时间：2022-04-13 11:19:36
1仿真的总体思路
1．1信息一体化平台
信息一体化平台采用一体化模式，集监控和五防功能于一体。一方面作为后台监控系统软件，模拟数据采集处理、运行监控、正常操作、事件和报警处理等，实现常规站监控系统功能，同时新增加智能变电站特有的高级应用功能:一键顺序控制、告警信息分类、智能告警等;另一方面作为五防系统软件，嵌入到信息一体化平台中，不仅保留就地间隔内电气设备的电气联锁，同时还通过以太网实现相互通信，交换设备的状态，实现智能变电站站控层、间隔层、过程层3级防误闭锁功能。
1．2智能化保护测控系统
智能化保护测控系统按照保护测控装置的物理原理建立数学模型，采用定值驱动法，当故障发生后计算的故障电流结果到达定值要求时自动启动保护测控装置，按照其工作原理进行判别，相关保护动作，报出故障信息报文，有关指示灯点亮，与变电站真实设备保持一致。
2系统功能
智能变电站高级应用功能的仿真是以智能变电站仿真系统为基础，将智能站高级应用集成于信息一体化平台中，实现了智能变电站特有的一键顺序控制、智能告警信息分类、故障综合分析决策功能的仿真。该系统从其功能上可以作为培训和测试的平台。
1)培训功能。智能变电站高级应用功能是智能站特有的新应用，对运行人员来说是全新的知识，需要进行培训学习。该系统真实再现了智能变电站场景，可以为运行人员提供一种有效的培训手段，使运行人员能够学习智能变电站中的新知识、新技术，提升专业素质。该系统已经投入培训使用，系统运行稳定，人机界面友好，培训功能完善，培训效果逼真。
2)测试平台功能。智能变电站高级应用功能的仿真还可以为高级应用功能的研究提供测试平台。由于电力系统的特殊性，不能在真实运行设备上进行任意操作，而该仿真系统通过为其他系统或软件提供开放的数据接口，可以反复进行操作和设置故障，对被测系统或软件运行情况进行测试，通过与某公司合作，能够正确地实现测试功能，为研究智能站高级应用功能提供了一种有效的测试平台。
3智能告警信息分类的仿真
通过建立故障信息的逻辑推理模型，对故障告警信息分类过滤，并对变电站运行状态进行实时在线分析推理，能够实现智能告警功能，可以自动报告站内异常状态，并根据需求提供分层分类的故障告警信息。智能变电站各种运行告警信息量非常大，包括3类:
1)提示性信息。这类信息不需要特别关注;
2)告警信号。这类信息虽然没有直接引发事故跳闸，但实际隐含着可能的故障，若不进行综合分析，消除异常，持续发展会导致事故发生，需要给予重点关注;
3)事故信息。事故信号产生一般都会有保护动作、开关跳闸，要求在尽可能短的时间判断故障原因，以便上报，并依据调度指导进行故障隔离和恢复操作。因此，需要对故障告警信息进行过滤，提供分层分类的告警信息，以方便运行人员工作。智能告警信息分类的仿真包括以下几个方面:
1)图形界面仿真。智能告警信息分类通过信息一体化平台进行展示，信息告警图形界面是信息分类结果的直观展现。在进行仿真开发时，按照智能变电站信息分类的原则，根据告警信号重要性，告警实时显示窗口由多个页面组成，包括:全部告警、严重保护事件、一般保护事件、SOE、开关刀闸动作和智能告警6类，所示同时还会根据告警信息的级别，通过声音的方式发出告警。
2)数据库仿真。智能告警信息量非常大，其仿真时所需的数据量也很多。仿真时全站采集信息采用统一的命名格式。变量命名格式包括:变量名、变量描述、变量单位、变量标识、变量数据指向。变量名是信息的代表，当变量为1时，其变量描述才有意义，该描述会在智能告警图形界面中显示出来;变量单位的作用是区分告警信息变量的间隔，是实现变量筛选分类的基础;变量标识的作用是区分告警信息变量的重要程度，以便于告警信息的分类;变量数据指向主要用于数据通信。
3)告警信息筛选分类功能。由于告警信息总量很大，为满足不同的关注需求，在告警显示窗口设置信息筛选的功能，在窗口中选择某一设备间隔，根据告警信息变量的标识，可以在告警窗口各页面中自动显示出有关该间隔的所有信息，将不关注的信息屏蔽。可以通过左上角下拉列表选择变电站间隔来显示不同间隔的告警信息，使运行人员更有针对性地查看所需的信息。
4故障综合分析决策的仿真
故障综合分析决策是指在故障情况下对事件顺序记录、保护装置动作及信号、故障录波数据等进行深入挖掘，通过多专业综合分析，并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示。通常当变电站发生异常或事故时，其处理过程是运行人员按照现场情况、规程及经验进行判断处理，这种方式不仅要求值班员非常熟悉变电运行规程、规范及设备运行要求，而且需要较长的分析判断时间。故障综合分析决策功能可自动为运行人员提供一个或多个可能的事故分析报告，便于迅速确定事故原因和应采取的措施。
4．1故障仿真
故障仿真是进行故障综合分析决策仿真的基础，该仿真系统中对真实系统中可能发生的故障类型进行了分析总结，可实现真实系统中常见故障的仿真。在仿真中故障类型，分为4类，一百多个故障:
1)一次设备故障及异常，包括线路、母线、主变压器、电容器、所用变、断路器操作机构、SF6泄露等;
2)保护与测控装置故障;
3)智能组件故障，包括智能终端、合并单元、网络故障;
4)低压交直流故障。其中，一次故障可以进行故障相别、故障距离、故障性质(瞬时/永久)进行分别设置。在仿真中既可以单独设置一次、二次故障或网络故障，也可组合一次、二次故障和网络故障。故障仿真范围全面，效果逼真。通过仿真系统在培训中的应用，该系统能够在故障和异常发生时，能够真实反应故障现象和保护动作情况，故障信息详细，为故障综合分析决策提供分析依据。
4．2故障综合分析决策仿真的基本结构
故障综合分析决策仿真的基本结构，以仿真支撑系统为服务器，进行故障模拟、采集信息、建立推理知识库、故障综合分析推理，并将分析结果以可视化的形式在信息一体化平台中展示出来。信息采集是对设备实际状态信息和故障信息的采集，在仿真时通过支撑系统完成数据的采集;推理知识库存放专家提供的告警及故障分析知识，推理机完成故障信息的综合分析，给出推理结果，推理知识库和推理机以数学模型的形式存放于支撑系统中;推理结果展示是将推理结果以一条条报文的形式展示在信息一体化平台的告警窗口中。
4．3建立推理知识库
推理知识库的知识源自变电运行规程、规范及运行人员的经验总结，通过分类归纳总结，形成一定的知识规则，在仿真过程中其规则内容包括设备名称、事件、原因、推理相关信息等。它采用统一建模方式，可以通过修改、完善知识库中的推理逻辑来提高综合分析决策的功能。
4．4推理机
推理机是利用类似专家解决问题的思维方式，通过推理机来实现知识库的价值。在故障发生后，推理机将采集到的告警信息、设备状态信息与知识库中的推理建立起关联关系，采用正向推理策略，按照推理规则进行反复匹配和判断，最终给出一个或多个合理的推理结果以供参考。
4．5推理结果展示
推理结果展示既是将推理结果以报文的形式展示在信息一体化平台的告警窗口中，告警窗口“推理信息”页面提供简单的故障分析结果报文信息，包括故障发生时间、设备名称及简单推理结论，通过双击该报文信息调用具体故障分析报告的展示窗口，分析报告显示的内容包括故障发生的时间和间隔、动作事件、故障原因、故障相关信息分析的结果。通过推理结果展示，可以直观的看到故障综合分析决策的结果。
5结束语
本文介绍了实现智能变电站高级应用功能仿真的总体思路，并对一键顺序控制、智能告警信息分类、故障信息综合分析决策功能的仿真进行了详细阐述，该智能变电站高级应用功能的仿真为既为高级应用功能的研究提供了测试平台，同时也为运行人员提供了培训平台，有较好的推广意义。
作者：张洪波 刘国宏 徐岩 单位：国网河南省电力公司技能培训中心
1CAD标准和构件标准化
本文针对不同的变电站构件类型，研究其标准化方法，从而可选取标准化构件进行组合和建模。特别是在多排架结构建模时，如果没有标准构件库，模型的建立将需要繁琐的手工设置，变得非常复杂，影响模型的质量。标准化的构件能够帮助设计师迅速建立起复杂模型，同时也能保证模型的质量，提高设计效率。因此，提供一套标准的构件模型库就变得十分必要。
2变电站塔架的标准化
本文研究的建模系统向用户提供了110kV、220kV、500kV、750kV四种变电站类型下常见梁、柱形式的建模。它主要包含圆钢梁、三角形格构梁(三种形式)、四边形格构梁(两种形式)、圆钢柱、人字柱和格构柱等。
2.1圆钢梁和圆钢柱
圆钢梁和圆钢柱是110kV变电站类型中常见结构。圆钢梁的主要描述参数为横向段杆数、每段杆长度;圆钢柱的描述参数包括柱高度、地线柱高度。另外，圆钢梁在实际工程中会设置挂线点，电线从挂线点处穿过;圆钢柱上的地线挂点处会有地线挂载，默认为地线柱的最高点。要特别注明的是，一般提到的杆，其描述参数有起始位置、结束位置、截面类型、材料类型等。
2.2人字柱(A柱)
人字柱常用在220kV和500kV变电站中，采用三角支撑使结构更加稳定，在柱顶处设置连接支架，用于支撑梁。描述人字柱的特性，从下往上讲:第一是根开尺寸，就是底部叉开的Y向宽度;第二是是否有端撑，即是否存在第三条支撑柱，如有则需要指定端撑的X向根开宽度;第三是顶部宽度，人字柱的顶部一般会设立面积不大的操作平台，一般为两边支撑柱截面面积之和的二分之一;第四是柱分段数，在段与段间设置横撑，横撑的长度由以上参数可以计算;第五是地线柱设置，同圆钢柱;第六是避雷针设置，一般提供用户选择，不为必须，避雷针也可配置分段数和长度，并可设置每段截面属性，一般截面设置形式为从下往上越来越细。
2.3三角形格构梁
三角形格构梁拥有三种形式，其特征描述主要包含以下部分:第一是偏心尺寸，即梁与柱之间的间隙距离;第二是横向分段数，每一段的长度属性;第三是段与段之间的属性，包含是否有立杆，立杆中是否有腹杆，段结尾处是否为挂线点;第四为梁的底部宽度和垂直高度，如有起拱则最高起拱处拱起高度。为三角形I型格构梁模型示意。该类型梁的特点如下:首个横向段顶部不存在主杆，每一段的斜撑起点与上一段斜撑终点相连;模型的斜撑呈之字型前后相连。因此，该模型建模时必须保证模型的总跨数为偶数。为三角形II型格构梁模型示意。该类型该类型梁的特点为在其2～3段处有一个折点，梁的起始宽度小于梁最大宽度。梁底部的斜撑形式为交叉形，而侧面的形式则呈以中心段为轴左右对称型。并且，此种类型每一段都存在立杆。因此，该类型在标准化时需额外提供折点，而不需要选择立杆选项。
2.4格构柱
格构柱常用在500kV以上级别的变电站中，其特点是具有高度优势，当承载高压电线时可大大降低对地面设施的影响。展示了工程中使用的格构柱。格构柱模型是由多个竖向的段叠加而成，段与段之间由横向的隔层隔开，每一段有四个面，每一面的形式也不尽相同。因此，对该结构标准化定义，重点在于定义每一段。具体来说，可将每一段分为前后左右四个面，前后面相同，左右面相同;每一面拥有底部宽度、顶部宽度和高度三个几何属性;每一面的支撑杆件的形式一般为以下五种形式之一:“/”、“×”、“＞”、“”、“”。段与段间的隔层一般为交叉型结构，故此处仅需要提供截面定义接口即可。
2.5四边形格构梁
四边形格构梁包含两种形式，其横截面均为四边形。四边形I型格构梁与人字柱结合使用，在500kV变电站中较为常见。而四边形II型格构梁则与格构柱结合使用，在750kV中较为常用。展示了750kV变电站中，格构柱和格构梁结合使用的情况。四边形I型格构梁模型图，其底面为交叉型斜撑组成，侧面和顶面为“之”字相连形式斜撑。与三角形格构梁相同，描述其特征也需要描述横向段数、每段长度、结构整体宽度和长度等。每一段之间的腹杆也需要进行定义，如腹杆类型和截面等。该格构梁的首段也没有立杆，故分段数需要为偶数形式。四边形II型格构梁模型图，与I型不同。它在两侧存在额外的支撑，可以与格构柱连接。因此，该模型在定义时还需要提供该支撑部分的参数定义。以上详细介绍了每一种构件的标准定义方法和描述参数，通过这些参数的研究和定义，为构件的计算机模型化创造了前提条件。
3变电站塔架的建模方法
针对上述构件的计算机模型设计，提出构件的计算机建模方法。在构件的计算机表示设计中，Component为构件顶级父类，为每一个构件提供了Name属性。另外，构件的建模需要提供一个初始原点，即Zero-Point，根据构件的参数和该ZeroPoint，调用Genera-lElements生成构件。Pole类为柱构件的公共父类，提供了两个公共方法:GetHeight为得到构件的总高度，即柱本身、地线柱、避雷针的高度之和;GetBottomPoints为得到构件地面支撑点。Pole类有三个子类，即圆钢柱、LinePole、人字柱APole和格构柱GridPole。LinePole可以设置其柱身高度PoleHeight和地线柱GroundColumn;APole可以设置其底部宽度BottomWidth、顶部宽度Top-Width、地线柱GroundColumn、避雷针LightRod、垂直段VerticalParts等;GridPole可设置的主要为垂直段VerticalParts和最上部段的顶部宽度TopWidth。除此之外，GridPole提供了一个自动计算段宽度的方法AutoCaculateParts。Beam为梁构件的公共父类，提供了两个公共方法:GetLength为得到构件的横向全长;Eccentricity-Length为偏心距离，即梁与柱结合建模时，梁连接点到柱连接点距离，一般在这里安装连接件。Beam有三个子类，即圆钢梁LineBeam、三角形格构梁Rect-angleBeam和四边形格构梁QuadrangleBeam，分别表示三种常见梁构件。其中，LineBeam的设置只包含线形横向段LineParts;RectangleBeam包含有宽度Width、高度Height、横向段HorizontalParts、挠度De-flection、梁类型BeamType等的设置。Deflection是指梁最高处的拱起高度;QuadrangleBeam中除了这些属性之外，还包含与格构柱连接处的属性设置StandBarWidth和StandBarHeight。除了主要的Pole和Beam构件之外，还有其包含的子构件。LightRod即避雷针构件，其提供了分段数Parts设置，以及每段的截面类型SectionName和长度Lengtj;GroundColumn为地线柱构件，其提供了高度Height和截面的设置SectionName;Horizon-Part为水平向的段构件，VerticalPart为垂直向的段构件，一般包含段的长度Length和一些特点属性。上述基础对象模型构成了变电站塔架的基本构件库，为模型的计算机实时建模和分析提供了支持。
4结论
本文基于构件组装的变电站塔架CAD设计系统，实现了对模型常见构件的标准化工作，提出自主模型构件标准，实现了变电站构件模型的计算机模型构件标准化，并实现了计算机建模方法。目前变电站建模系统已经可以将模型在计算机中建立和生成，模型的仿真结果对变电站设计工程师来说更加重要。因此，笔者将会深入研究基于计算机模型的工程仿真方法，为变电站行业的CAD设计仿真做出更大的努力。
作者：白勇 张为 单位：重庆电力高等专科学校 重庆市电力公司检修分公司
1计算机仿真
1．1案例介绍
2009年9月18日晚22点左右，一艘渔船（下文称“船A”）在仰光河沉没，船上16人全部遇难．由于水面风平浪静，渔船在出港前进行过适航检查，所以排除因自身原因沉没的可能．为了查明事故原因，缅甸交通部成立事故调查委员会对当时位于出事水域附近的船舶展开调查．海事部门调查得知渔船沉没当时有5条船经过附近水域．对这5条船舶进行检查发现：4条船都无明显摩擦痕迹，其余1艘韩国籍货船（下文称“船B”）吃水线附近有摩擦痕迹，船首右舷方向有一0．5m×1m的凹陷，并重新上了船用漆．据此，“船A”的船东认为“船A”的沉没是由“船B”碰撞而致，要求“船B”的船东赔偿损失．然而碰撞事故发生在晚上，出事海域还有其他船舶，并没有人直接观察到哪条船为碰撞船舶．而且仰光河上经常有原木等漂浮物，无法辨别摩擦和凹陷是与船舶碰撞而导致的抑或与原木等碰撞而导致的．所以海事法庭裁决：仅凭“船B”有擦痕不足以断定“货船B”就是撞击船舶．因缺乏有力证据，一审判决“船A”败诉．“船A”的船东对判决不服，委托保险公司找研究人员，希望找到新的证据．本文即是在此背景下进行的仿真研究，通过计算机仿真驳斥和补充了一审中的一些证据．在新证据的支持下最终在2013年9月份的二审中，“船A”胜诉，获得赔偿．
1．2仿真建模
从缅甸海事局公布的材料模型的质量是影响仿真分析精确度的重要因素之一．虽然仿真建模技术在不断发展，但是目前精确建立一整条船仍是件很费时费力的工作．而且实际经验表明，绝对精细的模型难以进行网格剖分和有限元计算．准确建立出总体轮廓和主要承力部件，忽略非承重结构对仿真精度和精细模型相差不大．本文以实船的横剖面型线进行放样，中纵剖面型线进行拉伸切除，采用这种自上而下的建模方法得到的模型与实船轮廓=几乎一致．
1．3数值计算
船舶碰撞是短时间内，在巨大碰撞载荷作用下的一种复杂的非线性动态响应过程，碰撞中存在着大量的非线性问题，如几何的非线性、材料的非线性、接触非线性和运动的非线性等．所有这些特点使船舶碰撞问题的研究变得相当复杂．当前的研究方法主要有：经验公式法、实船试验方法和有限元仿真分析法．经验公式法计算粗糙，多用于研究船舶在水平面内的二维运动；实船试验方法虽然可以得到可靠的数据，但“破坏性”试验的代价极其极昂贵．相比之下，有限元仿真分析法运算能力强，成本低廉，结合计算机对图像的后处理功能，可直观的再现碰撞过程，顾永宁、崔维成等开始利用有限元法对船舶碰撞进行深入的研究．计算时中心差分法对系统刚度矩阵要求不高，但对时间步长要求挺严格．通常，时间步长越小，计算越准确，但可能导致运算量太大而无法计算；而较大的时间步长容易导致计算不收敛，所以在用中心差分法计算时合理的确定时间步长是十分重要的一步．本文中各单元的时间步长Δt按如下计算方法确定．
2仿真实验
2．1实验一
事故发生在晚上，无人看到碰撞过程，若是“船A—船B”相撞，那么2船碰撞的过程是什么样的？据海事部门对2船的检查：“船A”有2处凹陷，一处位于水线附近，另外一处位于驾驶台左侧；“船B”有3处擦痕，2处位于水线附近，一处位于船首外板的右侧．但并不能据此来证明“船A”与“船B”碰撞，还需验证2船的损伤位置是否能够对应起来．
2．1．1仿真设置
利用前面建好的船舶仿真模型，根据“船A”和“船B”的变形位置、吨位、吃水确定碰撞实验的相对高度。模拟2船碰撞局面，还需知道边界条件和初始条件．主要是明确2船碰撞位置、碰撞角度，以及碰撞速度．参考船舶航行记录仪的数据，以及船员的描述可得到：“船A”航速为2kn，“船B”航速为14kn，两者的航向接近垂直，当时海面风平浪静，故无需考虑风浪对船舶碰撞的影响．计算时“船A”现对静止，根据速度的矢量合成，设置“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仿真结果
通过仿真碰撞的平面视图，直观的再现碰撞过程．仿真实验得到的船舶碰撞全过程的二维。通过划分的6个重要阶段能够直观再现碰撞过程：（左边）“船B”以8kn航速、正横的角度向（右边）“船A”撞去．受到“船B”的撞击，“船A”会被推向X轴一段距离，即横移．同时，在撞击力与水阻力的共同作用下，“船A”还会向右侧倾斜．“船B”横向速度较大，向右航行会再次撞上“船A”，造成“船A”继续右倾．最终“船A”右舷入水，水进入船体，稳性降低，加速倾覆．
2．1．3仿真结果与实测结果对比
缅甸海事局公布的“船B”损伤资料，具有法律效应和可信度．
1）由图5a），b）可知，“船B”的船首外板从吃水线上方1m开始由下至上向前延伸使得“船B”接近正横撞向“船A”尾部左舷区时，“船B”上方的船首右侧外板要先于水线附件的首柱外板与“船A”发生接触碰撞．这正对应的是图6标示的“1号损伤”．
2）由图5c），d）可知，第一次碰撞后，“船A”会发生右移和右倾，（“船B”质量和动能比“船A”大很多）“船B”状态几乎不变．“船A”的右移速度受水阻力影响不断下降，“船B”向右航行会第二次撞上渔船．由于“船A”的右倾，“船B”上方的船首右侧外板不再与“船A”发生接触，水线附件的首柱外板与“船A”发生第二次接触碰撞．这对应的正是图6所标示的“2号损伤”和“3号损伤”处．3）图5e），f）显示球鼻首吃水线附近的上端碰撞点距吃水线大约0．9m，下端碰撞点距吃水线大约1．7m；小船吃水线附近的上端碰撞点距设计水线大约0．9m，下端距设计水线大约1．4m，撞深为0．43m（注意：小船已经右倾，在测量小船时不能再以水线（WL）来算距离，而应以设计水线（DWL）来算距离）．仿真结果中2船碰撞点位置和图6中所标的2船损伤部位基本吻合．
2．2实验二
事故当时在附近航行的船舶共有5艘．其中3艘为椭圆形球鼻首，2艘（包括“船B”）为柱形球鼻首．不同形状的球鼻首撞击它船后的损伤特点是否相同？“船A”的损伤变形到底是被哪种形状的球鼻首撞击所致？
2．2．1实验设置
首先确定了2种球鼻首———椭圆形球鼻首、柱形球鼻首，二者形状不同，但是为了比较的准确性，两者的质量、速度、角度都须设置相同．因为怀疑“船B”为撞击船，本文以“船B”为基准，通过调节密度使2种球鼻首的质量都为42195t．并以85°碰撞
2．2．2仿真结果
在ExplictDynamics中进行求解，碰撞时间设为0．11s，输出“船A”在2种不同形状船首撞击下的损伤变形云图，受柱型球鼻首撞击，船体在碰撞区域有垂向的长条状变形，有2处变形较大，位于长条上端和下端区域，最大总变形为0．4344m；受椭圆形球鼻首撞击，船体在碰撞区域明显体现出水平方向变形，区域中间的变形较大，最大总变形为1．1159m．
2．2．3仿真结果与实测的对比
缅甸海事部门提供的“船A”实船。真实变形为从甲板边线到舭龙骨间的垂向的狭长状变形，而且据缅甸海事局勘测，实船的最大撞深为0．48m．实验和实测值的对比。将仿真实验得到的变形形状、最大变形与实船测量结果对比分析可得：
1）从碰撞后“船A”的变形形状上比较，很明显受柱型球鼻首撞击后得到的实验结果和真实结果最为吻合，均为垂向狭长状变形．
2）实测“船A”的最大总变形为0．48m．受柱型球鼻首撞击，“船A”最大总变形的仿真结果为0．4344m，与实际损伤变形误差为9．5％；受圆形球鼻首撞击，“船A”最大总变形的仿真结果为1．1159m，相对误差达到63．59％．显然，从“船A”的变形程度上比较，也是受柱型球鼻首撞击后得到的实验结果和真实结果最为吻合．
2．3结论
通过仿真实验，知道了“船A”、“船B”的多处损伤变形是由2次碰撞所致；两船的损伤位置可以一一对应；“船A”吃水线附件的狭长状凹陷，是被柱形球鼻首撞击所致，“船B”以航海日志中记录的吨位、航向、航速为参数撞击“船A”，“船A”最大总变形为0．4344m，与海事局实测数据0．48m较吻合．这为执法部门对碰撞事故的责任认定提供了一份客观、科学的材料．
3结束语
本文将计算机仿真技术用在船舶碰撞中，再现了碰撞过程，计算了碰撞后船舶的变形．实际上运用计算机仿真技术还能解决很多海事问题：反推碰撞角度和碰撞速度；计算、校核碰撞后船舶的稳性和强度等．目前计算机仿真技术在事故分析中的运用还不广泛，仿真模型的建立、网格的剖分、边界的约束，时间步长的设定，每个环节都会对结果的精度有较大影响；耗时较长的计算也让很多人对计算机仿真望而止步．但随着海事现代化、数字化的发展，事故数据的收集已不再是难题，对数据的深入研究将逐渐成为提高海事事故分析水平的关键．根据事故数据运用仿真技术可以直观的模拟事故经过，结合有限元计算对事故做定量分析，达到许多传统分析手段无法达到的研究深度．
作者：刘超 李范春 李翔 单位：大连海事大学轮机学院 大连海事大学交通运输装备和海洋工程学院
1电子控制悬挂系统的原理与主要结构
悬架系统是影响汽车驾驶及乘坐舒适性和操纵稳定性的主要部件，是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。汽车悬挂系统就是指由车身与轮胎间的弹簧和避震器构成的整个支撑系统。悬挂系统应有支撑车身的功能，改善乘坐的颠簸感觉，不同的悬挂系统设计会使驾驶者有不同的乘坐感受。外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。常见的悬挂系统结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别系统则还有缓冲块、横向稳定杆等。计算机仿真系统的电控单元控制悬挂系统可根据车载重量、路况条件、行驶速度等来调节悬挂系统的刚度、减振器阻尼力以及车身高度。从而使车辆在各种行驶条件下均可获得最佳的行驶平稳性和操纵协调性。有多种不同类型的电子控制悬挂系统，以大众汽车的电子控制空气弹簧悬挂系统为例，电子控制悬挂系统主要由空气压缩机、干燥器、车身高度传感器、带有减振器的空气弹簧、悬挂控制执行器、悬挂控制选择开关、悬挂用电控单元等组成。在汽车行驶过程中，电控单元不停地接收车身高度传感器、加速度传感器(即油门动作传感器)、制动传感器、转向传感器以及车速传感器输出的信号并进行运算、分析和判断，最终向执行器输出控制信号，控制车身高度和悬挂刚度。
2计算机仿真技术在汽车悬挂系统的应用特点
电控单元中计算机仿真控制悬挂系统的主要优点有：为提高汽车正常行驶时乘坐的舒适性，可以将弹簧刚度设计得较小，以使车身的自然振动频率尽可能的低。为提高汽车的操纵稳定性，使汽车的行驶安全性明显提高，可以将汽车悬挂抗侧倾，抗纵摆的刚度设计得比较大。将车轮快速提起，避开障碍物，可以在车轮碰到障碍物(如砖、石等)时，提高汽车的通过性。电控单元可以在汽车载荷变化，在不平路面上行驶时自动保持车身高度不变。仿真技术可以防止汽车制动时车头的下冲。提高汽车转弯时的操纵稳定性，可以避免汽车转弯时车身向外倾斜。为提高车轮与地面间的附着力，可以减小轮跳离地面的倾向。
3总结
计算机仿真技术是研究和分析系统运行行为、展现系统动态过程和运动规律的一种重要形式手段和方法。计算机仿真新技术的快速发展和计算机仿真技术所表现的实用性和前景效益是相当大的。特别近年来在仿真方法、技术研究、机械系统仿真应用等方面都取得了显著的成就。因此，计算机仿真技术在多方领域有广泛的应用。
作者：王来丽 田雪萍 王海峰 单位：黑龙江农业职业技术学院
1简化模型与截面变形
通常采用截面变化率δh表示弯曲后矩形管在截面处的变形程度，其可用公式δh=(h-h1)/h×100%表示，其中h、h1分别表示矩形管变形前后截面处的高度。
2建立有限元模型
2.1模型建立
矩形管坯尺寸为b×h×t=24.9mm×12.3mm×1mm，材料为3A21铝合金。采用Abaqus软件建立有限元模型。步骤如下：建立部件的几何模型、部件进行装配、设置接触条件、划分网格等。
2.2可靠性验证
采用试验方法对有限元仿真结果进行验证，判断有限元仿真的可靠性，进而对芯模参数影响矩形管截面变形规律进行研究。试验与模拟中工艺参数设置一致，即：弯曲角度θ=90°，弯曲半径R=40mm，弯曲速度w=1.567rad/s，芯棒、夹块及其他模块与管坯之间的摩擦系数分别为0.01、0.50、0.17，管坯与模具间隙ΔC=0.1mm，芯头参数为，H=10mm，B=22.88mm，D=3mm，A=60°，n=3，同时要求芯棒无伸出量。对有限元方法与实验方法得到的截面变化率δh进行对比。可以看出：靠近弯曲两端部分(0°、90°)时截面变化率比较小，处于弯曲中间部分(40°~80°)时截面变化率较大，且随着截面位置的增大而增加。对比两条曲线，发现曲线变化趋势相同，通过计算可知模拟结果与实验结果的最大误差为2.9%。充分说明本文采用的模型可有效的模拟3A21铝合金矩形管在绕弯成形中的截面变化。
3模拟结果分析
3.1芯头个数n影响截面变化
以2.2节中设定的工艺参数为基础，保证其他参数不变，改变芯头个数n，分别设置为1、2、3、4，采用文中建立的模型进行仿真模拟，研究芯头个数n对截面变化的影响。不同时截面变化率沿绕弯方向的曲线对比图。可以看出，n=1或者n=2时截面变化率δh较大，且在弯曲中间位置(45°左右)取得最大值，分别为37%、34.5%。当n=3时，截面变化率迅速减小，最大截面变化率为6.9%。继续增大芯头个数n，当n=4时，截面变化率变化不大，可以判断当n大于3时，增大芯头个数对矩形管绕弯成形中截面变化无太大影响，故应选取n=3，矩形弯曲管质量较好。同时，截面变化率在弯曲两端较小，而在弯曲中间位置较大。由于压块、弯曲模与防皱模对矩形管的外壁进行限制，同时芯头和芯棒对内壁起到支撑作用。在弯曲中间部分，内壁失去了芯头的支撑作用，外壁没有压块进行限制，故处于悬空状态，此时截面变形率会较高。矩形管的末端受到夹块及弯曲模作用，即使没有了芯头的支撑作用，其截面的变化也不会很大。
3.2芯头间距D影响截面变化
保证其他参数不变，改变芯头间距D，分别设置为3mm、4mm、5mm和6mm，研究芯头间距D对截面变化的影响。不同芯头间距D下截面变化率沿绕弯方向的曲线对比图。可以看出，芯头间距D为3~5mm时，弯曲始端的δh比末端的明显小，而D=6mm时两端的δh相近。截面变化率δh随着芯头间距D的增加而逐渐减小。这是由于芯头间距D增加，芯头支撑矩形管内壁的角度增大，故δh减小。
3.3芯头厚度T影响截面变化
改变芯头厚度T，分别设置为3mm、5mm、7mm和9mm，保证其他参数不变。不同芯头厚度T时截面变化率沿绕弯方向的曲线对比图。可以看出，截面变化率δh随着芯头厚度T的增加而逐渐减小。T≤7mm，截面变化率δh在矩形管的起始端与末端比中间部分小。T=3mm时，当绕弯角度大于40°时，δh迅速上升，角度在60°时δh达到最大值，随后逐渐减小。随着芯头厚度T逐渐增加，δh随截面位置变化趋势也较为平缓。这是由于芯头厚度较大时，在绕弯过程中芯头对矩形管的支撑范围比较大，所以使得截面变化程度较小，综上选择T=9mm时矩形管绕弯效果好。3.4芯头圆弧角度A影响截面变化改变芯头圆弧角度A，分别设置为60°、90°、120°、180°，保证其他参数不变。不同芯头圆弧角度A时截面变化率沿绕弯方向的曲线对比图。可以看出，在弯曲过程中矩形管始端与末端δh较小，在中间位置δh较大。截面变化率δh随着芯头圆弧角度A的增加而逐渐增加。这是由于随着芯头圆弧角度A的减小，圆弧上的顶点U与末点C之间的高度差Δh减小，芯头对矩形管的支撑效果越明显，故截面变化程度越小。但是当圆弧角度A过小时，一套芯模不适合在不同弯曲半径的多种弯曲模中使用，而A=60°时，芯头中心与圆弧中心位置一致，方便芯头的加工。综合考虑选择芯头圆弧角度A为60°。
4结论
（1）在矩形管的始末端截面变形程度较小，中间位置(40°~80°)截面变形程度较大；增大芯头数目、芯头间距、芯头厚度及减小芯头圆弧角度，均使得绕弯过程中矩形管截面变化程度降低。
（2）选择3个芯头，芯头间距、厚度和圆弧角度分别为6mm、9mm、60°时，可以生产质量较高的矩形弯管。
作者：赵秀梅 单位：长春工业大学 吉林司法警官职业学院
1电弧电流信号的数据检测
该高速旋转电弧传感器的频率0~30Hz，扫描区域半径0~3.5mm。本次实验选用25r/s的固定频率进行数据采集。实验表明，如果焊接工艺参数一定，设定水平偏差为变量，则在一个旋转电弧圆周运动的周期内，电流的波形具有一定的规律性，通过电流波形的变化特点可以得到焊点的水平偏差的参数。但是在实际操作中，焊接作业很容易受到外界因素的影响，如熔池的震荡、飞溅等，这样获得的电流信号就有了干扰因素，即使在偏差一定的情况下，检测到的电流也不相同。所以为了减小这些因素的影响，将采集到的数据通过小波滤波后进行归一化处理。将采集到的不同周期内的同一点的电流信号进行纵向的平均值处理，取该均值为这点的电流信号，这样便减小了外界因素的影响。设定采样频率为104Hz，旋转频率为25r/s，则每个周期内可以采集到416个点的信息，然后将各个点的电流信息进行小波滤波、归一化、均值处理后得到样本波形保证结构风险最小化原则要求，采用不敏感损失函数ε，加入惩罚参数C和松弛变量ξ（*），ξ（*）=（ξ1，ξ1（*），ξ2，ξ2（*），…，ξb，ξb（*）），得到原始最优化问题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构造拉格朗日函数进行求解，最优问题以Wolfe对偶原则化作凸二次规划问题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变为标准形式，得到最优解α=（α1，α1*，…，αl，αl*）T根据α构造出决策函数为（fx）=1i=1Σ（αi*-αi）K（xi，x）+b（3）式（3）为决策函数式，其支持向量为非零解所对应的矢量。不敏感损失函数ε的选取可以用来调整回归逼近的精确度。根据式（3）选取新的输入参数便可得到一个精确的输出参数。
2支持向量回归机的实现
2.1支持向量回归机的计算原理
设定输入的训练样本集为D={（xin，yk），k=1，2，3，…，l}式中xin∈Rn，yk∈R。通过训练样本可以得到一个决策函数，这样通过训练样本集之外的输入参数x可以较为精确的计算到相应的输出参数y。际工程中可操作。提高焊缝跟踪精度前（下）后（上）的焊缝形貌。
2.2构造核函数运用
支持向量回归机解决实际问题时必须构建一个合适的核函数，类型不同的核函数与之相对应的支持相对应的向量回归机类型也不相同，一个合适的核函数直接决定了所构造的支持向量回归机的运算性能。通过采集的数据信息的包角映射建立SVR核函数，然后修正函数，以提高核函数的回归精度。构造核函数：设定一个标量函数式F（x），F（x）≥0。令F（x）的最大值在支持向量处取得，最小值在支持向量以外点处取得，得到修正后的核函数K（x，x'）=F（x）F（x'）K（x，x'）（4）令其标量函数F（x）的最小值在支持向量处取得，最大值在其他以外点处取得。这样修正后的核函数对支持向量回归的精度有所提高。由于实际操作中支持向量一般都是不知道的，所以通常的初始核函数选为GAUSS核函数K（x，x'）=exp（-x-x'22σ2）（5）式中σ为归一化参数。通过式（5）可以得到初始的支持向量，将其带入函数F（x）实现支持向量邻域内黎曼度规的减小。修正后的GAUSS核函数大大提高了回归精度。在Matlab中编写函数式M文件，其逻辑流程为：（1）读取样本数据集；（2）建立数据集矩阵；（3）构建矩阵f，LB，UB；（4）计算初始核矩阵；（5）计算初始α值；（6）计算修正函数；（7）计算各个最优解α，将最后求的各个α值和变量值保存到MAD文件，然后编写决策函数编码通过调用MAD文件里的参数得出偏差值。
3仿真模拟
3.1水平偏差值
计算通过调用MATLAB中已经编写的M文件，得到的变量与函数值采用小波滤波、归一化、均值化处理后得到一个周期内的数据点参数集，使用已经编写好的决策函数文件计算出各个点的水平偏差，将其转化为水平偏差值。
3.2高度偏差值
计算焊炬的高度与电弧的电流值具有一定的规律性。选取焊炬在某一不变的位置高度，得到该位置的电流值，将该电流值与电流均值做差值，则该差值和高度偏差值具有线性规律，在LABVIEW中通过函数公式的各节点可以推算出高度偏差值。
3.3焊缝跟踪将LABVIEW
与机器人纠偏系统相联结，将水平偏差值与高度偏差值的实时参数传送给机器人纠偏系统，焊接机器人实时调整焊缝的路径，这样就实现焊缝焊接的实时跟踪。
3.4实验结果
选取旋转电弧传感器的扫描半径为3mm，V型坡口，角度45°，取样频率104Hz，电弧旋转频率25r/s。在水平偏差不相同的条件下分别选取两组数据，第一组取采集试验结果12个数据训练支持向量回归机，第二组作为参考组，进行偏差识别对比测试。使用该算法系统具有较小的偏差识别误差，提高了系统的识别精度，在实{st（2）α(*)∈R2lW∈R，ξ(*)∈R2I，b∈R。通过图像能够清楚地看到，进行处理后的数据提高了系统的精度和实时性。
4结论
在一定工艺参数下，焊炬的水平偏差和焊接电弧的电流大小在一个旋转周期内具有一定的规律性。通过采集LABVIEW焊接过程中的电弧电流信号，将原始信号进行小波滤波减少外界因素干扰，然后信号进行归一化、均值滤波处理，提高了数据精度。将处理后的数据在MATLAB中进行支持向量回归机的计算，通过修正核函数与决策函数的运算处理最终得到偏差值。试验结果证明，采用这种算法进行电弧传感焊缝的偏差识别是可行的，提高焊缝识别精度约20%，完全满足实际工程的需要。
作者：王霞 单位：江苏师范大学 江苏省泰州职业技术学院
1引言
研究团队、制药产业及医疗服务业已经认可生命科学仿真系统的作用。在化学工程师和计算机辅助过程工程专家的帮助下，生物工程师可以运用这些手段解决诸多生理学和医学问题。
2仿真技术的研究进展
系统生物学要使用定量分析来研究生命系统。起因于处理大量数据的需要。学者通过计算机仿真技术，利用定量分析来处理临床问题，产生了名叫系统医药学的新学科。化学工程师长期参与生物学和生物医学的定量分析。Peppas和Langer认为在20世纪60年代早期化学工程师就参与生物医药工程。Bailey和同事研究出一种控制新陈代谢的手段，这种手段不仅可用于生物制造技术，也可用于其他生物问题。2005年，Solis和Stephanopoulos指出了纳米级的系统工程需要解决的问题。2006年，Doyle和Stelling回顾了用计算机仿真技术去分析代谢网络的一些重要的成果。2009年，Eissing、Chaves和Allgower利用仿真模型来分析细胞死亡。近年来，有许多论文概述了计算机工程师和化学工程师在医疗系统中的作用。对化学工程师，尤其是工艺系统工程师来说，免疫系统是一个采用仿真技术的复杂系统，化学工程师能够研究免疫系统和病毒之间的相互作用。2004-2005年，Deem开发了一种运用计算机仿真技术研究了病毒和疫苗造成的免疫反应的定量模型。Chakraborty在2003年用仿真技术研究了免疫系统的细胞间的通信，以及免疫反应。2006年，Joly和Pinto认为HIV-1发病机理的数学模型优化了药物治疗的方法。这种方法会导致药物设计和配方设计的改进。Yin在2007年提议把病毒当作一种产品，研究病毒生长和传播时需要考虑时空的影响。可以预见，将来人们会用生理学模型和计算机技术设计出最佳药物配方。为了有效地进行仿真，需要根据生物具体的特性建立多种生理学计算模型。几年前，学者启动生理组计划（PhysiomeProject），旨在寻找人和其他真核生物的计算模型。迄今为止，该计划主要关注使用CellML标准的细胞电生理学的数学模型。CellML标准是一种使用细胞进程模型的生物物理学模型标准。另外SBML标准是一种能够辨识生物进程的计算机可读标准。最近，一个名为虚拟生理人的项目进一步促进了欧洲学者研究生物医学的建模和仿真。学者开发了一些数据库去存储生物模型。细胞模型系统和生物模型数据库是其中两个重要的数据库，两个数据库都建议使用CellML标准和SBML标准。学者可使用这两个数据库来探索复杂的生命系统。生物模型在药物的使用方面有重要作用，这不仅是一个通用手段，而且对癌症治疗和眼病治疗也有特殊的贡献。2002年，Cstete和Doyle提出一种生物反馈系统的逆向工程分析原理。2003年，Tyson、Chen和Novak回顾一些生物控制模块的设计原则。
3简单系统的建模
2001年，Hangos和Cameron强调明确建立模型的目的，模型是在对现象总结的基础上，用计算机能够接受的方式反映规律，建模是下一步仿真计算的基础。对复杂系统来说建模十分必要。复杂系统不可能设计出含所有现象的实验，因为部分量不可测量，并且几个现象间很难找到相互关系。尽管学者已经在测量基因与代谢领域取得巨大进展，但仍有许多生物量无法测量，即便能够测量出一些，测量的准确性也不够高。下面的例子是伦敦大学研究得到的一种模型，该模型模拟了血流改变时动脉壁内皮细胞的反应。血流改变刺激细胞产生化学信号，而这些化学信号拉长了内皮细胞，在某些条件下，巨噬细胞在动脉壁上增加了，最后导致动脉粥样硬化。动脉粥样硬化斑块的位置与血流改变的区域息息相关。并造成影响。学者研究出两个模型来探索这种影响。模型一是细胞表面的血液模型，首先把细胞表面分解成许多不同的小三角形区域（0.4um），这个模型可以看成一个斯托克斯公式的边界积分表达式，通过该模型可以研究在血流作用下细胞的受力情况。模型二研究了力对细胞骨架的影响，细胞骨架保持细胞形状，可以使用开尔文体模型研究这个问题，它是由1个缓冲器和2个平行的弹簧构成的黏性弹性系统，开尔文体代表一种将机械力转化成生化信号的细胞成分，这种生化信号会导致Src激酶的活化，Src激酶会调节Rho激酶和GTP酶（Rac和Rho），而Rho激酶和GTP酶可以控制细胞结构和形态。简单的展示了该过程。此模型可以解释很多现象，但仍然有一些问题解释不了，例如当涉及体内细胞间的通信时，该模型不适用。研究人员建立复杂的仿真模型，这些模型涉及化学和机械领域，可以使用这些模型来进一步研究各种生理学和临床医学现象。
4复杂系统的建模
生命系统具有很强的鲁棒性，生命系统和多反馈的鲁棒性系统相似。建模时要识别模型中的薄弱区域，在该薄弱区域模型可能不够准确，需要用模型进行预测，这要求修改模型。在复杂模型中，特别要注意内部参数不能测量的区域，当处理涉及复杂生理问题时，这些区域变得很重要。原料中包括必要成分A，A和其它成分一起加到反应器。在该反应器上，一些原料反应生成副产物B。在这个过程中，在一定范围内控制成分A的数量很重要。在反应器上，A在催化剂C的催化下生成B，B在催化剂D的催化下生成A。A的数量决定CSTR产生C或者D的数量。如果A加入很多，将会产生C催化正反应。如果A加入的很少，将产生D催化逆反应。与此同时，膜反应器过滤掉废物。这个简单的工艺流程初步反映了血液中葡萄糖调节机制。葡萄糖由肠道进入血液，并供给其它所有的器官。葡萄糖维持在一定浓度很重要，因为维持在一定浓度可以确保人类各种机能的良好反应，这种调节过程称为葡萄糖稳态。如果葡萄糖糖浓度高，胰腺产生胰岛素，指示肝脏把葡萄糖转化成糖原，如果血液中的葡萄糖浓度低，胰腺产生胰高血糖素，将糖原转化回葡萄糖。肝细胞还将血液中废品送入胆汁，并通过胆管过滤并排泄。这是一个涉及多个器官的复杂系统，探索该系统需要考虑许多器官间的联系，葡萄糖稳态系统可以用7个模型表示。
1）.胰高血糖素受体模型
通过胰高血糖素模拟肝细胞表面受体的活化，受体活化产生三磷酸肌醇。该模型由5个微分方程构成，分别描述受体的各种状态、G蛋白的活化和三磷酸肌醇的产生。
2）.钙模型
模拟由三磷酸肌醇活化产生的钙信号通路。该模型由2个微分方程构成，分别涉及细胞质和内质网中钙浓度。钙模型的前提是Hill方程。
3）.环磷酸腺苷模型
模拟受体的活化和环磷酸腺苷的产生。该模型由5个微分方程构成，分别关于环磷酸腺苷的浓度、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的浓度、受体的比例、不活动的比例以及核定位蛋白激酶A的比例。模型遵守Hill方程。
4）.胰岛素模型
模拟肝脏对于胰岛素的反应，该模型由1个描述糖原合成酶激酶（GSK）活化的微分方程构成。
5）.血液模型
模拟葡萄糖在血液、肝脏和胰腺之间的运输，该模型由1个描述血液中葡萄糖浓度的微分方程构成。
6）.糖原分解模型
模拟控制糖原分解与合成的4个因素，葡萄糖及6磷酸葡萄糖的控制、钙离子的控制、环磷酸腺苷的控制、胰岛素的控制。该模型是一个模糊逻辑模型，该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。该模型由4个微分方程构成，分别关于糖原磷酸化酶（Pho）、糖原合成酶（Sta）、糖原和细胞内的葡萄糖。
7）.胰腺模型
模拟胰高血糖素或胰岛素的释放。该模型由2个微分方程构成，分别关于胰岛素和胰高血糖素的血液浓度。每一个微分方程都要遵循Hill方程。上述7个模型共同构成葡萄糖的调控模型，需要软件管理系统来协调它们。Saffrey等人在2007年描述一种模型管理系统。该管理系统用来存储模型和数据。在该系统中，上述的7个模型互相联系，共同模拟出葡萄糖稳态系统。Hetherington等人详细描述这个葡萄糖稳态系统的模型。
5完善和应用模型
建立模型以后，需要进一步完善。可以选择各种不同的实验者，将实验者分成多个小组，分别观察和记录他们的数据，根据这些数据完善和调整模型，甚至改变模型，最终确定适合不同人的具体的模型。通过这些具体的模型可以预测未来的变化情况，为了达到某些目的也可以设计一些干预措施。在其他领域中，学者已经充分研究了基于模型工程的设计方法，利用这些设计方法可以达到一些想要的结果，虽然这些设计方法还不成熟，需要进一步完善，但值得借鉴。在生命科学中，要特别注意干预措施也可能会导致一些危害。这些干预措施包括环境干预、药理学干预或基因干预。环境干预通过物理或化学因素，药理学干预主要通过临床干预。在上一部分描述的复合模型中，广泛的使用了计算机辅助过程工程技术，和优化技术寻找最佳解决方案，如糖尿病患者的最佳胰岛素剂量；使用随机技术寻找高敏感度模型的解决方案；使用区间方法确定能够接受的最坏情况。上述方法和模型已经被用来预防一些疾病。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（例如优化、随机分析、间隔方法）将促进生物学和医学的发展，并且随着生物学和医学的发展，这些方法将更完善。要在生物学和医学领域中很好地使用这些方法和模型，必须要掌握生命科学的知识和计算机的知识，单个的研究者常常不具有这两个领域的知识，因此合作很重要。那些希望从事相关研究工作的学者必须合作，例如通过短期或长期项目，建立一个促进合作的机制。
6结论
本文展示了生理学和临床医学中一些可以用计算机辅助技术解决的问题。这些问题涉及化工厂（或者身体内）的化学和物理变化，并且常常涉及到复杂多尺度系统。虽然生命科学发展很成熟，但是在不能测量的领域，我们仍需使用计算机仿真和建模技术去解决问题。只有通过使用系统模型，某些复杂问题才可能解决，最终才有可能设计出合适的干预措施。最大难题是如何建立出好的模型，只有使用足够精确的模型才可以预测生理学系统的行为。在医疗领域的模型只有到很高的精确度时才可以用。模型的临床推广仍然有很长一段路要走。通过新的系统生物学和系统医药学手段，将会使用于临床的这种方法加速运用。
作者：蔺玉柱 邱晓磊 沈平冰 单位：安徽师范大学物理与电子信息学院
1冰壶运动简介
冰壶运动是以队为单位在冰上进行的一种投掷性竞赛项目。投掷的冰壶为圆壶状，周长约为91.44厘米，高(壶的底部与顶部)11.43厘米，重量(包括壶柄和壶栓)最大为19.96公斤，冰壶底部和冰面相接触的部分是一个半径约为12.8至13.1厘米的圆环。冰壶所用场地是一个长44.5米、宽4.32米的冰道。场地冰面浇过平整的冰面后，还需要用喷头像冰面喷洒热水滴，保证冰面出现表面圆滑的凸起的小冰点，使冰壶的底面不能完全接触到冰面，并且冰面更粗糙，对冰壶的阻力更大。冰道的一端画有一个直径为1.83米的圆圈作为球员的发球区，被称作本垒。冰道的另一端也画有一圆圈，被称为营垒。在场地两端各装有一个斜面橡胶起蹬器。在冰壶场地前后两端各有一条蓝色的实线称为“前卫线”和“后卫线”。球员掷壶时，身体下蹲，蹬冰脚踏在起蹬器上用力前蹬，使身体跪式向前滑行，同时手持冰壶从本垒圆心推球向前，至前卫线时，放开冰壶使其自行以直线或弧线轨道滑向营垒中心。在一名队员掷球时，由两名本方队员手持毛刷在冰壶滑行的前方快速左右擦刷冰面使冰壶能准确到达营垒的中心或者将对方冰壶击打出得分区域。最后当双方队员掷完所有冰壶后，以场地上冰壶距离营垒圆心的远近决定胜负。
2运动学方程的建立
冰壶在冰面上滑行可以视为刚体的平面运动，可以将其分解为质心的平动和绕过质心轴的定轴旋转。以前卫线的中心为O，前卫线中线为x轴，垂直于x轴的是y轴，垂直与冰面的为z轴建立坐标系。
2.1旋转
冰壶的质量为m，开始时的角速度为，冰壶与冰面间的摩擦系数为μ，μ的大小与温度T有关，可表示成假设摩擦力是均匀分在整个低面圆盘上，故计算摩擦力矩时，应将圆盘分解为许多的以转轴为圆心的同心环来考虑。
3仿真系统结构
为了实现冰壶运动轨迹的仿真，根据前面所述的运动方程模型，需要先确定冰壶运动轨迹的一些参数。为此将冰壶运动轨迹仿真系统分成两部分，即基础参数设置和动态模拟。基础参数设置中分别输入初速度、初始角速度和温度。冰壶场地两营垒之间的距离近30米，所以在没有任何干扰的情况下，冰壶应可以自由滑行20米才是有可能到达营垒。
4结论
根据机械能量守恒理论建立的冰壶运动方程，从主观上验证了它的正确性，可以帮助运动员分析投掷冰壶时应以怎样的初速度和角速度投壶，才能有效的进入营垒。
作者：田雨 单位：沈阳体育学院
1综合保障效能评估与质量控制
飞机的综合保障效能是飞机及其保障系统在预期的使用环境和条件下经济有效地满足平时战备完好和战时任务持续能力的度量。综合保障效能评估就是在现有飞机研制程序的基础上，利用适宜的保障效能评估方法和技术，在飞机研制过程中持续开展综合效能评估，评价出研制过程各阶段的综合保障效能，提出优化、改进建议，实现对新机研制过程综合保障的有效监控；在部署/使用阶段开展保障效能评估，验证飞机及其保障系统是否满足规定的系统战备完好性要求，为调整保障系统和飞机改型、研制新型号飞机提供必要的经验信息。保障效能是由飞机平台设计特性、保障系统设计及维修保障方案所决定的，是在飞机研制过程中设计，逐渐形成、并在使用过程中不断保持的。综合保障效能的度量不仅考虑飞机平台及其使用特点、可靠性与维修性、保障系统的特性与表现，而且还要考虑飞机的利用率、使用方式、任务剖面以及使用环境等。飞机设计质量控制就是要实现飞机及其保障系统满足规定的系统战备完好性要求，飞机设计质量不仅包括飞行平台具有优良的性能，而且还包括其保障系统的性能和配备能够支撑飞行平台实现战备完好、战时可用的目标。综上所述，综合保障和质量控制具有共同的目标，综合保障效能的高低反映了飞机平台及保障系统设计质量的高低。在飞机设计的各个阶段，对综合保障效能评估即可实现对飞机设计质量进行阶段性和系统性地控制。
2评价指标选择
由于综合保障和质量控制具有共同的目标，反映综合保障效能的指标即可作为飞机设计质量控制的评判标准。飞机的综合保障效能不仅取决于飞机的设计性能，同时也取决于飞机的使用和保障。综合保障效能评估结果对四性和综合保障工作直接产生影响，这关系到飞机的设计、研制，并决定着综合保障最终目标——以可承受的寿命周期费用实现战备完好性要求的实现。飞机设计质量评价指标的确定必须遵循以下原则：（1）以作战任务需求、综合保障各阶段的任务和目标为依据。（2）参考国内、外同类飞机的有关指标，相似装备的战备完好性水平，以及本国的国防工业科技水平等。（3）环境条件的约束，包括作战使用和平时训练、储存和运输等环境条件。（4）预期使用的新技术、新产品对保障效能的影响。（5）现役同类装备的保障方案和新机预期的保障方案、使用与维修保障资源的约束条件。（6）费用、进度等约束条件。（7）其他约束条件，如充分考虑各指标之间的协调性（不可互替代性、全面性）和各指标的阶段性等。根据以上原则，结合相关标准，选用使用可用度（固有可用度）、能执行任务率、出动架次率、再次出动准备时间和寿命周期费用作为评价指标。这五个指标从不同的侧面反映了保障系统设计质量对战备完好性和任务持续能力的影响，其中使用可用度综合反映飞机在实际任务过程中的使用情况，主要体现了飞机特性、维修保障、供应保障水平对战备完好性的影响；能执行任务率主要反映在平时条件下飞机保障系统的训练保障水平；出动架次率主要是反映在战时条件下飞机维修保障和使用保障水平对战时任务持续能力的影响；再次出动准备时间主要是反映飞机在连续出动条件下保障系统的使用保障水平；寿命周期费用从经济性的角度度量装备系统和战备完好和战时任务持续能力的权衡。这几个指标之间具有不可替代性。战备完好性的度量不仅考虑飞机及其使用特点、可靠性与维修性、保障系统的特性与表现，而且还要考虑装备的利用率、使用方式、任务剖面以及使用环境等。这五个指标从不同的角度反映了不同设计和使用因素对战备完好性和保障效能的影响，涵盖了飞机设计特性、保障系统的要素（包括使用保障、维修保障、训练保障、供应保障）和寿命周期费用对飞机设计质量的贡献。以这些指标作为评价标准，可以实现飞机设计质量全面控制。
3评估方法和模型构建
3.1评估方法
可用的方法可分为解析法和仿真法两类。解析法能够准确地计算各类效能指标，但缺乏对飞机维修和使用保障动态特性的描述；仿真法能够动态地描述飞机的维修和使用保障动态特性，但仿真结果不够稳定。为了得到客观、合理和科学的结果,本系统采用解析法和仿真法相结合的方法。
3.1.1计算机仿真
仿真技术具有低成本、有效克服解析法所不能解决的动态问题独特优势。计算机仿真体现在以下几个环节：（1）根据对业务、模型、输出参数之间的逻辑关系进行分析的结果，模拟单一飞机和机群在仿真周期内的总体使用业务流程。根据实际使用情况，模拟仿真周期内飞机的作战使用流程。一般流程均从飞机执行的任务开始，进行任务前准备、执行任务、返回进行维修保障，然后进行再次出动。优秀业务活动包括飞机状态的判断、飞机的调度、修复性维修、预防性维修、起飞前准备、再次出动准备等。（2）故障抽样。采用蒙特卡洛方法进行飞机系统故障抽样，确定故障发生时刻序列。单架飞机的年平均飞行时间或者每次的仿真时间。η为由RANDOM（）函数生成的0～1之间的随机数。故障发生时刻序列的确定方法如下：下一次故障发生时刻=本次故障发生时刻+下一次故障发生时间间隔（2）
3.1.2数据统计
对于已经研制的飞机及其保障系统，数据统计方法主要体现在飞机故障数据、资源数据等输入数据的获取。而对于新研发的飞机及其保障系统，这些数据可采用设计参数或者相似型号飞机参数。为了计算最终的评价指标，仿真过程中通过多次统计最终评价指标的分解项,获取最终的评价指标计算结果。
3.1.3解析法
解析法主要用于各评估指标的计算，飞机各业务活动分解及其时序的确定、时间和资源分配等。各评估指标均可采用解析法进行分解，一直到最底层指标与飞机设计指标相同为止。这有利于确定最终的输入参数，也利于模型数据的收集。
3.2评估模型构建
任务周期从飞机执行的任务开始，进行任务前准备、执行任务、返回进行维修保障，然后进行再次出动，直到当天任务结束。而在这一任务周期中，将涉及到任务系统、结构、维修保障活动、保障资源、保障组织五大方面设计工作的动态协同。如何全面、科学、客观模拟这一过程，并将其量化，进而构建数学模型，最终计算出飞机在执行任务过程中的各评价指标，是飞机设计质量控制需要突破的优秀技术。
3.2.1模型组成
建模的关键体现在任务建模、保障资源建模、飞机建模、组织建模和任务执行过程建模五个方面。这些模型都描述了飞机系统某个方面的特性，它们独立构成飞机系统的不同侧面。因此，飞机设计质量控制模型分为任务、装备、资源、组织、过程五个子模型。（1）任务模型：描述作战单元的任务内容及其构成的模型。任务可分为若干个子任务，子任务又可分为若干个次级子任务，各个子任务的内容及其相互关联都在任务模型中进行描述。随着任务的进程，其他各个模型都会发生相应的变化。不同模型间的逻辑关联是保障系统模型所固有的。（2）飞机模型：描述系统中飞机的结构和功能组成的模型。复杂的飞机系统由各单元以一定关系组成并形成特定的功能。（3）资源模型：描述保障系统的各种资源以及资源间关联关系的模型。保障系统中的资源有很多种，例如：维修人员、备件、设施、技术资料、计算机资源等，但是在作战单元执行任务的过程中，由于任务的持续时间一般比较短，对保障效能影响最大的资源只有两种：备件和维修人员。因此，资源模型主要包括维修人员和各种备品备件的分配信息（其中的备品备件即为飞机的最小保障单元）、各种备件在维修过程中的消耗信息以及维修人员的占用信息等。（4）组织模型：描述系统中的组织、角色信息以及组织、角色间关联关系的模型。其中系统中的组织为各个作战单元和基本作战单元，存在的关系有组织间的所属关系、角色间的存在关系等。（5）过程模型：是保障系统的优秀模型，保障系统的其他模型都是围绕着过程模型展开的。过程模型是描述任务的执行过程中发生的一系列维修、使用保障活动及为维修、使用保障活动之间关联关系的模型。
3.2.2系统输入
根据模型的组成、评估指标的分解结果以及飞机设计理论和原理，通过梳理以上模型组成中各描述参数之间的关系的，理清了各输入参数以及5个子模型之间的关系，明确了各子模型必要的输入参数。该模型分为任务、飞机、资源、组织、过程5个子模型。根据每个模型的描述，对描述参数进行结构化描述。例如,任务模型结构化为任务系统、任务剖面和基本任务；任务系统结构化为飞机名称、飞机总数、飞机任务种类；任务剖面结构化为任务种类、任务持续时间、任务所需飞机数量、基本任务名称；基本任务可结构化为基本任务名称、基本任务持续时间、所含波次数、单波次所需最小飞机数、单波次持续时间和单波次任务成功点等设计参数。
3.2.3业务流程
在大量调研的基础上，对单一飞机和机群的总体使用业务流程进行了梳理，并对业务、模型、输出参数之间的逻辑关系进行了分析。根据实际使用情况，对飞机的作战使用流程进行了梳理。在活动过程子模型中，需要确定各专业活动执行的逻辑先后、执行时间、资源、组织、特殊要求、所属专业等信息。通过仿真飞机的任务和使用保障过程，梳理各任务和活动的执行流程，将5个子模型以及个输入参数关联起来，最终统计相关参数和计算结果。
4模型初步验证
为了易于验证模型和方法，对案例进行了以下简化：（1）飞机结构假定只有三个子系统（燃油系统、航电系统、火控系统）。（2）将所有的保障资源放在同一个“资源池”中。（3）使用保障活动与任务暂时没有关联，作业时间是一个定值。（4）维修过程中备件的周转时间为定值。（5）预防性维修活动看作一个事件，作业时间为一个定值。（6）供应保障和训练保障暂时不考虑。模型的验证采用本模型仿真结果和LSEM模型仿真结果进行对比，计算的出动架次率分别为2.56架•次/天和2.5架•次/天，偏差为2.4%。该偏差处于可接受范围内。
5模型特点和应用
5.1模型特点该模型具有以下特点：
（1）系统性。该模型使得飞机设计质量的控制不再以各系统、各部件、各产品等孤立地进行，而把整个飞机及其保障系统作为一个有机系统进行质量控制。这不仅符合飞机研制的客观规律，而且将飞机的装配、各系统、各产品之间的接口对飞机质量的影响也进行考虑。其结果能够更真实、全面、客观反映飞机及其保障系统的设计质量。该方法的这个特点与戴明的系统论理论一致。（2）阶段性。由于飞机研制具有明显的阶段性，每一阶段的设计参数逐步详细和准确，因此，该模型也具有阶段性。随着设计的深入，该模型的输入将不断逼近飞机及其保障系统的设计质量。该方法的这个特点与戴明的质量持续改进一致。
（3）动态性。以往的控制方法仅采用了质量管理体系和程序，是一种静态的控制方法。该模型能够动态性地描述飞机的使用和保障过程，其结果与真实的设计质量具有较小的偏差。（4）客观性。该模型能够克服以往采用的程序控制和专家评审方法具有的主观性，其结果更加科学、合理、客观。（5）全面性。目前，美国工业界已开发出大量相关模型，如战备完好性试验用可用性原型的快速构建（RAPTOR）软件、装备保障性仿真工具SCOPE、后勤复合模型LCOM、战备完好性评估模型METRIC、F-15E的可用度评价模型SLAM、JSF战斗机的全任务仿真系统、美国空军基地资源的战区仿真模型TSAR等。以往的模型仅采用单一的评价指标。选择的使用可用度、出动架次率、再次出动准备时间、全寿命周期费用指标能全面衡量飞机设计质量。评价结果不仅反映了飞机平台本身的设计质量，而且还反映了其保障系统和他们之间接口的设计质量。（6）经济性。地面试验的成本高昂，而本模型可以省去地面试验所需要的飞机及其保障系统的研制费用，地面试验的包括人工、场地、设施等其他费用也不再需要了。
5.2应用
由于飞机及其保障系统的研发具有明显的阶段性，本文提出的模型和方法在各阶段对飞机设计质量的控制途径也不相同。
（1）在项目的招标和投标阶段，利用该模型评价供应商提供的设计方案和标书，确定其是否满足项目的指标要求，从而最终选定合适的供应商，从而确定最佳设计质量方案。
（2）在概念设计阶段，利用该模型评价设计方案，找出飞机和保障系统设计的薄弱环节，提出优化和改进措施，完善飞机平台和保障系统设计，提高飞机设计质量。
（3）在详细设计阶段，利用该模型评价详细设计方案，找出飞机和保障系统设计的薄弱环节，提出优化和改进措施，完善飞机平台和保障系统设计，提高飞机设计质量。
（4）在部署/使用阶段，验证飞机及其保障系统是否满足规定的系统战备完好性要求，找出设计中的模弱环节，提出优化和改进措施，为调整保障系统和飞机改型、研制新型号飞机提供必要的经验信息。
6结论
针对当前飞机设计和使用中存在的诸多问题，本文提出了一种基于计算机仿真和数据统计的飞机设计质量控制方法，确定了衡量飞机设计质量的评价参数，构建了计算机仿真模型，利用成熟的LSEM模型对模型的正确性、有效性和合理性进行了初步验证，但是仍需要经过大量的真实使用数据的验证。该模型具有系统性、阶段性、动态性、全面性、客观性和经济性等。在飞机研制的各个阶段，利用该模型对飞机平台及其保障系统的设计质量进行评价和控制，提出优化、改进措施，实现对飞机研制过程设计质量的有效监控。
作者：袁聪聪 张传超 单位：中航航空电子有限公司 中国人民大学
一、计算机仿真理论教学内容改革
现代控制理论近年来发展迅速，使得我们对各类控制对象有了更好的理解，能够很好地刻画实际对象中事件驱动的动态过程，提出了离散事件系统，它的动态行为是由一系列随机出现的事件驱动的，而且控制理论界已经给出了很多建模方法和建模工具，如Gracefet图、自动机和Petri网[2,3]。而现有的计算机仿真内容主要是面向连续动态系统，虽然也涉及离散事件系统，但是对离散事件系统建模和仿真方法少有涉猎。离散事件系统的模型大部分来自计算机科学研究领域，现代控制理论和控制工程都离不开计算机，对此类建模工具的了解可以拓宽自动化专业学生的知识结构，提升他们思考和解决计算机控制工程问题的能力。为此，在计算机仿真课程内容中，我们增加了自动机和Petri网的基本概念。考虑到学生缺乏离散数学的基础，我们拟根据实际对象建模需要，结合Matlab中的stateflow工具箱，介绍离散事件系统的建模和仿真方法。具体内容包括：
(1)离散事件系统概念；
(2)自动机模型；
(3)Petri网模型；
(4)离散事件系统的自动机模型的建模方法；
(5)离散事件系统Petri网模型的建模方法；
(6)自动机的仿真模型的设计方法；
(7)Petri网的仿真模型的设计方法。
另外，现实工程领域大多数系统是混杂系统[4]，既有连续变化的特征，又有事件驱动的特征，而且连续变量子系统与事件系统之间相互作用相互影响。从20世纪60年代，学界就开始了混杂系统的研究，目前已经取得了丰富的成果，涉及混杂系统的建模、分析、控制、调度和优化等问题。其中，建模和分析方法对自动化专业知识体系的构建非常重要，事件驱动的思想能够让学生将控制理论与实际过程更好地建立联系，因此在计算机仿真课程中，我们增加了对混合自动机和混合Petri网的介绍，并结合实例阐述如何给出混杂系统的数学模型以及仿真模型和仿真程序的设计方法。具体内容包括：
(1)混杂系统概念；
(2)混合自动机；
(3)混合Petri网；
(4)混杂系统的混合自动机建模方法；
(5)混杂系统的混合Petri网建模方法；
(6)混合自动机的仿真模型的设计方法；
(7)混合Petri网的仿真模型的设计方法。
二、计算机仿真实践教学内容改革
计算机仿真是一门实践性很强的课程，利用代码将实际对象虚拟到计算机中，这就要求自动化专业的学生不仅要掌握知识概念，还要能够编写代码用计算机实现抽象的概念。如果实验课内容设计合理，可以很好地锻炼学生解决实际问题的能力。鉴于自动控制原理大量内容属于动态系统的分析方法，而仿真是分析系统不可或缺的手段，仿真实践课程可以巩固控制原理的抽象的知识。如何设计仿真课程的实验项目对自动化专业的计算机仿真课程非常重要，围绕自动化专业课程体系，我们拟设定如下实验项目：
(1)二阶电路的C程序仿真实验；
(2)单容水箱的C程序仿真实验；
(3)电机拖动控制系统的C程序仿真实验；
(4)一阶倒立摆的C程序仿真实验；
(5)立体仓库系统的自动机模型仿真实验；
(6)立体仓库系统的Petri网模型仿真实验；
(7)Bang-bang控制液位系统的混杂自动机、Petri网模型的仿真实验；
(8)反应釜复杂控制系统的Matlab仿真。
三、结束语
本文探讨了自动化专业计算机仿真课程的教学改革问题，通过实践改革，使教学内容更加符合自动化专业的课程体系。从前期的教学效果看，上述改革能够激发学生的学习兴趣，巩固专业知识基础，并且有效地提高了学生解决工程实际问题的能力。
作者：罗继亮 邵 辉 晏来成 单位：华侨大学自动化系
一、计算机仿真技术在制造业中的应用分类
（1）计算机仿真计算在产品模型为中心的应用：在产品模型引入计算机仿真技术可以对产品的静态及动态性能、可制造型、可装配性等情况进行分析。一个产品的研究与开发，需要考虑其实用功能、实际需求、产品外观、产品尺寸、产品的可制造型、产品的可批量生产性等方面的因素，计算机仿真技术很好的完成这些工作，在产品模型中发挥作用。
（2）计算机仿真技术在制造系统模型为中心的应用：制造业中的制造系统模型中包括了制造设备的高仿真智能运用。复杂制造系统的模拟等过程，计算机仿真系统在检测设备的运行能力、监控设备的实际运行状况中发挥着巨大的作用。
（3）计算机仿真技术在开发过程模型为中心的应用：在这个分类中，计算机仿真技术主要是在产品设计和制造中起到作用。产品的制造过程引入计算机仿真技术就是利用仿真技术将制造系统模型和产品模型进行有效的结合，进行多方位的模拟、全面的运算，以及全面的考虑生产批量、产品成本等问题，开发出合格并且满足需求的产品。
二、计算机仿真技术在制造业中的应用
计算机仿真技术作为一种高新的科学技术在制造业中具有广泛的应用，在工业、军事、医疗等汗液都有应用，特别是在航空行业、国防行业等大规模、复杂的系统研发中具有很高的应用价值。计算机仿真技术在制造行业中的应用可以减少不必要的损失、节约经费、缩短产品开发周期、提高产品质量。在制造行业中，计算机仿真技术涵盖了产品的设计、制造、测试运行的全过程，已经成为了制造业不可或缺的重要技术手段。 计算机仿真技术中的虚拟现实技术可以使用户通过电脑屏幕进入一个三维世界，其可以为产品提供一个可视化的三维环境，对物体进行交互操作，从而对质量和数量进行综合决策，这种可视化的解决策略可以对快速化及批量化生产的发展起到推动作用[2]。虚拟现实技术可以实现人机互动，对产品的性能和运行状况进行测试与监控，这种技术将计算机图文学、高仿真技术、计算机传感技术等多种技术手段进行了结合，这种技术对产品的各个阶段都可以进行支持，使用者通过操作可以检验产品的各个部件是否合格，检验产品的各个性能进的稳定性，检验产品功能的实用性。 计算机仿真技术中的虚拟制造技术将三维模型和虚拟仿真进行有有效的集成，从而可以对实际世界中的物体进行操作，是一种计算机辅助系统技术，是一种实现生产制造过程的应用技术[3]。虚拟制造技术在制造业中的引入可以实现实际生产线或车间中少人力、物力、财力并在短时间内进行产品的设计验证[4]，为产品的生产奠定坚实的基础。
三、制造业中计算机仿真技术的研究展望
计算机仿真技术实现了企业的生产过程的信息化、数字化、以及网络化，为企业产品的设计与制造提供了包含生产源、工艺流程、管理等多种动态信息的分析方法。在传统的制造方法却无法对生产线进行快速化设计，无法进行小批量多品种的产品的生产，对于产品的设计、制造、控制都很难达到预期的效果，而计算机仿真技术的引入就可以很好地解决这些问题。
现阶段应用比较广发的物流仿真软件有DEL-MIA/QUEST、EM-Plant等，这些软件都是面向对象的、图形化集成建模仿真软件，可以搭建系统仿真模型，通过参数输入而获得系统的参数输出，对制造企业的实际生产具有很高的参考性。随着仿真软件在制造业中的需求的不断增大，计算机仿真技术会不断的发展，三维建模软件与物流仿真软件会得到更好的结合，并以快速、简单的建模建立、工艺仿真以及优化算法等一步一步的集成，这将是制造业中计算机仿真技术的发展方向。
四、结论
计算机仿真技术在制造业中得到飞速的发展，最主要的原因是其对我国社会的发展和经济的提高具有重要的意义。现在段，在制造业中仿真技术是一种具备综合性、高科技的基本保障，并发挥着越来越重要的作用。，在一些大规模、复杂性强的研发中更是必不可少的工具。计算机仿真技术在制造业中的仿真规模在不断的扩大，仿真功能也在不断的强化，大力的推进计算机仿真技术在制造业中的应用，对提高我国产品的自主生产力，推动我国制造业的发展具有重要的意义。
作者：崔建亭 单位：上海交通大学
1教学方法改革
1.1情景教学
在高频电子线路教学内容中，概念多、难点多、数学推导多，同时还会涉及到非线性分析法，因此学生在学习过程中经常会觉得枯燥、难学。通过实验展示可以使教学中的难点得到化解。但在实际教学中，因为受到空间和时间条件的限制，在实际教学中实物演示受到了制约。在高频电子线路教学中要找到教学过程中的教学难点、抽象点，要准备例如振荡器平衡的调制系数、稳定条件等多个仿真实验，在课堂情境教学中应用，为学生在认识上提供更加便利的条件，提高教学效率。
1.2课程统筹教学
通常情况下，在高频电子线路教学中，理论课与实验课是分开的，两者相互独立，这样在实际教学过程中难免会出现理论与实践脱节情况，主要表现在时间和内容上脱节，教学过程中的验证性试验无法在及时的加深学生对教学内容的理解，导致了教学效果大大降低。在教学过程中为了完整性经常会对一些操作简单、结论明显的实验也安排相应的实验环节，这浪费了实验课程。在教学过程中应当对这一现象进行合理改革，对课堂教学和实验教学中的内容进行统筹，课堂教学结束后，应当安排相应的验证性实验；部分理论课程可以在实验课程上进行，可以一边做实验一边传授理论知识。针对每个验证性实验，设计相应的仿真预习，利用计算机仿真代替实验内容，通过预习报告的方式完成。通过实践证明，采用此种教学方式不仅解决了教学时间，而且提高了学生在自我学习中的管理能力。此外，计算机仿真通过计算机对实验条件和环境进行了模拟，学生可以进行多次实验，并且可以对实验过程中的参数进行自行修改，这样不仅缩短了实验时间，而且对实验设备也起到了一定保护作用，避免学生在实验过程中因为操作不当而给设备造成损伤。
2仿真教学应用实例
Multisim11是高频电子线路教学中经常被应用的一种软件，仿真分析具体步骤如下：依据设计和原理创建电路原理图，然后依据实验情况对电路图选项进行设置，开启仿真开关，使电路运行，再借助仿真仪器，获取理想的仿真结果。解调、调制电路是组成通信设备的重要部分，解调和调制方式对系统的性能有着巨大影响，同时也是在高频电子线路学习中的难点。
2.1普通AM（调幅）信号波形仿真
调幅是振幅调制的简称，调幅包括：抑制载波、普通调幅等，普通调幅是其中最基本的一种，其余调幅都是有普通调幅演变来的。依据调幅信号形成的基本原理，在Multisim11下创建普通调幅电路，开启仿真后可以可在双踪示波器上看到低频调制信号与普通调幅信号波形对比图。对直流电压V3进行调整，使电路调幅系数进行改变但V3与1V相等时，调幅系数将超过1，则为方正波形，发生调幅现象，已调波在经历检波后将无法恢复到原有的形态，属于严重失真，因此在实际教学中应当尽量避免此现象的发生。
2.2二极管包络检波器仿真波形
二极管构成的包络检波器性能强，结构简单，因此被广泛应用与检波电路教学中，经过解调后输出的信号能够对输入信号的包络进行合理反映，仿真电路如图4所示。开启仿真，对电路参数进行调整，便可得到获得调解后信号与输入信号两者的对比。但在对电路参数调整过程中，如果没有对电路参数进行正确选择，二级管包络检波器在实际工作中极有可能发生负峰切割失真和惰性失真。因此，在实际操作过程中要注重电路参数的调整。
3计算机仿真应用需要做好辅助工作
（1）整合教学内容对课堂、实验教学内容进行整合，在使用计算机仿真前，教师需要做大量工作。首先，教师要对教学中的内容进行详细统筹。例如，在教学过程中，哪些部分课堂讲解的内容需要利用计算机仿真代替，哪些教学内容应当通过计算机仿真演示，又有哪些内容使需要通过计算机仿真对学生进行指导。
（2）编制辅助教学手册对高频电子线路教学内容进行整合后，教学应当精细编制辅助教学手册，对进行过程进行指导。辅助教学手册中的内容应当通俗易懂，计算机仿真的思路、目的、步骤等内容要言简意赅，便于学生理解和运用。
（3）改革考核制度考核是检验教学成果的主要手段，既然在高频电子线路教学中引入了计算机仿真，那么在考核中也应当有所体现。在考核过程中不仅要涵盖大纲的教学要求，同时也要加入计算机仿真考核。在考核上应当做出合理的改革，主要体现在总成绩的构成上。通过实践应用表明，合理的考核结构，不仅能够使计算机仿真教学在高频电子线路教学中起到更好的作用，同时对学生的学习起到了一定督促作用。
4结语
将计算机仿真软件应用到高频电子线路教学中，可以将教学中抽象难懂的内容进行展示，通过改变参数获取不同波形，不仅可以提高学生的学习兴趣，同时也可以加深学生对知识的理解，是一种值得推广的方法。
作者：张晓军 陆兴华 单位：广东工业大学
1计算机仿真技术概述
1.1宏观仿真（Macro-simulation）
描述公铁联运系统各要素及其规律的细节程度较低，主要通过集聚行为来对物流及交通流进行描述，仅仅对车流在路段和节点的流入流出行为进行描述，而对两种运输方式的切换及列车、车辆的运行过程中的行为等细节行为不进行描述。常见的宏观仿真软件有TransCAD、TRIPS、CUBE、VISUM及EMME等。
1.2中观仿真（Med-simulation）
能够较高程度的对系统要素及其规律进行描述，以列车或者货车组成的队列为基本单元，在对车流在路段和节点流入流出行为进行描述的同时，能够对两种运输方式的切换及列车、车辆的运行过程中的行为进行简单的近似描述。常见的中观仿真软件有CONTRAM、TISI和INTEGRATION等。
1.3微观仿真（Micro-simulation）
描述公铁联运系统各要素及其规律的细节程度较高，对于物流和交通流以单个列车、车辆为基本单位进行描述，对两种运输方式的切换及列车、车辆的运行过程中的行为能够较为真实地反映。常见的微观仿真软件有Corsim、Paramics、Trans-Modeler、AIMSUN、SimTraffic、VISSIM、MITSIM及Synchro等。
1.4次微观仿真（Submicroscopic-simulation）
描述公铁联运系统各要素及其规律的细节程度最高。例如：次微观仿真模型在对运输方式切换行为进行描述的同时，还要对车辆承载量的改变对车速的和费用的影响等进行描述。
2公铁联运物流仿真平台建设及关键技术研究
2.1公铁联运物流工程仿真平台的建立
采用先进的物联网及信息技术，以公铁联运物流业务流程管理为优秀，集成交通运输工程、物流工程、现代物流运筹规划、计算机控制技术、信息处理技术、工业现场总线通讯技术、分布式数据库技术、实时数据库技术等学科和技术，建立针对公铁联运物流的高连接性、精确性、集成性、动态性、实时性的要求，区别于一般物流概念的学习实验室或演示实验室，建立基于实际工程项目应用为背景的公铁联运物流工程仿真平台。
2.2不同运输环节的无缝连接
采用基于XML的EDI技术协调公铁联运的各个环节，完成两种不同运输环节的无缝衔接，深入研究公铁联运信息的传输效率及跨地区传输，进而实现跨区域的实时信息传输、远程数据分布式和集中式处理的结合以及多个异地局域网连接等。
2.3公铁联运的信息集成服务的研究
通过多目标协同优化方法对公铁联运多式联运的信息集成服务进行研究，达到物流过程中信息的高效共享和业务的协同联动，实现跨区域，跨行业，跨部门的信息共享，充分发挥信息集聚效应，达到降低成本提升效率的目的。
2.4公铁联运物流安全控制与研究
建立基于GIS的公铁联运物流安全监控系统，根据该系统采集的数据以及历史数据，建立预警数据库，对数据信息进行定性和定量分析，作出识别、诊断和决策。
3结束语
综上所述，我国由于基础设施落后，技术水平低及信息化程度不高等不足，迫切需要通过一种低成本、高效率的方式从多角度开展多式联运研究，因此通过计算机仿真技术，建立公铁联运工程设计仿真平台对于寻求最优解决方案具有重要的理论和实践意义。
作者：李晶 侯倩倩 田彬 单位：兰州交通大学机电技术研究所 兰州交通大学自动化学院
1我国的物流运作现状分析
我们通过对2003年的第四次中国物流市场的供需状况调查进行分析，调查出来的结果显示出我国的物流行业运转情况并不是很好。2.1企业的库存期过长、周转时间太慢通过该项调查我们可以看出，有百分之八十的企业原材料库存时间在一周到三个月期间，百分之八十四的生产企业产品库存都在三个月以下，百分之七十的商品企业销售库存在一个月以下，这就表明我国的企业产品库存时间太长，周转时间太慢，主要还是物流情况差劲导致的，在此我们也能看出我国的物流情况急需得到相应改善，从而改变现在这种状况。2.2人们对物流的满意度较低生产企业里面的3PL相比较自理物流来看，在满意度方面差别很大，对于自理物流的评价主要是不完全满意，对第三方的物流评价就不是这么固定了，分布相对分散，满意、不完全满意和不满意都有一部分。而在商业企业中，对物流不完全满意的比例是最大的，这就表明第三方的物流服务是好于自理物流的。再从不满意的原因分析，企业内部对于物流服务的关心侧重在于物流信息的操作质量以及运作能力，对运作成有不满意的评价也占一小部分，这就说明我国的物流系统还是不够完善，物流行业的成本需要进一步降低。通过上述现状我们可以看出，我国现如今的物流运作水平还是比较落后的，所以说我们应该加大对物流系统的优化工作，提高物流系统的服务水平已经在物品运输上的成本的降低，只有这样才能保证我国的物流行业继续发展下去，才能让企业的竞争优势得以凸显。
2基于计算机仿真技术的自动化物流系统设计
2.1企业内部的生产物流系统
当企业内部开始安排并且计划着在生产领域实行物流系统并且提出运行的总体方案时，应该根据企业内部的实际情况以及生产出的产品的需求多设计出几套不同的物流方案，然后对这些方案进行分析比较，不论是对哪一套方案进行分析，都需要在企业内部的产品生产系统中采集需要的样品进行分析。此外，我们可以在这一流程里面融入计算机仿真技术，这样就能够对多套方案进行实际情况下的运作模拟操作、物流运作的绩效评估以及企业产品的生产试验等等。一般而言，计算机仿真技术在企业的物流系统中加以应用，主要在原材料的购买、运输以及储存，还有整套产品的生产流水线以及产品的加工、出库这些方面有所体现，它能够对上述的过程进行动态化的仿真模拟操作，从而能够对生产环节的效率进行提升，还能够降低原材料等物质的运输成本，可以让企业内部的物流系统各项指标得到改善。此外，通过计算机仿真技术的物流系统我们可以有效地对生产设备的功能进行检查，还可以检验企业的订单要求和生产环节的匹配程度，还有交通工具的有效利用，物流的运输方式和运输路线是否最优，生产物资的原材料经过的环节是否达到了最简等等。现在看来，物流系统中融入自动化计算机仿真技术可以有效地对企业物流的各个方面进行检验，能够极大的对物流系统进行完善，在促进其优化方面起着重要的作用。
2.2适用于港口的物流系统
在港口的物流系统中加以应用计算机仿真技术，主要是在港口物流系统的环节以及相关领域的规划方面得以体现，即船舶泊位设计、货柜堆场设计、装运搬卸工艺设计等的合理分配和资源优化上，另外对于现实港口管理系统的策略制定和优化方面也是计算机仿真系统要解决的一个重点问题，最主要的目标就是想对港口物流作业的调度进行实时化的实现，包括港口生产调度、货柜堆场作业控制、车辆作业路线等，我们对这些线路环节进行仿真操作以及分析，能够对港口的物流作业系统有一个科学合理的评判，对其整体的流程进行有一定的积极影响，此外，还能实现对于物流系统整体的钱能诊断以及深入分析。我们在分析之后的基础上对港口物流系统进行改进优化，选择最优的改进方案，就能达到最好的改进效果。目前计算机仿真技术在港口物流货柜堆场的管理中已经实现了实时立体化全景象管理和控制，这在很大程度上对各种货柜的存放、搬运以及出入情况进行了改善，操作起来更加的方便，从而提高了企业的生产效率。
3结论
自动化的物流系统设计最前沿的手段以及现代的解决方案就是对计算机仿真技术的利用，那些基于计算机仿真技术的自动化物流系统的设计，能够对物流行业的操作自动化水平、智能化水平以及技术化水平有效地进行提高，此外，物流工程的直观性也可以通过计算机仿真技术来进行提高。本文主要分析了计算机仿真技术和物流系统的含义，然后分析了两种技术的相互融合起到的促进作用，之后对我国前几年的物流运作状况进行了统计性分析，最后是介绍了两种不同的应用了计算机仿真技术的物流系统，与相关的物流作业的基本功能和要求进行联系，认为我国的物流系统还需要进一步的进行完善，我们要致力于发展基于计算机仿真技术的自动化物流系统设计。
作者：余小花 单位：陕西财经职业技术学院
1覆盖率算法在负控系统中的应用
负控系统在电力网络中有两个重要的应用,首先是数据采集节点,通过部署在各个电力网络节点的负控终端来实时的采集电力负荷的运行数据,并且通过中继站上传到负控中心。由于中继站的成本较高,因此在中继站的部署过程中也要通过仿真分析来确定一个优化的部署方案。在中继站的部署过程中要考虑到本区域的电力负荷、地形等因素,以便能够更好的规划部署,消除盲区。在负控系统的规划阶段,可以使用现有的智能算法来确定最优化的方案,在本节剩下的部分中将会根据人工鱼群基本算法提出一个适用于负控系统规划的人工鱼群算法模型。在负控系统中,为了避免负控终端的资源浪费,规划的目标应该是使目标函数达到最大值,因此也就是使人工鱼群向食物浓度较大的方向移动。
1.1参数设定
根据负控系统的特性对参数进行设定,根据指定区域中预先估计的负控中心的规模、中继站的数量负控终端的数量,结合该区域中的用户数量和电力负荷来确定人工鱼群的规模,根据负控系统需要覆盖的区域的大小来确定鱼群的移动范围,根据中继站的覆盖范围和负控终端的覆盖范围来确定鱼群的视野,最后根据指定中继站所管理的负控终端数来确定迭代参数和密度参数。
1.2初始化人工鱼群
根据指定区域中的用电负荷和用户数来生成n个数,为每条人工鱼的初始位置，人工鱼的初始位置要根据指定区域中电力负荷来确定。
1.3执行算法
根据预先设定的参数,使用人工鱼群基本算法对人工鱼群的追尾行为、聚群行为进行模拟,人工鱼根据自己的所在区域中鱼群密度较大而且食物浓度较高的区域移动。如果无法确定移动方向,则根据自己当前位置的食物浓度选择一个比当前浓度高的方向进行移动或者随机移动一步。如果达到最大迭代次数,输出鱼群密度最高的区域,即得到最佳的部署位置。
1.4方案分析
根据算法执行结果来设定负控终端和中继站的部署方案,根据地形等因素适当的进行调整。最后根据指定区域的实际用电数据对方案进行仿真测试,根据测试结果在进行方案的优化和修改。人工鱼群的基本算法提出后,学术界根据不同的需求对该算法模型进行了大量的优化,并且在电力系统中有很多的应用研究,例如齐志华将人工鱼群算法应用于电力控制系统,吴杰对人工鱼群算法在输电网络规划中的应用进行了分析。
2结语
随着社会经济的发展,必然会对电力负载控制提出更高的要求。负控系统将在监控电力网络中各节点的状态、动态控制各节点的运行等方面起着重要的作用。合理的部署负控系统能够最大化的节约电力网络的投入,更好的为用户服务。因此,在以后的发展中,基于人工智能算法的计算机仿真优化技术将会对负控系统的规划提供更好的决策依据。
作者：田博今 李源 刘亚敏 陈劲 单位：国网重庆信息通信分公司
1.水轮机调节系统仿真模型建立
1.1引水系统
由于水轮机是一个动态元件，在工作时，其内部结构的变化和运动相对于稳定时要复杂很多，所以在进行水力瞬变的计算中，工作人员通常采用水轮机在稳定情况下工作时的综合特性曲线去确定水轮机流和水轮机力矩特性，但是在水轮机稳定状态下的综合特性曲线不包括尾水管和蜗壳不称定工况时水流惯性对水轮机特性曲线的影响。在计算水轮机综合特性曲线时如果引水管道很长，其影响对于整体的综合特性曲线影响不大，所以可以忽略。反之，则要进行一些运算确定其特性曲线而不可忽略。在计算机对水轮机调节系统进行仿真建模时，由于实际的水力发电站中线路复杂，所以在建立模型是必须要对整个水力发电系统中的所有管道通路进行编号，这样可以有效地避免重复而出现的误差，也可以提高整体的工作效率。在对于系统管道进行编号后，由于整体管道过多，同时建立其仿真模型非常麻烦，工作人员通常需要把管道分成若干个网格，网格的边界点作为计算节点，然后在网格内部进行仿真，然后进行最后统一的计算，建立合理的引水系统。
1.2电液随动系统
现代水轮机调速是由电子调节控制器和电液随动系统两部分构成。对于前一部分我国研究的比较深入，技术比较成熟。但对于电液随动系统基本保持原有体制并在此基础上进行一部分优化微调。微调主要分为模拟电调和微处理器电调两种方法。但是这两种方法都是采用电液随动系统。电液随动系统作为水轮机调速的执行部分，是其中不可缺少的重要组成部分。但是由于在水轮机调速系统中工作油液量大，流动路径较长，并且与大气和压缩空气直接接触，使得工作油液内的金属微粒、油泥、纤维等机械杂质较多，并且由于酸碱、水分所引起的油质劣化十分严重，又由于电液随动系统可靠性差，综合所有因素，电液随动系统油孔容易被堵塞，多次工作后断线，强度低等缺点。但是通过电子计算机仿真系统对此进行仿真，可以满足不同情况下的水轮机调节系统，使效果达到最优值。
2.水轮机调节系统仿真算法
2.1引水系统仿真算法
在仿真编程时，引水系统特征线方程与水轮机联立作为一个部分,引水系统采用特征线法求解;水轮机的流盆和力矩可由模型特性曲线上查得。调速器和发电机等部分的徽分方程作为另一部分,并分为存在大扰动和小扰动两种情况考虑。由于存在大扰动时，水轮机参数变化很大，超出其线性范围，因此小扰动模型不适用。为此调速器和发电机采用差分方程的方式建模,采用特征线原理求解。将上述两部分交替求梁晨哈尔滨电机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150040解，即为水轮调节系统动态仿真结果。
2.2电液随动系统的传递函数
将电液随动系统中的步进电机，主接力器作为积分环节,液压缸、主配压阀作为一阶惯性环节。同时记录导叶控制信号的限幅,步进电机输出限幅,步进电机输入信号死区以及液压缸、主配压阀死区等5个主要非线性。并且利用连续系统离散化非线性系统数字仿真，即可得电液随动系统传递函数。
3.仿真系统具备功能
3.1水轮机特性的计算
在求解非线性方程组时，如果没有水轮机流量特性和力矩特性的全特性，就只能在模型综合特性与逸速特性的基础上延长使用，所以在求解非线性方程组时，必须知道水轮机流量特性和力矩特性的全特性。同时将水轮机的特性参数用数组的方式在计算机中储存，需要储存的参数有：导叶开度，机组单位转速，机组单位流量和机组力矩。但是由于实际值与计算机所储存的理想数值存在误差，所以在实际计算出的数值与计算机储存的数值不相等，可以通过拉格朗日公式或者四点插值方法计算求得与单位流量个单位力矩所对应的计算值。
3.2仿真系统步长计算
由于理想情况下和现实情况存在误差，从而导致计算结果不准确，为了减小误差，使计算结果与实际情况更加符合，仿真计算时的步长必须取得足够小，分割的足够精密。步长的确定原则是：仿真系统计算步长的时间必须小于计算机微调调速器的采样时间，这样才能最小的减小误差，同时步长的计算必须在上述条件下同时也满足水击计算的特征方程曲线。当步长计算不能满足水击计算特征方程曲线时，应该在仿真系统中适当的调整波速使得步长满足其条件。
4.水轮调节系统仿真硬件设计
对于水轮机调节系统的仿真，应该从我们的真实情况出发，不能在理想情况下进行仿真实验，否则实验结果很难融入到真正的生产使用。在设计仿真系统的同时应该在实物中加入输入输出模块，以便系统中参数的输入。同时为了方便我们更容易的观察水轮机调节系统的实时性变化，仿真系统应该具备显示功能，并且为了方便我们对参数的调节，确定系统的优先级别，安装可控制的显示屏是最好的选择。结束语水轮机调节系统作为水电站中最为重要的环节，其控制性能和可靠性一直是人们十分关注并希望优化的问题。因此在计算机发展迅速的今天，很多学者利用计算机仿真技术研究。在当前看来，通过计算机仿真技术，分别建立模型，列写算法，并根据不同条件对模型算法进行微调，即可得到可靠，准确的结果，大大节省了人力物力，也使其可靠性增加。但随着科技的进步，越来越先进，精确的仿真也被提出来。由此可见，计算机仿真技术因为具有高效，优质，经济的特点，被越来越多的学者青睐，并且在水电能源理论研究和技术开发方面具有很好的前景。
作者：梁晨 单位：哈尔滨电机厂有限责任公司
