的材料．
3結(jié)束語(yǔ)
本文將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)用在船舶碰撞中，再現(xiàn)了碰撞過(guò)程，計(jì)算了碰撞后船舶的變形．實(shí)際上運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還能解決很多海事問(wèn)題：反推碰撞角度和碰撞速度；計(jì)算、校核碰撞后船舶的穩(wěn)性和強(qiáng)度等．目前計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在事故分析中的運(yùn)用還不廣泛，仿真模型的建立、網(wǎng)格的剖分、邊界的約束，時(shí)間步長(zhǎng)的設(shè)定，每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)結(jié)果的精度有較大影響；耗時(shí)較長(zhǎng)的計(jì)算也讓很多人對(duì)計(jì)算機(jī)仿真望而止步．但隨著海事現(xiàn)代化、數(shù)字化的發(fā)展，事故數(shù)據(jù)的收集已不再是難題，對(duì)數(shù)據(jù)的深入研究將逐漸成為提高海事事故分析水平的關(guān)鍵．根據(jù)事故數(shù)據(jù)運(yùn)用仿真技術(shù)可以直觀的模擬事故經(jīng)過(guò)，結(jié)合有限元計(jì)算對(duì)事故做定量分析，達(dá)到許多傳統(tǒng)分析手段無(wú)法達(dá)到的研究深度．
作者：劉超 李范春 李翔 單位：大連海事大學(xué)輪機(jī)學(xué)院 大連海事大學(xué)交通運(yùn)輸裝備和海洋工程學(xué)院
1電子控制懸掛系統(tǒng)的原理與主要結(jié)構(gòu)
懸架系統(tǒng)是影響汽車駕駛及乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的主要部件，是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動(dòng)，以保證汽車能平順地行駛。汽車懸掛系統(tǒng)就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器構(gòu)成的整個(gè)支撐系統(tǒng)。懸掛系統(tǒng)應(yīng)有支撐車身的功能，改善乘坐的顛簸感覺(jué)，不同的懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)使駕駛者有不同的乘坐感受。外表看似簡(jiǎn)單的懸掛系統(tǒng)綜合多種作用力，決定著轎車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性，是現(xiàn)代轎車十分關(guān)鍵的部件之一。常見的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成，個(gè)別系統(tǒng)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的電控單元控制懸掛系統(tǒng)可根據(jù)車載重量、路況條件、行駛速度等來(lái)調(diào)節(jié)懸掛系統(tǒng)的剛度、減振器阻尼力以及車身高度。從而使車輛在各種行駛條件下均可獲得最佳的行駛平穩(wěn)性和操縱協(xié)調(diào)性。有多種不同類型的電子控制懸掛系統(tǒng)，以大眾汽車的電子控制空氣彈簧懸掛系統(tǒng)為例，電子控制懸掛系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、干燥器、車身高度傳感器、帶有減振器的空氣彈簧、懸掛控制執(zhí)行器、懸掛控制選擇開關(guān)、懸掛用電控單元等組成。在汽車行駛過(guò)程中，電控單元不停地接收車身高度傳感器、加速度傳感器(即油門動(dòng)作傳感器)、制動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器以及車速傳感器輸出的信號(hào)并進(jìn)行運(yùn)算、分析和判斷，最終向執(zhí)行器輸出控制信號(hào)，控制車身高度和懸掛剛度。
2計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在汽車懸掛系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)
電控單元中計(jì)算機(jī)仿真控制懸掛系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：為提高汽車正常行駛時(shí)乘坐的舒適性，可以將彈簧剛度設(shè)計(jì)得較小，以使車身的自然振動(dòng)頻率盡可能的低。為提高汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車的行駛安全性明顯提高，可以將汽車懸掛抗側(cè)傾，抗縱擺的剛度設(shè)計(jì)得比較大。將車輪快速提起，避開障礙物，可以在車輪碰到障礙物(如磚、石等)時(shí)，提高汽車的通過(guò)性。電控單元可以在汽車載荷變化，在不平路面上行駛時(shí)自動(dòng)保持車身高度不變。仿真技術(shù)可以防止汽車制動(dòng)時(shí)車頭的下沖。提高汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱穩(wěn)定性，可以避免汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)車身向外傾斜。為提高車輪與地面間的附著力，可以減小輪跳離地面的傾向。
3總結(jié)
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是研究和分析系統(tǒng)運(yùn)行行為、展現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種重要形式手段和方法。計(jì)算機(jī)仿真新技術(shù)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)所表現(xiàn)的實(shí)用性和前景效益是相當(dāng)大的。特別近年來(lái)在仿真方法、技術(shù)研究、機(jī)械系統(tǒng)仿真應(yīng)用等方面都取得了顯著的成就。因此，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在多方領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
作者：王來(lái)麗 田雪萍 王海峰 單位：黑龍江農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
1簡(jiǎn)化模型與截面變形
通常采用截面變化率δh表示彎曲后矩形管在截面處的變形程度，其可用公式δh=(h-h1)/h×100%表示，其中h、h1分別表示矩形管變形前后截面處的高度。
2建立有限元模型
2.1模型建立
矩形管坯尺寸為b×h×t=24.9mm×12.3mm×1mm，材料為3A21鋁合金。采用Abaqus軟件建立有限元模型。步驟如下：建立部件的幾何模型、部件進(jìn)行裝配、設(shè)置接觸條件、劃分網(wǎng)格等。
2.2可靠性驗(yàn)證
采用試驗(yàn)方法對(duì)有限元仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，判斷有限元仿真的可靠性，進(jìn)而對(duì)芯模參數(shù)影響矩形管截面變形規(guī)律進(jìn)行研究。試驗(yàn)與模擬中工藝參數(shù)設(shè)置一致，即：彎曲角度θ=90°，彎曲半徑R=40mm，彎曲速度w=1.567rad/s，芯棒、夾塊及其他模塊與管坯之間的摩擦系數(shù)分別為0.01、0.50、0.17，管坯與模具間隙ΔC=0.1mm，芯頭參數(shù)為，H=10mm，B=22.88mm，D=3mm，A=60°，n=3，同時(shí)要求芯棒無(wú)伸出量。對(duì)有限元方法與實(shí)驗(yàn)方法得到的截面變化率δh進(jìn)行對(duì)比。可以看出：靠近彎曲兩端部分(0°、90°)時(shí)截面變化率比較小，處于彎曲中間部分(40°~80°)時(shí)截面變化率較大，且隨著截面位置的增大而增加。對(duì)比兩條曲線，發(fā)現(xiàn)曲線變化趨勢(shì)相同，通過(guò)計(jì)算可知模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最大誤差為2.9%。充分說(shuō)明本文采用的模型可有效的模擬3A21鋁合金矩形管在繞彎成形中的截面變化。
3模擬結(jié)果分析
3.1芯頭個(gè)數(shù)n影響截面變化
以2.2節(jié)中設(shè)定的工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，保證其他參數(shù)不變，改變芯頭個(gè)數(shù)n，分別設(shè)置為1、2、3、4，采用文中建立的模型進(jìn)行仿真模擬，研究芯頭個(gè)數(shù)n對(duì)截面變化的影響。不同時(shí)截面變化率沿繞彎方向的曲線對(duì)比圖。可以看出，n=1或者n=2時(shí)截面變化率δh較大，且在彎曲中間位置(45°左右)取得最大值，分別為37%、34.5%。當(dāng)n=3時(shí)，截面變化率迅速減小，最大截面變化率為6.9%。繼續(xù)增大芯頭個(gè)數(shù)n，當(dāng)n=4時(shí)，截面變化率變化不大，可以判斷當(dāng)n大于3時(shí)，增大芯頭個(gè)數(shù)對(duì)矩形管繞彎成形中截面變化無(wú)太大影響，故應(yīng)選取n=3，矩形彎曲管質(zhì)量較好。同時(shí)，截面變化率在彎曲兩端較小，而在彎曲中間位置較大。由于壓塊、彎曲模與防皺模對(duì)矩形管的外壁進(jìn)行限制，同時(shí)芯頭和芯棒對(duì)內(nèi)壁起到支撐作用。在彎曲中間部分，內(nèi)壁失去了芯頭的支撐作用，外壁沒(méi)有壓塊進(jìn)行限制，故處于懸空狀態(tài)，此時(shí)截面變形率會(huì)較高。矩形管的末端受到夾塊及彎曲模作用，即使沒(méi)有了芯頭的支撐作用，其截面的變化也不會(huì)很大。
3.2芯頭間距D影響截面變化
保證其他參數(shù)不變，改變芯頭間距D，分別設(shè)置為3mm、4mm、5mm和6mm，研究芯頭間距D對(duì)截面變化的影響。不同芯頭間距D下截面變化率沿繞彎方向的曲線對(duì)比圖。可以看出，芯頭間距D為3~5mm時(shí)，彎曲始端的δh比末端的明顯小，而D=6mm時(shí)兩端的δh相近。截面變化率δh隨著芯頭間距D的增加而逐漸減小。這是由于芯頭間距D增加，芯頭支撐矩形管內(nèi)壁的角度增大，故δh減小。
3.3芯頭厚度T影響截面變化
改變芯頭厚度T，分別設(shè)置為3mm、5mm、7mm和9mm，保證其他參數(shù)不變。不同芯頭厚度T時(shí)截面變化率沿繞彎方向的曲線對(duì)比圖。可以看出，截面變化率δh隨著芯頭厚度T的增加而逐漸減小。T≤7mm，截面變化率δh在矩形管的起始端與末端比中間部分小。T=3mm時(shí)，當(dāng)繞彎角度大于40°時(shí)，δh迅速上升，角度在60°時(shí)δh達(dá)到最大值，隨后逐漸減小。隨著芯頭厚度T逐漸增加，δh隨截面位置變化趨勢(shì)也較為平緩。這是由于芯頭厚度較大時(shí)，在繞彎過(guò)程中芯頭對(duì)矩形管的支撐范圍比較大，所以使得截面變化程度較小，綜上選擇T=9mm時(shí)矩形管繞彎效果好。3.4芯頭圓弧角度A影響截面變化改變芯頭圓弧角度A，分別設(shè)置為60°、90°、120°、180°，保證其他參數(shù)不變。不同芯頭圓弧角度A時(shí)截面變化率沿繞彎方向的曲線對(duì)比圖。可以看出，在彎曲過(guò)程中矩形管始端與末端δh較小，在中間位置δh較大。截面變化率δh隨著芯頭圓弧角度A的增加而逐漸增加。這是由于隨著芯頭圓弧角度A的減小，圓弧上的頂點(diǎn)U與末點(diǎn)C之間的高度差Δh減小，芯頭對(duì)矩形管的支撐效果越明顯，故截面變化程度越小。但是當(dāng)圓弧角度A過(guò)小時(shí)，一套芯模不適合在不同彎曲半徑的多種彎曲模中使用，而A=60°時(shí)，芯頭中心與圓弧中心位置一致，方便芯頭的加工。綜合考慮選擇芯頭圓弧角度A為60°。
4結(jié)論
（1）在矩形管的始末端截面變形程度較小，中間位置(40°~80°)截面變形程度較大；增大芯頭數(shù)目、芯頭間距、芯頭厚度及減小芯頭圓弧角度，均使得繞彎過(guò)程中矩形管截面變化程度降低。
（2）選擇3個(gè)芯頭，芯頭間距、厚度和圓弧角度分別為6mm、9mm、60°時(shí)，可以生產(chǎn)質(zhì)量較高的矩形彎管。
作者：趙秀梅 單位：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 吉林司法警官職業(yè)學(xué)院
1電弧電流信號(hào)的數(shù)據(jù)檢測(cè)
該高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的頻率0~30Hz，掃描區(qū)域半徑0~3.5mm。本次實(shí)驗(yàn)選用25r/s的固定頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。實(shí)驗(yàn)表明，如果焊接工藝參數(shù)一定，設(shè)定水平偏差為變量，則在一個(gè)旋轉(zhuǎn)電弧圓周運(yùn)動(dòng)的周期內(nèi)，電流的波形具有一定的規(guī)律性，通過(guò)電流波形的變化特點(diǎn)可以得到焊點(diǎn)的水平偏差的參數(shù)。但是在實(shí)際操作中，焊接作業(yè)很容易受到外界因素的影響，如熔池的震蕩、飛濺等，這樣獲得的電流信號(hào)就有了干擾因素，即使在偏差一定的情況下，檢測(cè)到的電流也不相同。所以為了減小這些因素的影響，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)小波濾波后進(jìn)行歸一化處理。將采集到的不同周期內(nèi)的同一點(diǎn)的電流信號(hào)進(jìn)行縱向的平均值處理，取該均值為這點(diǎn)的電流信號(hào)，這樣便減小了外界因素的影響。設(shè)定采樣頻率為104Hz，旋轉(zhuǎn)頻率為25r/s，則每個(gè)周期內(nèi)可以采集到416個(gè)點(diǎn)的信息，然后將各個(gè)點(diǎn)的電流信息進(jìn)行小波濾波、歸一化、均值處理后得到樣本波形保證結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則要求，采用不敏感損失函數(shù)ε，加入懲罰參數(shù)C和松弛變量ξ（*），ξ（*）=（ξ1，ξ1（*），ξ2，ξ2（*），…，ξb，ξb（*）），得到原始最優(yōu)化問(wèn)題minτ（W，ξ*）=12W2+C1l1i=1Σ（ξ1+ξ1*）（1）s.t.（Woxi+b）-yi≤ε+ξi，i=1，2，…，lyi-（Woxi+b）≤ε+ξi，i=1，2，…，lξi*≥0，i=1，2，…，l構(gòu)造拉格朗日函數(shù)進(jìn)行求解，最優(yōu)問(wèn)題以Wolfe對(duì)偶原則化作凸二次規(guī)劃問(wèn)題min121i，j=1Σ（αi*-αi）（αj*-αj）?K（xi，xj）+ε1i=1Σ（αi*+αi）-1i=1Σyi（αi*-αi）1i=1Σ（αi-αi*）=0αi≥0αi≤Cn變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)形式，得到最優(yōu)解α=（α1，α1*，…，αl，αl*）T根據(jù)α構(gòu)造出決策函數(shù)為（fx）=1i=1Σ（αi*-αi）K（xi，x）+b（3）式（3）為決策函數(shù)式，其支持向量為非零解所對(duì)應(yīng)的矢量。不敏感損失函數(shù)ε的選取可以用來(lái)調(diào)整回歸逼近的精確度。根據(jù)式（3）選取新的輸入?yún)?shù)便可得到一個(gè)精確的輸出參數(shù)。
2支持向量回歸機(jī)的實(shí)現(xiàn)
2.1支持向量回歸機(jī)的計(jì)算原理
設(shè)定輸入的訓(xùn)練樣本集為D={（xin，yk），k=1，2，3，…，l}式中xin∈Rn，yk∈R。通過(guò)訓(xùn)練樣本可以得到一個(gè)決策函數(shù)，這樣通過(guò)訓(xùn)練樣本集之外的輸入?yún)?shù)x可以較為精確的計(jì)算到相應(yīng)的輸出參數(shù)y。際工程中可操作。提高焊縫跟蹤精度前（下）后（上）的焊縫形貌。
2.2構(gòu)造核函數(shù)運(yùn)用
支持向量回歸機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)必須構(gòu)建一個(gè)合適的核函數(shù)，類型不同的核函數(shù)與之相對(duì)應(yīng)的支持相對(duì)應(yīng)的向量回歸機(jī)類型也不相同，一個(gè)合適的核函數(shù)直接決定了所構(gòu)造的支持向量回歸機(jī)的運(yùn)算性能。通過(guò)采集的數(shù)據(jù)信息的包角映射建立SVR核函數(shù)，然后修正函數(shù)，以提高核函數(shù)的回歸精度。構(gòu)造核函數(shù)：設(shè)定一個(gè)標(biāo)量函數(shù)式F（x），F(xiàn)（x）≥0。令F（x）的最大值在支持向量處取得，最小值在支持向量以外點(diǎn)處取得，得到修正后的核函數(shù)K（x，x'）=F（x）F（x'）K（x，x'）（4）令其標(biāo)量函數(shù)F（x）的最小值在支持向量處取得，最大值在其他以外點(diǎn)處取得。這樣修正后的核函數(shù)對(duì)支持向量回歸的精度有所提高。由于實(shí)際操作中支持向量一般都是不知道的，所以通常的初始核函數(shù)選為GAUSS核函數(shù)K（x，x'）=exp（-x-x'22σ2）（5）式中σ為歸一化參數(shù)。通過(guò)式（5）可以得到初始的支持向量，將其帶入函數(shù)F（x）實(shí)現(xiàn)支持向量鄰域內(nèi)黎曼度規(guī)的減小。修正后的GAUSS核函數(shù)大大提高了回歸精度。在Matlab中編寫函數(shù)式M文件，其邏輯流程為：（1）讀取樣本數(shù)據(jù)集；（2）建立數(shù)據(jù)集矩陣；（3）構(gòu)建矩陣f，LB，UB；（4）計(jì)算初始核矩陣；（5）計(jì)算初始α值；（6）計(jì)算修正函數(shù)；（7）計(jì)算各個(gè)最優(yōu)解α，將最后求的各個(gè)α值和變量值保存到MAD文件，然后編寫決策函數(shù)編碼通過(guò)調(diào)用MAD文件里的參數(shù)得出偏差值。
3仿真模擬
3.1水平偏差值
計(jì)算通過(guò)調(diào)用MATLAB中已經(jīng)編寫的M文件，得到的變量與函數(shù)值采用小波濾波、歸一化、均值化處理后得到一個(gè)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)集，使用已經(jīng)編寫好的決策函數(shù)文件計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的水平偏差，將其轉(zhuǎn)化為水平偏差值。
3.2高度偏差值
計(jì)算焊炬的高度與電弧的電流值具有一定的規(guī)律性。選取焊炬在某一不變的位置高度，得到該位置的電流值，將該電流值與電流均值做差值，則該差值和高度偏差值具有線性規(guī)律，在LABVIEW中通過(guò)函數(shù)公式的各節(jié)點(diǎn)可以推算出高度偏差值。
3.3焊縫跟蹤將LABVIEW
與機(jī)器人糾偏系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)，將水平偏差值與高度偏差值的實(shí)時(shí)參數(shù)傳送給機(jī)器人糾偏系統(tǒng)，焊接機(jī)器人實(shí)時(shí)調(diào)整焊縫的路徑，這樣就實(shí)現(xiàn)焊縫焊接的實(shí)時(shí)跟蹤。
3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果
選取旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的掃描半徑為3mm，V型坡口，角度45°，取樣頻率104Hz，電弧旋轉(zhuǎn)頻率25r/s。在水平偏差不相同的條件下分別選取兩組數(shù)據(jù)，第一組取采集試驗(yàn)結(jié)果12個(gè)數(shù)據(jù)訓(xùn)練支持向量回歸機(jī)，第二組作為參考組，進(jìn)行偏差識(shí)別對(duì)比測(cè)試。使用該算法系統(tǒng)具有較小的偏差識(shí)別誤差，提高了系統(tǒng)的識(shí)別精度，在實(shí){st（2）α(*)∈R2lW∈R，ξ(*)∈R2I，b∈R。通過(guò)圖像能夠清楚地看到，進(jìn)行處理后的數(shù)據(jù)提高了系統(tǒng)的精度和實(shí)時(shí)性。
4結(jié)論
在一定工藝參數(shù)下，焊炬的水平偏差和焊接電弧的電流大小在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)具有一定的規(guī)律性。通過(guò)采集LABVIEW焊接過(guò)程中的電弧電流信號(hào)，將原始信號(hào)進(jìn)行小波濾波減少外界因素干擾，然后信號(hào)進(jìn)行歸一化、均值濾波處理，提高了數(shù)據(jù)精度。將處理后的數(shù)據(jù)在MATLAB中進(jìn)行支持向量回歸機(jī)的計(jì)算，通過(guò)修正核函數(shù)與決策函數(shù)的運(yùn)算處理最終得到偏差值。試驗(yàn)結(jié)果證明，采用這種算法進(jìn)行電弧傳感焊縫的偏差識(shí)別是可行的，提高焊縫識(shí)別精度約20%，完全滿足實(shí)際工程的需要。
作者：王霞 單位：江蘇師范大學(xué) 江蘇省泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
1引言
研究團(tuán)隊(duì)、制藥產(chǎn)業(yè)及醫(yī)療服務(wù)業(yè)已經(jīng)認(rèn)可生命科學(xué)仿真系統(tǒng)的作用。在化學(xué)工程師和計(jì)算機(jī)輔助過(guò)程工程專家的幫助下，生物工程師可以運(yùn)用這些手段解決諸多生理學(xué)和醫(yī)學(xué)問(wèn)題。
2仿真技術(shù)的研究進(jìn)展
系統(tǒng)生物學(xué)要使用定量分析來(lái)研究生命系統(tǒng)。起因于處理大量數(shù)據(jù)的需要。學(xué)者通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，利用定量分析來(lái)處理臨床問(wèn)題，產(chǎn)生了名叫系統(tǒng)醫(yī)藥學(xué)的新學(xué)科。化學(xué)工程師長(zhǎng)期參與生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的定量分析。Peppas和Langer認(rèn)為在20世紀(jì)60年代早期化學(xué)工程師就參與生物醫(yī)藥工程。Bailey和同事研究出一種控制新陳代謝的手段，這種手段不僅可用于生物制造技術(shù)，也可用于其他生物問(wèn)題。2005年，Solis和Stephanopoulos指出了納米級(jí)的系統(tǒng)工程需要解決的問(wèn)題。2006年，Doyle和Stelling回顧了用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)去分析代謝網(wǎng)絡(luò)的一些重要的成果。2009年，Eissing、Chaves和Allgower利用仿真模型來(lái)分析細(xì)胞死亡。近年來(lái)，有許多論文概述了計(jì)算機(jī)工程師和化學(xué)工程師在醫(yī)療系統(tǒng)中的作用。對(duì)化學(xué)工程師，尤其是工藝系統(tǒng)工程師來(lái)說(shuō)，免疫系統(tǒng)是一個(gè)采用仿真技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，化學(xué)工程師能夠研究免疫系統(tǒng)和病毒之間的相互作用。2004-2005年，Deem開發(fā)了一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究了病毒和疫苗造成的免疫反應(yīng)的定量模型。Chakraborty在2003年用仿真技術(shù)研究了免疫系統(tǒng)的細(xì)胞間的通信，以及免疫反應(yīng)。2006年，Joly和Pinto認(rèn)為HIV-1發(fā)病機(jī)理的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化了藥物治療的方法。這種方法會(huì)導(dǎo)致藥物設(shè)計(jì)和配方設(shè)計(jì)的改進(jìn)。Yin在2007年提議把病毒當(dāng)作一種產(chǎn)品，研究病毒生長(zhǎng)和傳播時(shí)需要考慮時(shí)空的影響。可以預(yù)見，將來(lái)人們會(huì)用生理學(xué)模型和計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)出最佳藥物配方。為了有效地進(jìn)行仿真，需要根據(jù)生物具體的特性建立多種生理學(xué)計(jì)算模型。幾年前，學(xué)者啟動(dòng)生理組計(jì)劃（PhysiomeProject），旨在尋找人和其他真核生物的計(jì)算模型。迄今為止，該計(jì)劃主要關(guān)注使用CellML標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞電生理學(xué)的數(shù)學(xué)模型。CellML標(biāo)準(zhǔn)是一種使用細(xì)胞進(jìn)程模型的生物物理學(xué)模型標(biāo)準(zhǔn)。另外SBML標(biāo)準(zhǔn)是一種能夠辨識(shí)生物進(jìn)程的計(jì)算機(jī)可讀標(biāo)準(zhǔn)。最近，一個(gè)名為虛擬生理人的項(xiàng)目進(jìn)一步促進(jìn)了歐洲學(xué)者研究生物醫(yī)學(xué)的建模和仿真。學(xué)者開發(fā)了一些數(shù)據(jù)庫(kù)去存儲(chǔ)生物模型。細(xì)胞模型系統(tǒng)和生物模型數(shù)據(jù)庫(kù)是其中兩個(gè)重要的數(shù)據(jù)庫(kù)，兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都建議使用CellML標(biāo)準(zhǔn)和SBML標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)者可使用這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)探索復(fù)雜的生命系統(tǒng)。生物模型在藥物的使用方面有重要作用，這不僅是一個(gè)通用手段，而且對(duì)癌癥治療和眼病治療也有特殊的貢獻(xiàn)。2002年，Cstete和Doyle提出一種生物反饋系統(tǒng)的逆向工程分析原理。2003年，Tyson、Chen和Novak回顧一些生物控制模塊的設(shè)計(jì)原則。
3簡(jiǎn)單系統(tǒng)的建模
2001年，Hangos和Cameron強(qiáng)調(diào)明確建立模型的目的，模型是在對(duì)現(xiàn)象總結(jié)的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)能夠接受的方式反映規(guī)律，建模是下一步仿真計(jì)算的基礎(chǔ)。對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)建模十分必要。復(fù)雜系統(tǒng)不可能設(shè)計(jì)出含所有現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)椴糠至坎豢蓽y(cè)量，并且?guī)讉€(gè)現(xiàn)象間很難找到相互關(guān)系。盡管學(xué)者已經(jīng)在測(cè)量基因與代謝領(lǐng)域取得巨大進(jìn)展，但仍有許多生物量無(wú)法測(cè)量，即便能夠測(cè)量出一些，測(cè)量的準(zhǔn)確性也不夠高。下面的例子是倫敦大學(xué)研究得到的一種模型，該模型模擬了血流改變時(shí)動(dòng)脈壁內(nèi)皮細(xì)胞的反應(yīng)。血流改變刺激細(xì)胞產(chǎn)生化學(xué)信號(hào)，而這些化學(xué)信號(hào)拉長(zhǎng)了內(nèi)皮細(xì)胞，在某些條件下，巨噬細(xì)胞在動(dòng)脈壁上增加了，最后導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化。動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的位置與血流改變的區(qū)域息息相關(guān)。并造成影響。學(xué)者研究出兩個(gè)模型來(lái)探索這種影響。模型一是細(xì)胞表面的血液模型，首先把細(xì)胞表面分解成許多不同的小三角形區(qū)域（0.4um），這個(gè)模型可以看成一個(gè)斯托克斯公式的邊界積分表達(dá)式，通過(guò)該模型可以研究在血流作用下細(xì)胞的受力情況。模型二研究了力對(duì)細(xì)胞骨架的影響，細(xì)胞骨架保持細(xì)胞形狀，可以使用開爾文體模型研究這個(gè)問(wèn)題，它是由1個(gè)緩沖器和2個(gè)平行的彈簧構(gòu)成的黏性彈性系統(tǒng)，開爾文體代表一種將機(jī)械力轉(zhuǎn)化成生化信號(hào)的細(xì)胞成分，這種生化信號(hào)會(huì)導(dǎo)致Src激酶的活化，Src激酶會(huì)調(diào)節(jié)Rho激酶和GTP酶（Rac和Rho），而Rho激酶和GTP酶可以控制細(xì)胞結(jié)構(gòu)和形態(tài)。簡(jiǎn)單的展示了該過(guò)程。此模型可以解釋很多現(xiàn)象，但仍然有一些問(wèn)題解釋不了，例如當(dāng)涉及體內(nèi)細(xì)胞間的通信時(shí)，該模型不適用。研究人員建立復(fù)雜的仿真模型，這些模型涉及化學(xué)和機(jī)械領(lǐng)域，可以使用這些模型來(lái)進(jìn)一步研究各種生理學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)現(xiàn)象。
4復(fù)雜系統(tǒng)的建模
生命系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性，生命系統(tǒng)和多反饋的魯棒性系統(tǒng)相似。建模時(shí)要識(shí)別模型中的薄弱區(qū)域，在該薄弱區(qū)域模型可能不夠準(zhǔn)確，需要用模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，這要求修改模型。在復(fù)雜模型中，特別要注意內(nèi)部參數(shù)不能測(cè)量的區(qū)域，當(dāng)處理涉及復(fù)雜生理問(wèn)題時(shí)，這些區(qū)域變得很重要。原料中包括必要成分A，A和其它成分一起加到反應(yīng)器。在該反應(yīng)器上，一些原料反應(yīng)生成副產(chǎn)物B。在這個(gè)過(guò)程中，在一定范圍內(nèi)控制成分A的數(shù)量很重要。在反應(yīng)器上，A在催化劑C的催化下生成B，B在催化劑D的催化下生成A。A的數(shù)量決定CSTR產(chǎn)生C或者D的數(shù)量。如果A加入很多，將會(huì)產(chǎn)生C催化正反應(yīng)。如果A加入的很少，將產(chǎn)生D催化逆反應(yīng)。與此同時(shí)，膜反應(yīng)器過(guò)濾掉廢物。這個(gè)簡(jiǎn)單的工藝流程初步反映了血液中葡萄糖調(diào)節(jié)機(jī)制。葡萄糖由腸道進(jìn)入血液，并供給其它所有的器官。葡萄糖維持在一定濃度很重要，因?yàn)榫S持在一定濃度可以確保人類各種機(jī)能的良好反應(yīng)，這種調(diào)節(jié)過(guò)程稱為葡萄糖穩(wěn)態(tài)。如果葡萄糖糖濃度高，胰腺產(chǎn)生胰島素，指示肝臟把葡萄糖轉(zhuǎn)化成糖原，如果血液中的葡萄糖濃度低，胰腺產(chǎn)生胰高血糖素，將糖原轉(zhuǎn)化回葡萄糖。肝細(xì)胞還將血液中廢品送入膽汁，并通過(guò)膽管過(guò)濾并排泄。這是一個(gè)涉及多個(gè)器官的復(fù)雜系統(tǒng)，探索該系統(tǒng)需要考慮許多器官間的聯(lián)系，葡萄糖穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)可以用7個(gè)模型表示。
1）.胰高血糖素受體模型
通過(guò)胰高血糖素模擬肝細(xì)胞表面受體的活化，受體活化產(chǎn)生三磷酸肌醇。該模型由5個(gè)微分方程構(gòu)成，分別描述受體的各種狀態(tài)、G蛋白的活化和三磷酸肌醇的產(chǎn)生。
2）.鈣模型
模擬由三磷酸肌醇活化產(chǎn)生的鈣信號(hào)通路。該模型由2個(gè)微分方程構(gòu)成，分別涉及細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中鈣濃度。鈣模型的前提是Hill方程。
3）.環(huán)磷酸腺苷模型
模擬受體的活化和環(huán)磷酸腺苷的產(chǎn)生。該模型由5個(gè)微分方程構(gòu)成，分別關(guān)于環(huán)磷酸腺苷的濃度、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的濃度、受體的比例、不活動(dòng)的比例以及核定位蛋白激酶A的比例。模型遵守Hill方程。
4）.胰島素模型
模擬肝臟對(duì)于胰島素的反應(yīng)，該模型由1個(gè)描述糖原合成酶激酶（GSK）活化的微分方程構(gòu)成。
5）.血液模型
模擬葡萄糖在血液、肝臟和胰腺之間的運(yùn)輸，該模型由1個(gè)描述血液中葡萄糖濃度的微分方程構(gòu)成。
6）.糖原分解模型
模擬控制糖原分解與合成的4個(gè)因素，葡萄糖及6磷酸葡萄糖的控制、鈣離子的控制、環(huán)磷酸腺苷的控制、胰島素的控制。該模型是一個(gè)模糊邏輯模型，該模型描述糖原合成酶（Sta，控制糖原合成速率）及糖原磷酸化酶（Pho，控制糖原分解速率）的活性水平。該模型由4個(gè)微分方程構(gòu)成，分別關(guān)于糖原磷酸化酶（Pho）、糖原合成酶（Sta）、糖原和細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖。
7）.胰腺模型
模擬胰高血糖素或胰島素的釋放。該模型由2個(gè)微分方程構(gòu)成，分別關(guān)于胰島素和胰高血糖素的血液濃度。每一個(gè)微分方程都要遵循Hill方程。上述7個(gè)模型共同構(gòu)成葡萄糖的調(diào)控模型，需要軟件管理系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)它們。Saffrey等人在2007年描述一種模型管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)用來(lái)存儲(chǔ)模型和數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中，上述的7個(gè)模型互相聯(lián)系，共同模擬出葡萄糖穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。Hetherington等人詳細(xì)描述這個(gè)葡萄糖穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的模型。
5完善和應(yīng)用模型
建立模型以后，需要進(jìn)一步完善。可以選擇各種不同的實(shí)驗(yàn)者，將實(shí)驗(yàn)者分成多個(gè)小組，分別觀察和記錄他們的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)完善和調(diào)整模型，甚至改變模型，最終確定適合不同人的具體的模型。通過(guò)這些具體的模型可以預(yù)測(cè)未來(lái)的變化情況，為了達(dá)到某些目的也可以設(shè)計(jì)一些干預(yù)措施。在其他領(lǐng)域中，學(xué)者已經(jīng)充分研究了基于模型工程的設(shè)計(jì)方法，利用這些設(shè)計(jì)方法可以達(dá)到一些想要的結(jié)果，雖然這些設(shè)計(jì)方法還不成熟，需要進(jìn)一步完善，但值得借鑒。在生命科學(xué)中，要特別注意干預(yù)措施也可能會(huì)導(dǎo)致一些危害。這些干預(yù)措施包括環(huán)境干預(yù)、藥理學(xué)干預(yù)或基因干預(yù)。環(huán)境干預(yù)通過(guò)物理或化學(xué)因素，藥理學(xué)干預(yù)主要通過(guò)臨床干預(yù)。在上一部分描述的復(fù)合模型中，廣泛的使用了計(jì)算機(jī)輔助過(guò)程工程技術(shù)，和優(yōu)化技術(shù)尋找最佳解決方案，如糖尿病患者的最佳胰島素劑量；使用隨機(jī)技術(shù)尋找高敏感度模型的解決方案；使用區(qū)間方法確定能夠接受的最壞情況。上述方法和模型已經(jīng)被用來(lái)預(yù)防一些疾病。如糖尿病患者很可能患非酒精性脂肪肝（NAFLD），利用上述方法可以提出一些措施，有效地避免Ⅱ型糖尿病患者患非酒精性脂肪肝（NAFLD）。基于模型的方法（例如優(yōu)化、隨機(jī)分析、間隔方法）將促進(jìn)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，并且隨著生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，這些方法將更完善。要在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中很好地使用這些方法和模型，必須要掌握生命科學(xué)的知識(shí)和計(jì)算機(jī)的知識(shí)，單個(gè)的研究者常常不具有這兩個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，因此合作很重要。那些希望從事相關(guān)研究工作的學(xué)者必須合作，例如通過(guò)短期或長(zhǎng)期項(xiàng)目，建立一個(gè)促進(jìn)合作的機(jī)制。
6結(jié)論
本文展示了生理學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)中一些可以用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)解決的問(wèn)題。這些問(wèn)題涉及化工廠（或者身體內(nèi)）的化學(xué)和物理變化，并且常常涉及到復(fù)雜多尺度系統(tǒng)。雖然生命科學(xué)發(fā)展很成熟，但是在不能測(cè)量的領(lǐng)域，我們?nèi)孕枋褂糜?jì)算機(jī)仿真和建模技術(shù)去解決問(wèn)題。只有通過(guò)使用系統(tǒng)模型，某些復(fù)雜問(wèn)題才可能解決，最終才有可能設(shè)計(jì)出合適的干預(yù)措施。最大難題是如何建立出好的模型，只有使用足夠精確的模型才可以預(yù)測(cè)生理學(xué)系統(tǒng)的行為。在醫(yī)療領(lǐng)域的模型只有到很高的精確度時(shí)才可以用。模型的臨床推廣仍然有很長(zhǎng)一段路要走。通過(guò)新的系統(tǒng)生物學(xué)和系統(tǒng)醫(yī)藥學(xué)手段，將會(huì)使用于臨床的這種方法加速運(yùn)用。
作者：藺玉柱 邱曉磊 沈平冰 單位：安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院
1冰壺運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)介
冰壺運(yùn)動(dòng)是以隊(duì)為單位在冰上進(jìn)行的一種投擲性競(jìng)賽項(xiàng)目。投擲的冰壺為圓壺狀，周長(zhǎng)約為91.44厘米，高(壺的底部與頂部)11.43厘米，重量(包括壺柄和壺栓)最大為19.96公斤，冰壺底部和冰面相接觸的部分是一個(gè)半徑約為12.8至13.1厘米的圓環(huán)。冰壺所用場(chǎng)地是一個(gè)長(zhǎng)44.5米、寬4.32米的冰道。場(chǎng)地冰面澆過(guò)平整的冰面后，還需要用噴頭像冰面噴灑熱水滴，保證冰面出現(xiàn)表面圓滑的凸起的小冰點(diǎn)，使冰壺的底面不能完全接觸到冰面，并且冰面更粗糙，對(duì)冰壺的阻力更大。冰道的一端畫有一個(gè)直徑為1.83米的圓圈作為球員的發(fā)球區(qū)，被稱作本壘。冰道的另一端也畫有一圓圈，被稱為營(yíng)壘。在場(chǎng)地兩端各裝有一個(gè)斜面橡膠起蹬器。在冰壺場(chǎng)地前后兩端各有一條藍(lán)色的實(shí)線稱為“前衛(wèi)線”和“后衛(wèi)線”。球員擲壺時(shí)，身體下蹲，蹬冰腳踏在起蹬器上用力前蹬，使身體跪式向前滑行，同時(shí)手持冰壺從本壘圓心推球向前，至前衛(wèi)線時(shí)，放開冰壺使其自行以直線或弧線軌道滑向營(yíng)壘中心。在一名隊(duì)員擲球時(shí)，由兩名本方隊(duì)員手持毛刷在冰壺滑行的前方快速左右擦刷冰面使冰壺能準(zhǔn)確到達(dá)營(yíng)壘的中心或者將對(duì)方冰壺?fù)舸虺龅梅謪^(qū)域。最后當(dāng)雙方隊(duì)員擲完所有冰壺后，以場(chǎng)地上冰壺距離營(yíng)壘圓心的遠(yuǎn)近決定勝負(fù)。
2運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立
冰壺在冰面上滑行可以視為剛體的平面運(yùn)動(dòng)，可以將其分解為質(zhì)心的平動(dòng)和繞過(guò)質(zhì)心軸的定軸旋轉(zhuǎn)。以前衛(wèi)線的中心為O，前衛(wèi)線中線為x軸，垂直于x軸的是y軸，垂直與冰面的為z軸建立坐標(biāo)系。
2.1旋轉(zhuǎn)
冰壺的質(zhì)量為m，開始時(shí)的角速度為，冰壺與冰面間的摩擦系數(shù)為μ，μ的大小與溫度T有關(guān)，可表示成假設(shè)摩擦力是均勻分在整個(gè)低面圓盤上，故計(jì)算摩擦力矩時(shí)，應(yīng)將圓盤分解為許多的以轉(zhuǎn)軸為圓心的同心環(huán)來(lái)考慮。
3仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡的仿真，根據(jù)前面所述的運(yùn)動(dòng)方程模型，需要先確定冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡的一些參數(shù)。為此將冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡仿真系統(tǒng)分成兩部分，即基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置和動(dòng)態(tài)模擬。基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置中分別輸入初速度、初始角速度和溫度。冰壺場(chǎng)地兩營(yíng)壘之間的距離近30米，所以在沒(méi)有任何干擾的情況下，冰壺應(yīng)可以自由滑行20米才是有可能到達(dá)營(yíng)壘。
4結(jié)論
根據(jù)機(jī)械能量守恒理論建立的冰壺運(yùn)動(dòng)方程，從主觀上驗(yàn)證了它的正確性，可以幫助運(yùn)動(dòng)員分析投擲冰壺時(shí)應(yīng)以怎樣的初速度和角速度投壺，才能有效的進(jìn)入營(yíng)壘。
作者：田雨 單位：沈陽(yáng)體育學(xué)院
1綜合保障效能評(píng)估與質(zhì)量控制
飛機(jī)的綜合保障效能是飛機(jī)及其保障系統(tǒng)在預(yù)期的使用環(huán)境和條件下經(jīng)濟(jì)有效地滿足平時(shí)戰(zhàn)備完好和戰(zhàn)時(shí)任務(wù)持續(xù)能力的度量。綜合保障效能評(píng)估就是在現(xiàn)有飛機(jī)研制程序的基礎(chǔ)上，利用適宜的保障效能評(píng)估方法和技術(shù)，在飛機(jī)研制過(guò)程中持續(xù)開展綜合效能評(píng)估，評(píng)價(jià)出研制過(guò)程各階段的綜合保障效能，提出優(yōu)化、改進(jìn)建議，實(shí)現(xiàn)對(duì)新機(jī)研制過(guò)程綜合保障的有效監(jiān)控；在部署/使用階段開展保障效能評(píng)估，驗(yàn)證飛機(jī)及其保障系統(tǒng)是否滿足規(guī)定的系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求，為調(diào)整保障系統(tǒng)和飛機(jī)改型、研制新型號(hào)飛機(jī)提供必要的經(jīng)驗(yàn)信息。保障效能是由飛機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)特性、保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)及維修保障方案所決定的，是在飛機(jī)研制過(guò)程中設(shè)計(jì)，逐漸形成、并在使用過(guò)程中不斷保持的。綜合保障效能的度量不僅考慮飛機(jī)平臺(tái)及其使用特點(diǎn)、可靠性與維修性、保障系統(tǒng)的特性與表現(xiàn)，而且還要考慮飛機(jī)的利用率、使用方式、任務(wù)剖面以及使用環(huán)境等。飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制就是要實(shí)現(xiàn)飛機(jī)及其保障系統(tǒng)滿足規(guī)定的系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求，飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量不僅包括飛行平臺(tái)具有優(yōu)良的性能，而且還包括其保障系統(tǒng)的性能和配備能夠支撐飛行平臺(tái)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)備完好、戰(zhàn)時(shí)可用的目標(biāo)。綜上所述，綜合保障和質(zhì)量控制具有共同的目標(biāo)，綜合保障效能的高低反映了飛機(jī)平臺(tái)及保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低。在飛機(jī)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，對(duì)綜合保障效能評(píng)估即可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行階段性和系統(tǒng)性地控制。
2評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇
由于綜合保障和質(zhì)量控制具有共同的目標(biāo)，反映綜合保障效能的指標(biāo)即可作為飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。飛機(jī)的綜合保障效能不僅取決于飛機(jī)的設(shè)計(jì)性能，同時(shí)也取決于飛機(jī)的使用和保障。綜合保障效能評(píng)估結(jié)果對(duì)四性和綜合保障工作直接產(chǎn)生影響，這關(guān)系到飛機(jī)的設(shè)計(jì)、研制，并決定著綜合保障最終目標(biāo)——以可承受的壽命周期費(fèi)用實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)備完好性要求的實(shí)現(xiàn)。飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定必須遵循以下原則：（1）以作戰(zhàn)任務(wù)需求、綜合保障各階段的任務(wù)和目標(biāo)為依據(jù)。（2）參考國(guó)內(nèi)、外同類飛機(jī)的有關(guān)指標(biāo)，相似裝備的戰(zhàn)備完好性水平，以及本國(guó)的國(guó)防工業(yè)科技水平等。（3）環(huán)境條件的約束，包括作戰(zhàn)使用和平時(shí)訓(xùn)練、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)境條件。（4）預(yù)期使用的新技術(shù)、新產(chǎn)品對(duì)保障效能的影響。（5）現(xiàn)役同類裝備的保障方案和新機(jī)預(yù)期的保障方案、使用與維修保障資源的約束條件。（6）費(fèi)用、進(jìn)度等約束條件。（7）其他約束條件，如充分考慮各指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)性（不可互替代性、全面性）和各指標(biāo)的階段性等。根據(jù)以上原則，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選用使用可用度（固有可用度）、能執(zhí)行任務(wù)率、出動(dòng)架次率、再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間和壽命周期費(fèi)用作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。這五個(gè)指標(biāo)從不同的側(cè)面反映了保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)戰(zhàn)備完好性和任務(wù)持續(xù)能力的影響，其中使用可用度綜合反映飛機(jī)在實(shí)際任務(wù)過(guò)程中的使用情況，主要體現(xiàn)了飛機(jī)特性、維修保障、供應(yīng)保障水平對(duì)戰(zhàn)備完好性的影響；能執(zhí)行任務(wù)率主要反映在平時(shí)條件下飛機(jī)保障系統(tǒng)的訓(xùn)練保障水平；出動(dòng)架次率主要是反映在戰(zhàn)時(shí)條件下飛機(jī)維修保障和使用保障水平對(duì)戰(zhàn)時(shí)任務(wù)持續(xù)能力的影響；再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間主要是反映飛機(jī)在連續(xù)出動(dòng)條件下保障系統(tǒng)的使用保障水平；壽命周期費(fèi)用從經(jīng)濟(jì)性的角度度量裝備系統(tǒng)和戰(zhàn)備完好和戰(zhàn)時(shí)任務(wù)持續(xù)能力的權(quán)衡。這幾個(gè)指標(biāo)之間具有不可替代性。戰(zhàn)備完好性的度量不僅考慮飛機(jī)及其使用特點(diǎn)、可靠性與維修性、保障系統(tǒng)的特性與表現(xiàn)，而且還要考慮裝備的利用率、使用方式、任務(wù)剖面以及使用環(huán)境等。這五個(gè)指標(biāo)從不同的角度反映了不同設(shè)計(jì)和使用因素對(duì)戰(zhàn)備完好性和保障效能的影響，涵蓋了飛機(jī)設(shè)計(jì)特性、保障系統(tǒng)的要素（包括使用保障、維修保障、訓(xùn)練保障、供應(yīng)保障）和壽命周期費(fèi)用對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量的貢獻(xiàn)。以這些指標(biāo)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量全面控制。
3評(píng)估方法和模型構(gòu)建
3.1評(píng)估方法
可用的方法可分為解析法和仿真法兩類。解析法能夠準(zhǔn)確地計(jì)算各類效能指標(biāo)，但缺乏對(duì)飛機(jī)維修和使用保障動(dòng)態(tài)特性的描述；仿真法能夠動(dòng)態(tài)地描述飛機(jī)的維修和使用保障動(dòng)態(tài)特性，但仿真結(jié)果不夠穩(wěn)定。為了得到客觀、合理和科學(xué)的結(jié)果,本系統(tǒng)采用解析法和仿真法相結(jié)合的方法。
3.1.1計(jì)算機(jī)仿真
仿真技術(shù)具有低成本、有效克服解析法所不能解決的動(dòng)態(tài)問(wèn)題獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。計(jì)算機(jī)仿真體現(xiàn)在以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：（1）根據(jù)對(duì)業(yè)務(wù)、模型、輸出參數(shù)之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析的結(jié)果，模擬單一飛機(jī)和機(jī)群在仿真周期內(nèi)的總體使用業(yè)務(wù)流程。根據(jù)實(shí)際使用情況，模擬仿真周期內(nèi)飛機(jī)的作戰(zhàn)使用流程。一般流程均從飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù)開始，進(jìn)行任務(wù)前準(zhǔn)備、執(zhí)行任務(wù)、返回進(jìn)行維修保障，然后進(jìn)行再次出動(dòng)。優(yōu)秀業(yè)務(wù)活動(dòng)包括飛機(jī)狀態(tài)的判斷、飛機(jī)的調(diào)度、修復(fù)性維修、預(yù)防性維修、起飛前準(zhǔn)備、再次出動(dòng)準(zhǔn)備等。（2）故障抽樣。采用蒙特卡洛方法進(jìn)行飛機(jī)系統(tǒng)故障抽樣，確定故障發(fā)生時(shí)刻序列。單架飛機(jī)的年平均飛行時(shí)間或者每次的仿真時(shí)間。η為由RANDOM（）函數(shù)生成的0～1之間的隨機(jī)數(shù)。故障發(fā)生時(shí)刻序列的確定方法如下：下一次故障發(fā)生時(shí)刻=本次故障發(fā)生時(shí)刻+下一次故障發(fā)生時(shí)間間隔（2）
3.1.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
對(duì)于已經(jīng)研制的飛機(jī)及其保障系統(tǒng)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法主要體現(xiàn)在飛機(jī)故障數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)等輸入數(shù)據(jù)的獲取。而對(duì)于新研發(fā)的飛機(jī)及其保障系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)可采用設(shè)計(jì)參數(shù)或者相似型號(hào)飛機(jī)參數(shù)。為了計(jì)算最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)，仿真過(guò)程中通過(guò)多次統(tǒng)計(jì)最終評(píng)價(jià)指標(biāo)的分解項(xiàng),獲取最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果。
3.1.3解析法
解析法主要用于各評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算，飛機(jī)各業(yè)務(wù)活動(dòng)分解及其時(shí)序的確定、時(shí)間和資源分配等。各評(píng)估指標(biāo)均可采用解析法進(jìn)行分解，一直到最底層指標(biāo)與飛機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)相同為止。這有利于確定最終的輸入?yún)?shù)，也利于模型數(shù)據(jù)的收集。
3.2評(píng)估模型構(gòu)建
任務(wù)周期從飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù)開始，進(jìn)行任務(wù)前準(zhǔn)備、執(zhí)行任務(wù)、返回進(jìn)行維修保障，然后進(jìn)行再次出動(dòng)，直到當(dāng)天任務(wù)結(jié)束。而在這一任務(wù)周期中，將涉及到任務(wù)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、維修保障活動(dòng)、保障資源、保障組織五大方面設(shè)計(jì)工作的動(dòng)態(tài)協(xié)同。如何全面、科學(xué)、客觀模擬這一過(guò)程，并將其量化，進(jìn)而構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，最終計(jì)算出飛機(jī)在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中的各評(píng)價(jià)指標(biāo)，是飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制需要突破的優(yōu)秀技術(shù)。
3.2.1模型組成
建模的關(guān)鍵體現(xiàn)在任務(wù)建模、保障資源建模、飛機(jī)建模、組織建模和任務(wù)執(zhí)行過(guò)程建模五個(gè)方面。這些模型都描述了飛機(jī)系統(tǒng)某個(gè)方面的特性，它們獨(dú)立構(gòu)成飛機(jī)系統(tǒng)的不同側(cè)面。因此，飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制模型分為任務(wù)、裝備、資源、組織、過(guò)程五個(gè)子模型。（1）任務(wù)模型：描述作戰(zhàn)單元的任務(wù)內(nèi)容及其構(gòu)成的模型。任務(wù)可分為若干個(gè)子任務(wù)，子任務(wù)又可分為若干個(gè)次級(jí)子任務(wù)，各個(gè)子任務(wù)的內(nèi)容及其相互關(guān)聯(lián)都在任務(wù)模型中進(jìn)行描述。隨著任務(wù)的進(jìn)程，其他各個(gè)模型都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。不同模型間的邏輯關(guān)聯(lián)是保障系統(tǒng)模型所固有的。（2）飛機(jī)模型：描述系統(tǒng)中飛機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能組成的模型。復(fù)雜的飛機(jī)系統(tǒng)由各單元以一定關(guān)系組成并形成特定的功能。（3）資源模型：描述保障系統(tǒng)的各種資源以及資源間關(guān)聯(lián)關(guān)系的模型。保障系統(tǒng)中的資源有很多種，例如：維修人員、備件、設(shè)施、技術(shù)資料、計(jì)算機(jī)資源等，但是在作戰(zhàn)單元執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，由于任務(wù)的持續(xù)時(shí)間一般比較短，對(duì)保障效能影響最大的資源只有兩種：備件和維修人員。因此，資源模型主要包括維修人員和各種備品備件的分配信息（其中的備品備件即為飛機(jī)的最小保障單元）、各種備件在維修過(guò)程中的消耗信息以及維修人員的占用信息等。（4）組織模型：描述系統(tǒng)中的組織、角色信息以及組織、角色間關(guān)聯(lián)關(guān)系的模型。其中系統(tǒng)中的組織為各個(gè)作戰(zhàn)單元和基本作戰(zhàn)單元，存在的關(guān)系有組織間的所屬關(guān)系、角色間的存在關(guān)系等。（5）過(guò)程模型：是保障系統(tǒng)的優(yōu)秀模型，保障系統(tǒng)的其他模型都是圍繞著過(guò)程模型展開的。過(guò)程模型是描述任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生的一系列維修、使用保障活動(dòng)及為維修、使用保障活動(dòng)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的模型。
3.2.2系統(tǒng)輸入
根據(jù)模型的組成、評(píng)估指標(biāo)的分解結(jié)果以及飛機(jī)設(shè)計(jì)理論和原理，通過(guò)梳理以上模型組成中各描述參數(shù)之間的關(guān)系的，理清了各輸入?yún)?shù)以及5個(gè)子模型之間的關(guān)系，明確了各子模型必要的輸入?yún)?shù)。該模型分為任務(wù)、飛機(jī)、資源、組織、過(guò)程5個(gè)子模型。根據(jù)每個(gè)模型的描述，對(duì)描述參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化描述。例如,任務(wù)模型結(jié)構(gòu)化為任務(wù)系統(tǒng)、任務(wù)剖面和基本任務(wù)；任務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化為飛機(jī)名稱、飛機(jī)總數(shù)、飛機(jī)任務(wù)種類；任務(wù)剖面結(jié)構(gòu)化為任務(wù)種類、任務(wù)持續(xù)時(shí)間、任務(wù)所需飛機(jī)數(shù)量、基本任務(wù)名稱；基本任務(wù)可結(jié)構(gòu)化為基本任務(wù)名稱、基本任務(wù)持續(xù)時(shí)間、所含波次數(shù)、單波次所需最小飛機(jī)數(shù)、單波次持續(xù)時(shí)間和單波次任務(wù)成功點(diǎn)等設(shè)計(jì)參數(shù)。
3.2.3業(yè)務(wù)流程
在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)單一飛機(jī)和機(jī)群的總體使用業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了梳理，并對(duì)業(yè)務(wù)、模型、輸出參數(shù)之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行了分析。根據(jù)實(shí)際使用情況，對(duì)飛機(jī)的作戰(zhàn)使用流程進(jìn)行了梳理。在活動(dòng)過(guò)程子模型中，需要確定各專業(yè)活動(dòng)執(zhí)行的邏輯先后、執(zhí)行時(shí)間、資源、組織、特殊要求、所屬專業(yè)等信息。通過(guò)仿真飛機(jī)的任務(wù)和使用保障過(guò)程，梳理各任務(wù)和活動(dòng)的執(zhí)行流程，將5個(gè)子模型以及個(gè)輸入?yún)?shù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，最終統(tǒng)計(jì)相關(guān)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果。
4模型初步驗(yàn)證
為了易于驗(yàn)證模型和方法，對(duì)案例進(jìn)行了以下簡(jiǎn)化：（1）飛機(jī)結(jié)構(gòu)假定只有三個(gè)子系統(tǒng)（燃油系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、火控系統(tǒng)）。（2）將所有的保障資源放在同一個(gè)“資源池”中。（3）使用保障活動(dòng)與任務(wù)暫時(shí)沒(méi)有關(guān)聯(lián)，作業(yè)時(shí)間是一個(gè)定值。（4）維修過(guò)程中備件的周轉(zhuǎn)時(shí)間為定值。（5）預(yù)防性維修活動(dòng)看作一個(gè)事件，作業(yè)時(shí)間為一個(gè)定值。（6）供應(yīng)保障和訓(xùn)練保障暫時(shí)不考慮。模型的驗(yàn)證采用本模型仿真結(jié)果和LSEM模型仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算的出動(dòng)架次率分別為2.56架?次/天和2.5架?次/天，偏差為2.4%。該偏差處于可接受范圍內(nèi)。
5模型特點(diǎn)和應(yīng)用
5.1模型特點(diǎn)該模型具有以下特點(diǎn)：
（1）系統(tǒng)性。該模型使得飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量的控制不再以各系統(tǒng)、各部件、各產(chǎn)品等孤立地進(jìn)行，而把整個(gè)飛機(jī)及其保障系統(tǒng)作為一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量控制。這不僅符合飛機(jī)研制的客觀規(guī)律，而且將飛機(jī)的裝配、各系統(tǒng)、各產(chǎn)品之間的接口對(duì)飛機(jī)質(zhì)量的影響也進(jìn)行考慮。其結(jié)果能夠更真實(shí)、全面、客觀反映飛機(jī)及其保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。該方法的這個(gè)特點(diǎn)與戴明的系統(tǒng)論理論一致。（2）階段性。由于飛機(jī)研制具有明顯的階段性，每一階段的設(shè)計(jì)參數(shù)逐步詳細(xì)和準(zhǔn)確，因此，該模型也具有階段性。隨著設(shè)計(jì)的深入，該模型的輸入將不斷逼近飛機(jī)及其保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。該方法的這個(gè)特點(diǎn)與戴明的質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)一致。
（3）動(dòng)態(tài)性。以往的控制方法僅采用了質(zhì)量管理體系和程序，是一種靜態(tài)的控制方法。該模型能夠動(dòng)態(tài)性地描述飛機(jī)的使用和保障過(guò)程，其結(jié)果與真實(shí)的設(shè)計(jì)質(zhì)量具有較小的偏差。（4）客觀性。該模型能夠克服以往采用的程序控制和專家評(píng)審方法具有的主觀性，其結(jié)果更加科學(xué)、合理、客觀。（5）全面性。目前，美國(guó)工業(yè)界已開發(fā)出大量相關(guān)模型，如戰(zhàn)備完好性試驗(yàn)用可用性原型的快速構(gòu)建（RAPTOR）軟件、裝備保障性仿真工具SCOPE、后勤復(fù)合模型LCOM、戰(zhàn)備完好性評(píng)估模型METRIC、F-15E的可用度評(píng)價(jià)模型SLAM、JSF戰(zhàn)斗機(jī)的全任務(wù)仿真系統(tǒng)、美國(guó)空軍基地資源的戰(zhàn)區(qū)仿真模型TSAR等。以往的模型僅采用單一的評(píng)價(jià)指標(biāo)。選擇的使用可用度、出動(dòng)架次率、再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間、全壽命周期費(fèi)用指標(biāo)能全面衡量飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量。評(píng)價(jià)結(jié)果不僅反映了飛機(jī)平臺(tái)本身的設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且還反映了其保障系統(tǒng)和他們之間接口的設(shè)計(jì)質(zhì)量。（6）經(jīng)濟(jì)性。地面試驗(yàn)的成本高昂，而本模型可以省去地面試驗(yàn)所需要的飛機(jī)及其保障系統(tǒng)的研制費(fèi)用，地面試驗(yàn)的包括人工、場(chǎng)地、設(shè)施等其他費(fèi)用也不再需要了。
5.2應(yīng)用
由于飛機(jī)及其保障系統(tǒng)的研發(fā)具有明顯的階段性，本文提出的模型和方法在各階段對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量的控制途徑也不相同。
（1）在項(xiàng)目的招標(biāo)和投標(biāo)階段，利用該模型評(píng)價(jià)供應(yīng)商提供的設(shè)計(jì)方案和標(biāo)書，確定其是否滿足項(xiàng)目的指標(biāo)要求，從而最終選定合適的供應(yīng)商，從而確定最佳設(shè)計(jì)質(zhì)量方案。
（2）在概念設(shè)計(jì)階段，利用該模型評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案，找出飛機(jī)和保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，提出優(yōu)化和改進(jìn)措施，完善飛機(jī)平臺(tái)和保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量。
（3）在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，利用該模型評(píng)價(jià)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，找出飛機(jī)和保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，提出優(yōu)化和改進(jìn)措施，完善飛機(jī)平臺(tái)和保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量。
（4）在部署/使用階段，驗(yàn)證飛機(jī)及其保障系統(tǒng)是否滿足規(guī)定的系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求，找出設(shè)計(jì)中的模弱環(huán)節(jié)，提出優(yōu)化和改進(jìn)措施，為調(diào)整保障系統(tǒng)和飛機(jī)改型、研制新型號(hào)飛機(jī)提供必要的經(jīng)驗(yàn)信息。
6結(jié)論
針對(duì)當(dāng)前飛機(jī)設(shè)計(jì)和使用中存在的諸多問(wèn)題，本文提出了一種基于計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制方法，確定了衡量飛機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量的評(píng)價(jià)參數(shù)，構(gòu)建了計(jì)算機(jī)仿真模型，利用成熟的LSEM模型對(duì)模型的正確性、有效性和合理性進(jìn)行了初步驗(yàn)證，但是仍需要經(jīng)過(guò)大量的真實(shí)使用數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。該模型具有系統(tǒng)性、階段性、動(dòng)態(tài)性、全面性、客觀性和經(jīng)濟(jì)性等。在飛機(jī)研制的各個(gè)階段，利用該模型對(duì)飛機(jī)平臺(tái)及其保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)和控制，提出優(yōu)化、改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)研制過(guò)程設(shè)計(jì)質(zhì)量的有效監(jiān)控。
作者：袁聰聰 張傳超 單位：中航航空電子有限公司 中國(guó)人民大學(xué)
一、計(jì)算機(jī)仿真理論教學(xué)內(nèi)容改革
現(xiàn)代控制理論近年來(lái)發(fā)展迅速，使得我們對(duì)各類控制對(duì)象有了更好的理解，能夠很好地刻畫實(shí)際對(duì)象中事件驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，提出了離散事件系統(tǒng)，它的動(dòng)態(tài)行為是由一系列隨機(jī)出現(xiàn)的事件驅(qū)動(dòng)的，而且控制理論界已經(jīng)給出了很多建模方法和建模工具，如Gracefet圖、自動(dòng)機(jī)和Petri網(wǎng)[2,3]。而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)仿真內(nèi)容主要是面向連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，雖然也涉及離散事件系統(tǒng)，但是對(duì)離散事件系統(tǒng)建模和仿真方法少有涉獵。離散事件系統(tǒng)的模型大部分來(lái)自計(jì)算機(jī)科學(xué)研究領(lǐng)域，現(xiàn)代控制理論和控制工程都離不開計(jì)算機(jī)，對(duì)此類建模工具的了解可以拓寬自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升他們思考和解決計(jì)算機(jī)控制工程問(wèn)題的能力。為此，在計(jì)算機(jī)仿真課程內(nèi)容中，我們?cè)黾恿俗詣?dòng)機(jī)和Petri網(wǎng)的基本概念。考慮到學(xué)生缺乏離散數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，我們擬根據(jù)實(shí)際對(duì)象建模需要，結(jié)合Matlab中的stateflow工具箱，介紹離散事件系統(tǒng)的建模和仿真方法。具體內(nèi)容包括：
(1)離散事件系統(tǒng)概念；
(2)自動(dòng)機(jī)模型；
(3)Petri網(wǎng)模型；
(4)離散事件系統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)模型的建模方法；
(5)離散事件系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型的建模方法；
(6)自動(dòng)機(jī)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法；
(7)Petri網(wǎng)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法。
另外，現(xiàn)實(shí)工程領(lǐng)域大多數(shù)系統(tǒng)是混雜系統(tǒng)[4]，既有連續(xù)變化的特征，又有事件驅(qū)動(dòng)的特征，而且連續(xù)變量子系統(tǒng)與事件系統(tǒng)之間相互作用相互影響。從20世紀(jì)60年代，學(xué)界就開始了混雜系統(tǒng)的研究，目前已經(jīng)取得了豐富的成果，涉及混雜系統(tǒng)的建模、分析、控制、調(diào)度和優(yōu)化等問(wèn)題。其中，建模和分析方法對(duì)自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)體系的構(gòu)建非常重要，事件驅(qū)動(dòng)的思想能夠讓學(xué)生將控制理論與實(shí)際過(guò)程更好地建立聯(lián)系，因此在計(jì)算機(jī)仿真課程中，我們?cè)黾恿藢?duì)混合自動(dòng)機(jī)和混合Petri網(wǎng)的介紹，并結(jié)合實(shí)例闡述如何給出混雜系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及仿真模型和仿真程序的設(shè)計(jì)方法。具體內(nèi)容包括：
(1)混雜系統(tǒng)概念；
(2)混合自動(dòng)機(jī)；
(3)混合Petri網(wǎng)；
(4)混雜系統(tǒng)的混合自動(dòng)機(jī)建模方法；
(5)混雜系統(tǒng)的混合Petri網(wǎng)建模方法；
(6)混合自動(dòng)機(jī)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法；
(7)混合Petri網(wǎng)的仿真模型的設(shè)計(jì)方法。
二、計(jì)算機(jī)仿真實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革
計(jì)算機(jī)仿真是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，利用代碼將實(shí)際對(duì)象虛擬到計(jì)算機(jī)中，這就要求自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生不僅要掌握知識(shí)概念，還要能夠編寫代碼用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)抽象的概念。如果實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容設(shè)計(jì)合理，可以很好地鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。鑒于自動(dòng)控制原理大量?jī)?nèi)容屬于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的分析方法，而仿真是分析系統(tǒng)不可或缺的手段，仿真實(shí)踐課程可以鞏固控制原理的抽象的知識(shí)。如何設(shè)計(jì)仿真課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的計(jì)算機(jī)仿真課程非常重要，圍繞自動(dòng)化專業(yè)課程體系，我們擬設(shè)定如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：
(1)二階電路的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；
(2)單容水箱的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；
(3)電機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；
(4)一階倒立擺的C程序仿真實(shí)驗(yàn)；
(5)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)模型仿真實(shí)驗(yàn)；
(6)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型仿真實(shí)驗(yàn)；
(7)Bang-bang控制液位系統(tǒng)的混雜自動(dòng)機(jī)、Petri網(wǎng)模型的仿真實(shí)驗(yàn)；
(8)反應(yīng)釜復(fù)雜控制系統(tǒng)的Matlab仿真。
三、結(jié)束語(yǔ)
本文探討了自動(dòng)化專業(yè)計(jì)算機(jī)仿真課程的教學(xué)改革問(wèn)題，通過(guò)實(shí)踐改革，使教學(xué)內(nèi)容更加符合自動(dòng)化專業(yè)的課程體系。從前期的教學(xué)效果看，上述改革能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，并且有效地提高了學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。
作者：羅繼亮 邵 輝 晏來(lái)成 單位：華僑大學(xué)自動(dòng)化系
一、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用分類
（1）計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算在產(chǎn)品模型為中心的應(yīng)用：在產(chǎn)品模型引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以對(duì)產(chǎn)品的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能、可制造型、可裝配性等情況進(jìn)行分析。一個(gè)產(chǎn)品的研究與開發(fā)，需要考慮其實(shí)用功能、實(shí)際需求、產(chǎn)品外觀、產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品的可制造型、產(chǎn)品的可批量生產(chǎn)性等方面的因素，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)很好的完成這些工作，在產(chǎn)品模型中發(fā)揮作用。
（2）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造系統(tǒng)模型為中心的應(yīng)用：制造業(yè)中的制造系統(tǒng)模型中包括了制造設(shè)備的高仿真智能運(yùn)用。復(fù)雜制造系統(tǒng)的模擬等過(guò)程，計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)在檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行能力、監(jiān)控設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況中發(fā)揮著巨大的作用。
（3）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在開發(fā)過(guò)程模型為中心的應(yīng)用：在這個(gè)分類中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中起到作用。產(chǎn)品的制造過(guò)程引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就是利用仿真技術(shù)將制造系統(tǒng)模型和產(chǎn)品模型進(jìn)行有效的結(jié)合，進(jìn)行多方位的模擬、全面的運(yùn)算，以及全面的考慮生產(chǎn)批量、產(chǎn)品成本等問(wèn)題，開發(fā)出合格并且滿足需求的產(chǎn)品。
二、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為一種高新的科學(xué)技術(shù)在制造業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)、軍事、醫(yī)療等汗液都有應(yīng)用，特別是在航空行業(yè)、國(guó)防行業(yè)等大規(guī)模、復(fù)雜的系統(tǒng)研發(fā)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造行業(yè)中的應(yīng)用可以減少不必要的損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量。在制造行業(yè)中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)涵蓋了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試運(yùn)行的全過(guò)程，已經(jīng)成為了制造業(yè)不可或缺的重要技術(shù)手段。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使用戶通過(guò)電腦屏幕進(jìn)入一個(gè)三維世界，其可以為產(chǎn)品提供一個(gè)可視化的三維環(huán)境，對(duì)物體進(jìn)行交互操作，從而對(duì)質(zhì)量和數(shù)量進(jìn)行綜合決策，這種可視化的解決策略可以對(duì)快速化及批量化生產(chǎn)的發(fā)展起到推動(dòng)作用[2]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，對(duì)產(chǎn)品的性能和運(yùn)行狀況進(jìn)行測(cè)試與監(jiān)控，這種技術(shù)將計(jì)算機(jī)圖文學(xué)、高仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)傳感技術(shù)等多種技術(shù)手段進(jìn)行了結(jié)合，這種技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的各個(gè)階段都可以進(jìn)行支持，使用者通過(guò)操作可以檢驗(yàn)產(chǎn)品的各個(gè)部件是否合格，檢驗(yàn)產(chǎn)品的各個(gè)性能進(jìn)的穩(wěn)定性，檢驗(yàn)產(chǎn)品功能的實(shí)用性。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中的虛擬制造技術(shù)將三維模型和虛擬仿真進(jìn)行有有效的集成，從而可以對(duì)實(shí)際世界中的物體進(jìn)行操作，是一種計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)技術(shù)，是一種實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造過(guò)程的應(yīng)用技術(shù)[3]。虛擬制造技術(shù)在制造業(yè)中的引入可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)線或車間中少人力、物力、財(cái)力并在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證[4]，為產(chǎn)品的生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
三、制造業(yè)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的研究展望
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程的信息化、數(shù)字化、以及網(wǎng)絡(luò)化，為企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造提供了包含生產(chǎn)源、工藝流程、管理等多種動(dòng)態(tài)信息的分析方法。在傳統(tǒng)的制造方法卻無(wú)法對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行快速化設(shè)計(jì)，無(wú)法進(jìn)行小批量多品種的產(chǎn)品的生產(chǎn)，對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、控制都很難達(dá)到預(yù)期的效果，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的引入就可以很好地解決這些問(wèn)題。
現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣發(fā)的物流仿真軟件有DEL-MIA/QUEST、EM-Plant等，這些軟件都是面向?qū)ο蟮摹D形化集成建模仿真軟件，可以搭建系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)參數(shù)輸入而獲得系統(tǒng)的參數(shù)輸出，對(duì)制造企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)具有很高的參考性。隨著仿真軟件在制造業(yè)中的需求的不斷增大，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)會(huì)不斷的發(fā)展，三維建模軟件與物流仿真軟件會(huì)得到更好的結(jié)合，并以快速、簡(jiǎn)單的建模建立、工藝仿真以及優(yōu)化算法等一步一步的集成，這將是制造業(yè)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展方向。
四、結(jié)論
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中得到飛速的發(fā)展，最主要的原因是其對(duì)我國(guó)社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的提高具有重要的意義。現(xiàn)在段，在制造業(yè)中仿真技術(shù)是一種具備綜合性、高科技的基本保障，并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。，在一些大規(guī)模、復(fù)雜性強(qiáng)的研發(fā)中更是必不可少的工具。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的仿真規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，仿真功能也在不斷的強(qiáng)化，大力的推進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)提高我國(guó)產(chǎn)品的自主生產(chǎn)力，推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。
作者：崔建亭 單位：上海交通大學(xué)
1教學(xué)方法改革
1.1情景教學(xué)
在高頻電子線路教學(xué)內(nèi)容中，概念多、難點(diǎn)多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多，同時(shí)還會(huì)涉及到非線性分析法，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)覺(jué)得枯燥、難學(xué)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)展示可以使教學(xué)中的難點(diǎn)得到化解。但在實(shí)際教學(xué)中，因?yàn)槭艿娇臻g和時(shí)間條件的限制，在實(shí)際教學(xué)中實(shí)物演示受到了制約。在高頻電子線路教學(xué)中要找到教學(xué)過(guò)程中的教學(xué)難點(diǎn)、抽象點(diǎn)，要準(zhǔn)備例如振蕩器平衡的調(diào)制系數(shù)、穩(wěn)定條件等多個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，在課堂情境教學(xué)中應(yīng)用，為學(xué)生在認(rèn)識(shí)上提供更加便利的條件，提高教學(xué)效率。
1.2課程統(tǒng)籌教學(xué)
通常情況下，在高頻電子線路教學(xué)中，理論課與實(shí)驗(yàn)課是分開的，兩者相互獨(dú)立，這樣在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)情況，主要表現(xiàn)在時(shí)間和內(nèi)容上脫節(jié)，教學(xué)過(guò)程中的驗(yàn)證性試驗(yàn)無(wú)法在及時(shí)的加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，導(dǎo)致了教學(xué)效果大大降低。在教學(xué)過(guò)程中為了完整性經(jīng)常會(huì)對(duì)一些操作簡(jiǎn)單、結(jié)論明顯的實(shí)驗(yàn)也安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，這浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)課程。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行合理改革，對(duì)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌，課堂教學(xué)結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)安排相應(yīng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；部分理論課程可以在實(shí)驗(yàn)課程上進(jìn)行，可以一邊做實(shí)驗(yàn)一邊傳授理論知識(shí)。針對(duì)每個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的仿真預(yù)習(xí)，利用計(jì)算機(jī)仿真代替實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)預(yù)習(xí)報(bào)告的方式完成。通過(guò)實(shí)踐證明，采用此種教學(xué)方式不僅解決了教學(xué)時(shí)間，而且提高了學(xué)生在自我學(xué)習(xí)中的管理能力。此外，計(jì)算機(jī)仿真通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境進(jìn)行了模擬，學(xué)生可以進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，并且可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行自行修改，這樣不僅縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備也起到了一定保護(hù)作用，避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而給設(shè)備造成損傷。
2仿真教學(xué)應(yīng)用實(shí)例
Multisim11是高頻電子線路教學(xué)中經(jīng)常被應(yīng)用的一種軟件，仿真分析具體步驟如下：依據(jù)設(shè)計(jì)和原理創(chuàng)建電路原理圖，然后依據(jù)實(shí)驗(yàn)情況對(duì)電路圖選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，開啟仿真開關(guān)，使電路運(yùn)行，再借助仿真儀器，獲取理想的仿真結(jié)果。解調(diào)、調(diào)制電路是組成通信設(shè)備的重要部分，解調(diào)和調(diào)制方式對(duì)系統(tǒng)的性能有著巨大影響，同時(shí)也是在高頻電子線路學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)。
2.1普通AM（調(diào)幅）信號(hào)波形仿真
調(diào)幅是振幅調(diào)制的簡(jiǎn)稱，調(diào)幅包括：抑制載波、普通調(diào)幅等，普通調(diào)幅是其中最基本的一種，其余調(diào)幅都是有普通調(diào)幅演變來(lái)的。依據(jù)調(diào)幅信號(hào)形成的基本原理，在Multisim11下創(chuàng)建普通調(diào)幅電路，開啟仿真后可以可在雙蹤示波器上看到低頻調(diào)制信號(hào)與普通調(diào)幅信號(hào)波形對(duì)比圖。對(duì)直流電壓V3進(jìn)行調(diào)整，使電路調(diào)幅系數(shù)進(jìn)行改變但V3與1V相等時(shí)，調(diào)幅系數(shù)將超過(guò)1，則為方正波形，發(fā)生調(diào)幅現(xiàn)象，已調(diào)波在經(jīng)歷檢波后將無(wú)法恢復(fù)到原有的形態(tài)，屬于嚴(yán)重失真，因此在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)當(dāng)盡量避免此現(xiàn)象的發(fā)生。
2.2二極管包絡(luò)檢波器仿真波形
二極管構(gòu)成的包絡(luò)檢波器性能強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此被廣泛應(yīng)用與檢波電路教學(xué)中，經(jīng)過(guò)解調(diào)后輸出的信號(hào)能夠?qū)斎胄盘?hào)的包絡(luò)進(jìn)行合理反映，仿真電路如圖4所示。開啟仿真，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，便可得到獲得調(diào)解后信號(hào)與輸入信號(hào)兩者的對(duì)比。但在對(duì)電路參數(shù)調(diào)整過(guò)程中，如果沒(méi)有對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行正確選擇，二級(jí)管包絡(luò)檢波器在實(shí)際工作中極有可能發(fā)生負(fù)峰切割失真和惰性失真。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中要注重電路參數(shù)的調(diào)整。
3計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用需要做好輔助工作
（1）整合教學(xué)內(nèi)容對(duì)課堂、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，在使用計(jì)算機(jī)仿真前，教師需要做大量工作。首先，教師要對(duì)教學(xué)中的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)籌。例如，在教學(xué)過(guò)程中，哪些部分課堂講解的內(nèi)容需要利用計(jì)算機(jī)仿真代替，哪些教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真演示，又有哪些內(nèi)容使需要通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。
（2）編制輔助教學(xué)手冊(cè)對(duì)高頻電子線路教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合后，教學(xué)應(yīng)當(dāng)精細(xì)編制輔助教學(xué)手冊(cè)，對(duì)進(jìn)行過(guò)程進(jìn)行指導(dǎo)。輔助教學(xué)手冊(cè)中的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)通俗易懂，計(jì)算機(jī)仿真的思路、目的、步驟等內(nèi)容要言簡(jiǎn)意賅，便于學(xué)生理解和運(yùn)用。
（3）改革考核制度考核是檢驗(yàn)教學(xué)成果的主要手段，既然在高頻電子線路教學(xué)中引入了計(jì)算機(jī)仿真，那么在考核中也應(yīng)當(dāng)有所體現(xiàn)。在考核過(guò)程中不僅要涵蓋大綱的教學(xué)要求，同時(shí)也要加入計(jì)算機(jī)仿真考核。在考核上應(yīng)當(dāng)做出合理的改革，主要體現(xiàn)在總成績(jī)的構(gòu)成上。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用表明，合理的考核結(jié)構(gòu)，不僅能夠使計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)在高頻電子線路教學(xué)中起到更好的作用，同時(shí)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了一定督促作用。
4結(jié)語(yǔ)
將計(jì)算機(jī)仿真軟件應(yīng)用到高頻電子線路教學(xué)中，可以將教學(xué)中抽象難懂的內(nèi)容進(jìn)行展示，通過(guò)改變參數(shù)獲取不同波形，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，是一種值得推廣的方法。
作者：張曉軍 陸興華 單位：廣東工業(yè)大學(xué)
1計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)概述
1.1宏觀仿真（Macro-simulation）
描述公鐵聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)各要素及其規(guī)律的細(xì)節(jié)程度較低，主要通過(guò)集聚行為來(lái)對(duì)物流及交通流進(jìn)行描述，僅僅對(duì)車流在路段和節(jié)點(diǎn)的流入流出行為進(jìn)行描述，而對(duì)兩種運(yùn)輸方式的切換及列車、車輛的運(yùn)行過(guò)程中的行為等細(xì)節(jié)行為不進(jìn)行描述。常見的宏觀仿真軟件有TransCAD、TRIPS、CUBE、VISUM及EMME等。
1.2中觀仿真（Med-simulation）
能夠較高程度的對(duì)系統(tǒng)要素及其規(guī)律進(jìn)行描述，以列車或者貨車組成的隊(duì)列為基本單元，在對(duì)車流在路段和節(jié)點(diǎn)流入流出行為進(jìn)行描述的同時(shí)，能夠?qū)煞N運(yùn)輸方式的切換及列車、車輛的運(yùn)行過(guò)程中的行為進(jìn)行簡(jiǎn)單的近似描述。常見的中觀仿真軟件有CONTRAM、TISI和INTEGRATION等。
1.3微觀仿真（Micro-simulation）
描述公鐵聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)各要素及其規(guī)律的細(xì)節(jié)程度較高，對(duì)于物流和交通流以單個(gè)列車、車輛為基本單位進(jìn)行描述，對(duì)兩種運(yùn)輸方式的切換及列車、車輛的運(yùn)行過(guò)程中的行為能夠較為真實(shí)地反映。常見的微觀仿真軟件有Corsim、Paramics、Trans-Modeler、AIMSUN、SimTraffic、VISSIM、MITSIM及Synchro等。
1.4次微觀仿真（Submicroscopic-simulation）
描述公鐵聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)各要素及其規(guī)律的細(xì)節(jié)程度最高。例如：次微觀仿真模型在對(duì)運(yùn)輸方式切換行為進(jìn)行描述的同時(shí)，還要對(duì)車輛承載量的改變對(duì)車速的和費(fèi)用的影響等進(jìn)行描述。
2公鐵聯(lián)運(yùn)物流仿真平臺(tái)建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)研究
2.1公鐵聯(lián)運(yùn)物流工程仿真平臺(tái)的建立
采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)及信息技術(shù)，以公鐵聯(lián)運(yùn)物流業(yè)務(wù)流程管理為優(yōu)秀，集成交通運(yùn)輸工程、物流工程、現(xiàn)代物流運(yùn)籌規(guī)劃、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等學(xué)科和技術(shù)，建立針對(duì)公鐵聯(lián)運(yùn)物流的高連接性、精確性、集成性、動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性的要求，區(qū)別于一般物流概念的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室或演示實(shí)驗(yàn)室，建立基于實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用為背景的公鐵聯(lián)運(yùn)物流工程仿真平臺(tái)。
2.2不同運(yùn)輸環(huán)節(jié)的無(wú)縫連接
采用基于XML的EDI技術(shù)協(xié)調(diào)公鐵聯(lián)運(yùn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，完成兩種不同運(yùn)輸環(huán)節(jié)的無(wú)縫銜接，深入研究公鐵聯(lián)運(yùn)信息的傳輸效率及跨地區(qū)傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的實(shí)時(shí)信息傳輸、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分布式和集中式處理的結(jié)合以及多個(gè)異地局域網(wǎng)連接等。
2.3公鐵聯(lián)運(yùn)的信息集成服務(wù)的研究
通過(guò)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化方法對(duì)公鐵聯(lián)運(yùn)多式聯(lián)運(yùn)的信息集成服務(wù)進(jìn)行研究，達(dá)到物流過(guò)程中信息的高效共享和業(yè)務(wù)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域，跨行業(yè)，跨部門的信息共享，充分發(fā)揮信息集聚效應(yīng)，達(dá)到降低成本提升效率的目的。
2.4公鐵聯(lián)運(yùn)物流安全控制與研究
建立基于GIS的公鐵聯(lián)運(yùn)物流安全監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)，建立預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行定性和定量分析，作出識(shí)別、診斷和決策。
3結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，我國(guó)由于基礎(chǔ)設(shè)施落后，技術(shù)水平低及信息化程度不高等不足，迫切需要通過(guò)一種低成本、高效率的方式從多角度開展多式聯(lián)運(yùn)研究，因此通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，建立公鐵聯(lián)運(yùn)工程設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)對(duì)于尋求最優(yōu)解決方案具有重要的理論和實(shí)踐意義。
作者：李晶 侯倩倩 田彬 單位：蘭州交通大學(xué)機(jī)電技術(shù)研究所 蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院
1我國(guó)的物流運(yùn)作現(xiàn)狀分析
我們通過(guò)對(duì)2003年的第四次中國(guó)物流市場(chǎng)的供需狀況調(diào)查進(jìn)行分析，調(diào)查出來(lái)的結(jié)果顯示出我國(guó)的物流行業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)情況并不是很好。2.1企業(yè)的庫(kù)存期過(guò)長(zhǎng)、周轉(zhuǎn)時(shí)間太慢通過(guò)該項(xiàng)調(diào)查我們可以看出，有百分之八十的企業(yè)原材料庫(kù)存時(shí)間在一周到三個(gè)月期間，百分之八十四的生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品庫(kù)存都在三個(gè)月以下，百分之七十的商品企業(yè)銷售庫(kù)存在一個(gè)月以下，這就表明我國(guó)的企業(yè)產(chǎn)品庫(kù)存時(shí)間太長(zhǎng)，周轉(zhuǎn)時(shí)間太慢，主要還是物流情況差勁導(dǎo)致的，在此我們也能看出我國(guó)的物流情況急需得到相應(yīng)改善，從而改變現(xiàn)在這種狀況。2.2人們對(duì)物流的滿意度較低生產(chǎn)企業(yè)里面的3PL相比較自理物流來(lái)看，在滿意度方面差別很大，對(duì)于自理物流的評(píng)價(jià)主要是不完全滿意，對(duì)第三方的物流評(píng)價(jià)就不是這么固定了，分布相對(duì)分散，滿意、不完全滿意和不滿意都有一部分。而在商業(yè)企業(yè)中，對(duì)物流不完全滿意的比例是最大的，這就表明第三方的物流服務(wù)是好于自理物流的。再?gòu)牟粷M意的原因分析，企業(yè)內(nèi)部對(duì)于物流服務(wù)的關(guān)心側(cè)重在于物流信息的操作質(zhì)量以及運(yùn)作能力，對(duì)運(yùn)作成有不滿意的評(píng)價(jià)也占一小部分，這就說(shuō)明我國(guó)的物流系統(tǒng)還是不夠完善，物流行業(yè)的成本需要進(jìn)一步降低。通過(guò)上述現(xiàn)狀我們可以看出，我國(guó)現(xiàn)如今的物流運(yùn)作水平還是比較落后的，所以說(shuō)我們應(yīng)該加大對(duì)物流系統(tǒng)的優(yōu)化工作，提高物流系統(tǒng)的服務(wù)水平已經(jīng)在物品運(yùn)輸上的成本的降低，只有這樣才能保證我國(guó)的物流行業(yè)繼續(xù)發(fā)展下去，才能讓企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)得以凸顯。
2基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的自動(dòng)化物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)物流系統(tǒng)
當(dāng)企業(yè)內(nèi)部開始安排并且計(jì)劃著在生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)嵭形锪飨到y(tǒng)并且提出運(yùn)行的總體方案時(shí)，應(yīng)該根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的實(shí)際情況以及生產(chǎn)出的產(chǎn)品的需求多設(shè)計(jì)出幾套不同的物流方案，然后對(duì)這些方案進(jìn)行分析比較，不論是對(duì)哪一套方案進(jìn)行分析，都需要在企業(yè)內(nèi)部的產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)中采集需要的樣品進(jìn)行分析。此外，我們可以在這一流程里面融入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，這樣就能夠?qū)Χ嗵追桨高M(jìn)行實(shí)際情況下的運(yùn)作模擬操作、物流運(yùn)作的績(jī)效評(píng)估以及企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)試驗(yàn)等等。一般而言，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在企業(yè)的物流系統(tǒng)中加以應(yīng)用，主要在原材料的購(gòu)買、運(yùn)輸以及儲(chǔ)存，還有整套產(chǎn)品的生產(chǎn)流水線以及產(chǎn)品的加工、出庫(kù)這些方面有所體現(xiàn)，它能夠?qū)ι鲜龅倪^(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的仿真模擬操作，從而能夠?qū)ιa(chǎn)環(huán)節(jié)的效率進(jìn)行提升，還能夠降低原材料等物質(zhì)的運(yùn)輸成本，可以讓企業(yè)內(nèi)部的物流系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)得到改善。此外，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流系統(tǒng)我們可以有效地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的功能進(jìn)行檢查，還可以檢驗(yàn)企業(yè)的訂單要求和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的匹配程度，還有交通工具的有效利用，物流的運(yùn)輸方式和運(yùn)輸路線是否最優(yōu)，生產(chǎn)物資的原材料經(jīng)過(guò)的環(huán)節(jié)是否達(dá)到了最簡(jiǎn)等等。現(xiàn)在看來(lái)，物流系統(tǒng)中融入自動(dòng)化計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以有效地對(duì)企業(yè)物流的各個(gè)方面進(jìn)行檢驗(yàn)，能夠極大的對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行完善，在促進(jìn)其優(yōu)化方面起著重要的作用。
2.2適用于港口的物流系統(tǒng)
在港口的物流系統(tǒng)中加以應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，主要是在港口物流系統(tǒng)的環(huán)節(jié)以及相關(guān)領(lǐng)域的規(guī)劃方面得以體現(xiàn)，即船舶泊位設(shè)計(jì)、貨柜堆場(chǎng)設(shè)計(jì)、裝運(yùn)搬卸工藝設(shè)計(jì)等的合理分配和資源優(yōu)化上，另外對(duì)于現(xiàn)實(shí)港口管理系統(tǒng)的策略制定和優(yōu)化方面也是計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)要解決的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題，最主要的目標(biāo)就是想對(duì)港口物流作業(yè)的調(diào)度進(jìn)行實(shí)時(shí)化的實(shí)現(xiàn)，包括港口生產(chǎn)調(diào)度、貨柜堆場(chǎng)作業(yè)控制、車輛作業(yè)路線等，我們對(duì)這些線路環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真操作以及分析，能夠?qū)Ω劭诘奈锪髯鳂I(yè)系統(tǒng)有一個(gè)科學(xué)合理的評(píng)判，對(duì)其整體的流程進(jìn)行有一定的積極影響，此外，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)于物流系統(tǒng)整體的錢能診斷以及深入分析。我們?cè)诜治鲋蟮幕A(chǔ)上對(duì)港口物流系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，選擇最優(yōu)的改進(jìn)方案，就能達(dá)到最好的改進(jìn)效果。目前計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在港口物流貨柜堆場(chǎng)的管理中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)立體化全景象管理和控制，這在很大程度上對(duì)各種貨柜的存放、搬運(yùn)以及出入情況進(jìn)行了改善，操作起來(lái)更加的方便，從而提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。
3結(jié)論
自動(dòng)化的物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)最前沿的手段以及現(xiàn)代的解決方案就是對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的利用，那些基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的自動(dòng)化物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)ξ锪餍袠I(yè)的操作自動(dòng)化水平、智能化水平以及技術(shù)化水平有效地進(jìn)行提高，此外，物流工程的直觀性也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)進(jìn)行提高。本文主要分析了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和物流系統(tǒng)的含義，然后分析了兩種技術(shù)的相互融合起到的促進(jìn)作用，之后對(duì)我國(guó)前幾年的物流運(yùn)作狀況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)性分析，最后是介紹了兩種不同的應(yīng)用了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的物流系統(tǒng)，與相關(guān)的物流作業(yè)的基本功能和要求進(jìn)行聯(lián)系，認(rèn)為我國(guó)的物流系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的進(jìn)行完善，我們要致力于發(fā)展基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的自動(dòng)化物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
作者：余小花 單位：陜西財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
1覆蓋率算法在負(fù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
負(fù)控系統(tǒng)在電力網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)重要的應(yīng)用,首先是數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn),通過(guò)部署在各個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的負(fù)控終端來(lái)實(shí)時(shí)的采集電力負(fù)荷的運(yùn)行數(shù)據(jù),并且通過(guò)中繼站上傳到負(fù)控中心。由于中繼站的成本較高,因此在中繼站的部署過(guò)程中也要通過(guò)仿真分析來(lái)確定一個(gè)優(yōu)化的部署方案。在中繼站的部署過(guò)程中要考慮到本區(qū)域的電力負(fù)荷、地形等因素,以便能夠更好的規(guī)劃部署,消除盲區(qū)。在負(fù)控系統(tǒng)的規(guī)劃階段,可以使用現(xiàn)有的智能算法來(lái)確定最優(yōu)化的方案,在本節(jié)剩下的部分中將會(huì)根據(jù)人工魚群基本算法提出一個(gè)適用于負(fù)控系統(tǒng)規(guī)劃的人工魚群算法模型。在負(fù)控系統(tǒng)中,為了避免負(fù)控終端的資源浪費(fèi),規(guī)劃的目標(biāo)應(yīng)該是使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最大值,因此也就是使人工魚群向食物濃度較大的方向移動(dòng)。
1.1參數(shù)設(shè)定
根據(jù)負(fù)控系統(tǒng)的特性對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,根據(jù)指定區(qū)域中預(yù)先估計(jì)的負(fù)控中心的規(guī)模、中繼站的數(shù)量負(fù)控終端的數(shù)量,結(jié)合該區(qū)域中的用戶數(shù)量和電力負(fù)荷來(lái)確定人工魚群的規(guī)模,根據(jù)負(fù)控系統(tǒng)需要覆蓋的區(qū)域的大小來(lái)確定魚群的移動(dòng)范圍,根據(jù)中繼站的覆蓋范圍和負(fù)控終端的覆蓋范圍來(lái)確定魚群的視野,最后根據(jù)指定中繼站所管理的負(fù)控終端數(shù)來(lái)確定迭代參數(shù)和密度參數(shù)。
1.2初始化人工魚群
根據(jù)指定區(qū)域中的用電負(fù)荷和用戶數(shù)來(lái)生成n個(gè)數(shù),為每條人工魚的初始位置，人工魚的初始位置要根據(jù)指定區(qū)域中電力負(fù)荷來(lái)確定。
1.3執(zhí)行算法
根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù),使用人工魚群基本算法對(duì)人工魚群的追尾行為、聚群行為進(jìn)行模擬,人工魚根據(jù)自己的所在區(qū)域中魚群密度較大而且食物濃度較高的區(qū)域移動(dòng)。如果無(wú)法確定移動(dòng)方向,則根據(jù)自己當(dāng)前位置的食物濃度選擇一個(gè)比當(dāng)前濃度高的方向進(jìn)行移動(dòng)或者隨機(jī)移動(dòng)一步。如果達(dá)到最大迭代次數(shù),輸出魚群密度最高的區(qū)域,即得到最佳的部署位置。
1.4方案分析
根據(jù)算法執(zhí)行結(jié)果來(lái)設(shè)定負(fù)控終端和中繼站的部署方案,根據(jù)地形等因素適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整。最后根據(jù)指定區(qū)域的實(shí)際用電數(shù)據(jù)對(duì)方案進(jìn)行仿真測(cè)試,根據(jù)測(cè)試結(jié)果在進(jìn)行方案的優(yōu)化和修改。人工魚群的基本算法提出后,學(xué)術(shù)界根據(jù)不同的需求對(duì)該算法模型進(jìn)行了大量的優(yōu)化,并且在電力系統(tǒng)中有很多的應(yīng)用研究,例如齊志華將人工魚群算法應(yīng)用于電力控制系統(tǒng),吳杰對(duì)人工魚群算法在輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。
2結(jié)語(yǔ)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,必然會(huì)對(duì)電力負(fù)載控制提出更高的要求。負(fù)控系統(tǒng)將在監(jiān)控電力網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、動(dòng)態(tài)控制各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行等方面起著重要的作用。合理的部署負(fù)控系統(tǒng)能夠最大化的節(jié)約電力網(wǎng)絡(luò)的投入,更好的為用戶服務(wù)。因此,在以后的發(fā)展中,基于人工智能算法的計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化技術(shù)將會(huì)對(duì)負(fù)控系統(tǒng)的規(guī)劃提供更好的決策依據(jù)。
作者：田博今 李源 劉亞敏 陳勁 單位：國(guó)網(wǎng)重慶信息通信分公司
1.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真模型建立
1.1引水系統(tǒng)
由于水輪機(jī)是一個(gè)動(dòng)態(tài)元件，在工作時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化和運(yùn)動(dòng)相對(duì)于穩(wěn)定時(shí)要復(fù)雜很多，所以在進(jìn)行水力瞬變的計(jì)算中，工作人員通常采用水輪機(jī)在穩(wěn)定情況下工作時(shí)的綜合特性曲線去確定水輪機(jī)流和水輪機(jī)力矩特性，但是在水輪機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)下的綜合特性曲線不包括尾水管和蝸殼不稱定工況時(shí)水流慣性對(duì)水輪機(jī)特性曲線的影響。在計(jì)算水輪機(jī)綜合特性曲線時(shí)如果引水管道很長(zhǎng)，其影響對(duì)于整體的綜合特性曲線影響不大，所以可以忽略。反之，則要進(jìn)行一些運(yùn)算確定其特性曲線而不可忽略。在計(jì)算機(jī)對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模時(shí)，由于實(shí)際的水力發(fā)電站中線路復(fù)雜，所以在建立模型是必須要對(duì)整個(gè)水力發(fā)電系統(tǒng)中的所有管道通路進(jìn)行編號(hào)，這樣可以有效地避免重復(fù)而出現(xiàn)的誤差，也可以提高整體的工作效率。在對(duì)于系統(tǒng)管道進(jìn)行編號(hào)后，由于整體管道過(guò)多，同時(shí)建立其仿真模型非常麻煩，工作人員通常需要把管道分成若干個(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)格的邊界點(diǎn)作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)，然后在網(wǎng)格內(nèi)部進(jìn)行仿真，然后進(jìn)行最后統(tǒng)一的計(jì)算，建立合理的引水系統(tǒng)。
1.2電液隨動(dòng)系統(tǒng)
現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)速是由電子調(diào)節(jié)控制器和電液隨動(dòng)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。對(duì)于前一部分我國(guó)研究的比較深入，技術(shù)比較成熟。但對(duì)于電液隨動(dòng)系統(tǒng)基本保持原有體制并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一部分優(yōu)化微調(diào)。微調(diào)主要分為模擬電調(diào)和微處理器電調(diào)兩種方法。但是這兩種方法都是采用電液隨動(dòng)系統(tǒng)。電液隨動(dòng)系統(tǒng)作為水輪機(jī)調(diào)速的執(zhí)行部分，是其中不可缺少的重要組成部分。但是由于在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中工作油液量大，流動(dòng)路徑較長(zhǎng)，并且與大氣和壓縮空氣直接接觸，使得工作油液內(nèi)的金屬微粒、油泥、纖維等機(jī)械雜質(zhì)較多，并且由于酸堿、水分所引起的油質(zhì)劣化十分嚴(yán)重，又由于電液隨動(dòng)系統(tǒng)可靠性差，綜合所有因素，電液隨動(dòng)系統(tǒng)油孔容易被堵塞，多次工作后斷線，強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。但是通過(guò)電子計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行仿真，可以滿足不同情況下的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使效果達(dá)到最優(yōu)值。
2.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真算法
2.1引水系統(tǒng)仿真算法
在仿真編程時(shí)，引水系統(tǒng)特征線方程與水輪機(jī)聯(lián)立作為一個(gè)部分,引水系統(tǒng)采用特征線法求解;水輪機(jī)的流盆和力矩可由模型特性曲線上查得。調(diào)速器和發(fā)電機(jī)等部分的徽分方程作為另一部分,并分為存在大擾動(dòng)和小擾動(dòng)兩種情況考慮。由于存在大擾動(dòng)時(shí)，水輪機(jī)參數(shù)變化很大，超出其線性范圍，因此小擾動(dòng)模型不適用。為此調(diào)速器和發(fā)電機(jī)采用差分方程的方式建模,采用特征線原理求解。將上述兩部分交替求梁晨哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司黑龍江哈爾濱150040解，即為水輪調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果。
2.2電液隨動(dòng)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
將電液隨動(dòng)系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)，主接力器作為積分環(huán)節(jié),液壓缸、主配壓閥作為一階慣性環(huán)節(jié)。同時(shí)記錄導(dǎo)葉控制信號(hào)的限幅,步進(jìn)電機(jī)輸出限幅,步進(jìn)電機(jī)輸入信號(hào)死區(qū)以及液壓缸、主配壓閥死區(qū)等5個(gè)主要非線性。并且利用連續(xù)系統(tǒng)離散化非線性系統(tǒng)數(shù)字仿真，即可得電液隨動(dòng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)。
3.仿真系統(tǒng)具備功能
3.1水輪機(jī)特性的計(jì)算
在求解非線性方程組時(shí)，如果沒(méi)有水輪機(jī)流量特性和力矩特性的全特性，就只能在模型綜合特性與逸速特性的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)使用，所以在求解非線性方程組時(shí)，必須知道水輪機(jī)流量特性和力矩特性的全特性。同時(shí)將水輪機(jī)的特性參數(shù)用數(shù)組的方式在計(jì)算機(jī)中儲(chǔ)存，需要儲(chǔ)存的參數(shù)有：導(dǎo)葉開度，機(jī)組單位轉(zhuǎn)速，機(jī)組單位流量和機(jī)組力矩。但是由于實(shí)際值與計(jì)算機(jī)所儲(chǔ)存的理想數(shù)值存在誤差，所以在實(shí)際計(jì)算出的數(shù)值與計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存的數(shù)值不相等，可以通過(guò)拉格朗日公式或者四點(diǎn)插值方法計(jì)算求得與單位流量個(gè)單位力矩所對(duì)應(yīng)的計(jì)算值。
3.2仿真系統(tǒng)步長(zhǎng)計(jì)算
由于理想情況下和現(xiàn)實(shí)情況存在誤差，從而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，為了減小誤差，使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況更加符合，仿真計(jì)算時(shí)的步長(zhǎng)必須取得足夠小，分割的足夠精密。步長(zhǎng)的確定原則是：仿真系統(tǒng)計(jì)算步長(zhǎng)的時(shí)間必須小于計(jì)算機(jī)微調(diào)調(diào)速器的采樣時(shí)間，這樣才能最小的減小誤差，同時(shí)步長(zhǎng)的計(jì)算必須在上述條件下同時(shí)也滿足水擊計(jì)算的特征方程曲線。當(dāng)步長(zhǎng)計(jì)算不能滿足水擊計(jì)算特征方程曲線時(shí)，應(yīng)該在仿真系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)恼{(diào)整波速使得步長(zhǎng)滿足其條件。
4.水輪調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真硬件設(shè)計(jì)
對(duì)于水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的仿真，應(yīng)該從我們的真實(shí)情況出發(fā)，不能在理想情況下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，否則實(shí)驗(yàn)結(jié)果很難融入到真正的生產(chǎn)使用。在設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)的同時(shí)應(yīng)該在實(shí)物中加入輸入輸出模塊，以便系統(tǒng)中參數(shù)的輸入。同時(shí)為了方便我們更容易的觀察水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性變化，仿真系統(tǒng)應(yīng)該具備顯示功能，并且為了方便我們對(duì)參數(shù)的調(diào)節(jié)，確定系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)別，安裝可控制的顯示屏是最好的選擇。結(jié)束語(yǔ)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為水電站中最為重要的環(huán)節(jié)，其控制性能和可靠性一直是人們十分關(guān)注并希望優(yōu)化的問(wèn)題。因此在計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速的今天，很多學(xué)者利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究。在當(dāng)前看來(lái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，分別建立模型，列寫算法，并根據(jù)不同條件對(duì)模型算法進(jìn)行微調(diào)，即可得到可靠，準(zhǔn)確的結(jié)果，大大節(jié)省了人力物力，也使其可靠性增加。但隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越先進(jìn)，精確的仿真也被提出來(lái)。由此可見，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)因?yàn)榫哂懈咝В瑑?yōu)質(zhì)，經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，被越來(lái)越多的學(xué)者青睞，并且在水電能源理論研究和技術(shù)開發(fā)方面具有很好的前景。
作者：梁晨 單位：哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司
