智能辅助软件

智能辅助软件（精选7篇）

智能辅助软件 篇1

0 引言

坚强智能电网[1]以坚强网架为基础,以通信信息平台为支撑,以智能控制为手段,包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节,覆盖所有电压等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合,是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。智能电网是未来电网发展的美好愿景。

T.E.Dy-Liacco博士曾设想过 “调度机器人”[2],为调度的智能化描绘了一幅美好蓝图。在一系列的大停电事故之后,国内外在互联大电网灾变安全防治方面的研究异常热烈[3,4,5,6],薛禹胜院士提出了构建大停电防御框架体系的全面综合防御系统。目前,国内电网调度主要依赖调度自动化系统。然而,现有的调度自动化系统[7]属于“分析型”、“被动型”调度模式,对人的主动性和能力的依赖性大;在异常或故障情况下,信息的杂乱导致调度员被大量表象数据湮没,需要较长时间来决策,错失处理事故的良机;由于人工离线指定的运行方式进行的离线计算结果与实际电网运行方式存在一定的差别,影响电力系统的安全性和经济性。

智能调度[8]通过智能化的手段为调度中心各专业提供全维度精益化的服务,包括量测处理、建模、分析、计算、管理、决策、控制等,并提供智能化分析、预警、辅助决策和控制。地区电网调度智能辅助决策系统随时跟踪电网的运行状态,快速消除电网隐患,更好地实现电网的自愈、安全运行,是智能调度建设的重要内容之一。

1 设计思想

“智能”就是感知所处环境,并做出恰当反映的能力。智能的基础是感知环境,是感觉和认识的统一。电力系统可划分为正常状态、紧急状态和恢复状态。电力系统经受扰动后,可能从一种状态转换成另外一种状态,为了维持系统安全、经济、稳定运行,需要采取一些控制措施,这些措施可以使电力系统由一种状态转换成另外一种状态。因此,地区电网调度智能辅助决策系统的中心任务就是充分感知电网的各种信息,敏锐察觉电网潜在的变化趋势以及已发生的事件,并对电网可能发生的状态变化以及已发生的状态变化给出恰当的控制措施。为此,地区电网调度智能辅助决策系统设计如图1所示。

地区电网调度智能辅助决策系统的信息流涵盖了整个信息处理的过程。从初始的网络分析模型的生成和验证,到采用调度数据集成技术,有效整合并综合利用电力系统的运行信息,再经过数据滤波,获取一个可靠的数据断面,以此为基础实现电力系统正常运行时的监测与控制,并能进行复杂事故的智能辨识、事故后的故障分析处理和系统恢复。

地区电网调度智能辅助决策系统关键特征如下:

1)集成性。拥有稳态数据、故障数据以及各种与电力系统运行相关的更加全面的信息数据源。

2)智能性。通过对这些信息的综合判断,最后直接给调度员提供当前最关心的关键信息,节省了调度员处理事故的宝贵时间。

3)主动性。自动识别电力系统的运行状态和发生的事件,提出预警,便于调度员提前采取预防性对策,把安全和灾变问题解决在孕育阶段。

4)实用性。根据当前电网运行状态,针对电网正常运行和事故时调度最关心的问题给出相应的实时控制策略。

5)可视化。采用可视化方式展示电网预警及故障处理结果,便于调度员对电网运行的直观把握。

2 系统功能

地区电网调度智能辅助决策系统涵盖电力系统事前、事中、事后3个连续性过程,主要功能包括智能监控预警、事故辅助决策、可视化3个方面。

2.1 智能监控预警

在电网正常运行状态,智能监控协助调度员准确地把握电网监控要点,按照单个设备、稳定断面、系统3个层次对电网的薄弱环节进行分析预警,并提供有效的电网调整策略。地区电网调度智能监控预警总体功能结构如图2所示。

智能监控预警功能包括以下几个方面。

1)设备运行状态分析。

根据调度自动化系统采集的开关及刀闸位置遥信信号,主动判断电网中开关、线路、母线、主变等一次设备的运行状态,并对设备运行状态进行电压、潮流等遥测信号的验证,保证设备运行状态分析准确。

2)电网稳定断面智能监视预警。

根据电网当前网络拓扑的变化,自动识别设备运行状态,结合季节、线路潮流等条件因素,实时选择正确的稳定控制断面及相应的稳定限额值进行稳定监控。根据实时数据及稳定限额的匹配结果,计算断面实时值,并对断面重载、越限等情况给予提示。

3)电网运行状态分析与安全预警。

通过对电网实时运行状态的监控、安全分析和潮流计算进行地区电网运行状态的多侧面的“分诊”预警,提醒调度运行人员系统的监控重点,并结合灵敏度分析软件和校正计算软件进行监控控制策略的制定,从而实现对电网运行薄弱环节的监控与预警。

4)智能校正控制及自愈。

对于智能监视发现的电网薄弱环节给出相应的校正控制措施。对于220 kV及以上电压等级电网和110 kV及以下电压等级辐射电网,由于运行方式不同,具有不同的校正控制手段。高压环网支路或断面越限消除校正控制基于灵敏度计算并结合规划方法,给出发电机、负荷调整的方向性意见;针对地区低压辐射网有效的调整手段通常为变换电网运行方式,实现不间断供电、消除越限。

2.2 事故辅助决策

电网事故发生后,事故辅助决策系统协助调度员分析事故情况、找出焦点问题、消除系统越限,并提供恢复失电区供电的事故处理参考方案。地区电网事故辅助决策总体流程图如图3所示。

事故辅助决策包括以下步骤:

1)电网信息的侦听与甄别

电网中的信息类型很多,需要进行信息定制以剔除多余干扰。侦听的电网信号类型包括开关变位、刀闸变位、开关遥控、遥调信息、标志牌操作、保护类开关节点、保护状态与动作信号、事件顺序记录(SOE)内容等。其中有些信息来源于调度自动化系统,有些信息来源于保护信息管理系统。

信息的甄别需要对多种因素进行综合考量,以避免对事故的错误认定或漏判。开关变位信号、保护动作信号、潮流扰动信号间具有一定的关联性。通过开关变位信号,结合拓扑分析可以发现停电区域,然后再结合潮流扰动信息、保护动作信息进行对比分析,进而可以界定开关变位的性质:故障扰动、人工操作、错误信息等。

2)电网故障诊断

电网故障诊断以发现失电区作为故障诊断的启动条件。在继电保护故障信息和调度自动化系统中遥信变位信号的支持下,进行实时的网络拓扑分析,首先定位到故障区域。对于简单故障,故障区域只包含1个故障元件,可直接定位到故障元件;对于复杂故障(开关或保护拒动、误动),结合保护动作信号,可定位故障元件;在保护动作信号不完整的情况下,对于停电区域系统可计算出停电区域各元件的故障可信度,按故障可信度由大到小进行排队,并由调度员根据现场的检查汇报结果,最终确定故障设备。

3)电网事故恢复决策

电网事故恢复决策统计故障后的停电区域、厂站、损失负荷值、待恢复停电区域、故障后系统设备越限等信息。对于待恢复失电区,首先搜索所有供电恢复路径,得到候选方案,在候选方案的基础上根据用户设置的约束条件进行过滤,最终得到一个符合目标函数的最优恢复路径方案。对于越限设备,基于灵敏度原理,给出消除越限的措施。同时,对故障后的电网进行风险评估,给出故障后电网的薄弱点,并给出相应的校正控制策略。

2.3 可视化

可视化调度是电网调度发展的必然趋势。调度可视化显示数据来源于地区电网调度智能辅助决策系统分析决策结果。可视化采用面向对象设计,借助于计算机图形理论和技术,为电网正常运行状态下的预警以及事故决策提供直观有效的展示手段,能够更好地满足运行人员监视、控制的需要。可视化的在线监控软件已经成为电网调度自动化系统的发展热点。地区电网调度智能辅助决策系统可视化包括电网智能监控预警可视化及事故辅助决策可视化。

电网正常运行状态下预警可视化仅显示调度员最关心的多侧面电网薄弱信息,对其进行整合展示,薄弱环节的可视化信息可以叠加,调度员通过该模式能够全面掌握电网的薄弱环节。

事故处理智能可视化基于地理接线图通过醒目的事故图标对事故进行可视化展示,根据事故总信号等信息通过光润效果对事故的范围进行锁定,基于故障定位的结果对具体的故障地点进行可视化定位,在事故区通过图像热点提示显示故障损失负荷及处理统计结果。在可视化故障恢复方案中,通过经沿线路的箭头对恢复的路径进行展示,当有多个备选方案时,可以在箭头中显示备选序号,通过恢复路径上的图像热点提示显示恢复方案计算信息。

3 实用化实现

地区电网调度智能辅助决策系统在现场实施时遇到了很多工程问题,这里只讨论比较典型的问题以及解决方案。

3.1 故障诊断实用化

由于远动通道、信号传送延迟(有的开关变位信号很长时间才上传到控制中心)、信号采集不全(有的控制中心只有事故总信号,而没有保护信号)等,故障诊断面临的问题非常复杂。故障诊断实用化,是智能辅助决策工程实际中必须考虑和重点解决的问题。实用化的故障诊断实现的总体程序流程如图4所示。

为实现故障诊断的实用化,采用以下处理方式。

1)多线程报文处理流程

故障信息不丢失是故障诊断的前提。为此,故障诊断预处理(接收消息)与故障诊断分别由2个线程处理。故障诊断预处理线程收到的信号放到一个临时缓冲区中,故障诊断每次针对信号接收进程的缓冲区序列依次处理。

2)故障报文切割

根据现场实际情况,设备故障导致的开关变位以及保护动作在一定时间T内完成,之后电网进入一个平静期,因此可以认为平静期前收到的信号为当前时间段内发生的故障(可能为多故障)涉及到的动作信号。通过对现场故障的分析及总结,目前取T=30 s内无开关变位为系统平静期,满足故障诊断要求。以当前收到的开关作为计时起点,若30 s内没有开关变位动作,则认为该次开关变位动作周期结束,可以进入故障诊断流程;若在30 s内又收到新的开关变位,则以新开关变位时间作为新的计时起点继续等待。

3)多信息源问题

对于同一个开关分闸,在信息完备的情况下会收到遥信变位和SOE这2类信息,在一种信息源头丢失报文的情况下,可以由另外一类补充;同样的保护动作信号在2类消息类型中可能都有反映。因此,开关和保护信号可以利用控制中心调度自动化系统和保护信息管理系统的信息进行相互补充。在30 s计时期间,以开关变位信号及SOE中最近的一个时间作为计时起点。

3.2 故障恢复决策实用化

地区电网智能调度故障恢复是一个带约束的多目标优化问题,目标函数有故障恢复的操作开关数最少、供电恢复后系统的备用容量最大等,约束条件包含了潮流限值、电压限值、拓扑关系等。现阶段大多数采用基于人工智能的启发式方法求解,将供电恢复这一局部问题的求解化为整个地区电网的全局问题的求解,因而其效率不高,难以满足地区电网供电恢复的实时性要求;此外,优化算法的稳定性不高导致其结果的随意性较大,使得最终算法优选的方案与实际调度采用的方案有区别,因而难以实用化。另外,在处理拓扑约束时(如避开有标志牌的拓扑路径、保证地区电网分裂运行等),常规的优化算法有难度。

本文故障恢复采用局部全空间的拓扑搜索原理,将拓扑搜索范围限定在地区电网待恢复区及其周围区域;此外,采用基于反射原理的有向图着色方法可以精确定位任意两点之间的关键路径,剔除无关的分支路径。由于地区电网一般是开环运行,而且任意负荷其现实的转供电源点一般为4个～6个,因此,结合本文采用的搜索方法以及穷举法可以获得最高的问题求解质量,而其所花费的时间比全局问题求解的优化方法要少得多。

4 结语

智能调度综合运用各种先进科技和智能化手段,对电网进行主动式、智能化的监视、分析、预警、辅助决策和自动控制,面向调度中心运方、继电保护、调度、计划、自动化等全业务专业,提供智能化的业务支撑手段,为坚强可靠、高效经济、清洁环保的智能输电网提供强有力的技术支撑。

地区电网调度智能辅助决策系统是智能调度的核心高级应用辅助决策软件之一,为未来智能调度的实现奠定了很好的基础。 目前,按照该原理实现的地区电网调度智能辅助决策系统软件在青岛、深圳、无锡等大中城市电网调度中心获得推广使用并取得了良好的效果。

参考文献

[1]葛正翔.“建设坚强智能电网”研究成果发布//2009特高压输电技术国际会议,2009年5月21日-22日,北京.

[2]DY-LI ACCO T E.Control center infrastructure design options//Proceedings of7th International Workshop on Electrical Power Control Centers,May25-28,2003,Ortisei,Italy.

[3]薛禹胜.综合防御由偶然故障演化为电力灾难:北美“8.14”大停电的警示.电力系统自动化,2003,27(18):1-6.XUE Yusheng.The way froma simple contingency to system-wide disaster:lessonfromthe easter interconnection blackout in2003.Automation of Electric Power Systems,2003,27(18):1-6.

[4]杨卫东,徐政,韩祯祥.电力系统灾变防治系统研究的现状与目标.电力系统自动化,2000,24(1):7-12.YANG Weidong,XU Zheng,HAN Zhenxiang.Review and objective of research on power system collapse prevention.Automation of Electric Power Systems,2000,24(1):7-12.

[5]孙宏斌,胡江溢,刘映尚,等.调度控制中心功能的发展:电网实时安全预警系统.电力系统自动化,2004,28(15):1-6.SUN Hongbin,HUJiangyi,LI U Yingshang,et al.Evolution of the power dispatching control center:real time power security early warning system.Automation of Electric Power Systems,2004,28(15):1-6.

[6]冯永青,孙宏斌,张伯明,等.基于信息理论与技术的地区辅助决策系统设计.电力系统自动化,2004,28(4):58-61.FENG Yongqing,SUN Hongbin,ZHANG Boming,et al.Design of an auxiliary decision-making system for sub-transmission power network based on information theory and techniques.Automation of Electric Power Systems,2004,28(4):58-61.

[7]姚建国,杨胜春,高宗和,等.电网调度自动化系统发展趋势展望.电力系统自动化,2007,31(13):7-11.YAO Jianguo,YANG Shengchun,GAO Zonghe,et al.Development trend prospects of power dispatching automation system.Automation of Electric Power Systems,2007,31(13):7-11.

[8]姚建国,严胜,杨胜春,等.中国特色智能调度的实践与展望.电力系统自动化,2009,33(17):16-20.YAOJianguo,YAN Sheng,YANG Shengchun,et al.Practice and prospect of intelligent dispatch with Chinese characteristics.Automation of Electric Power Systems,2009,33(17):16-20.

智能辅助软件 篇2

1.1 为学校提供一个适合未来教学发展趋势的教学平台

面向学校, 根据《国家中长期教育改革与发展规划纲要》中的对未来教育信息化的要求, 开发应用符合学校语言教学需要的网络背单词、学语音的平台, 能够让学校管理者, 教学管理者、教师、家长能够有效地跟踪学生的背单词进度、学习语音情况, 形成强有力的督促效果;同时, 智能软件还能够满足平板电脑进课堂后, 未来课堂语言教学信息化所带来的新需求。

1.2 基于云计算的背单词、语音系统

单机版的背单词软件最突出的问题就是学生的学习进度仅保留在一个设备上, 学生必须使用该设备, 才可以继续背单词、读语音;本项目应用的智能软件是基于云计算的背单词、语音识别系统, 云端服务器能够根据每个学生的学习进度, 自动生成记忆曲线和个性化的学习、复习任务, 并将学生的学习进度保存在云端服务器, 使得学生可以使用任何设备都可以随时背单词、学习语音 (盛芳俊, 2012) 。

1.3 为学生提供简洁高效的背单词、语音识别功能

学生对单词、语音的学习、记忆及复习巩固, 将从原来的单纯从课堂听课, 转变成参与度更高的沉浸式学习, 在课堂、课后都可以对单词进行学习, 训练, 参加软件提供的各种教学活动, 依托艾宾浩斯记忆曲线, 在最适当的时候, 对单词语音进行反复巩固复习, 从而高效迅速地掌握英语单词、语音;学生的学习进度全部记录在云端服务器, 学生在任何可以上网的终端, 包括电脑、平板电脑、手机、甚至是电视机顶盒都可以登录系统, 随时继续背单词、练习语音的进度。

1.4 为学生提供生动有趣的背单词游戏

利用三个互动式小游戏, 让学生在玩游戏的过程中, 不知不觉地学习和巩固单词和语音, 同时还可以让学生之间进行实时的教学游戏竞赛, 提高学生之间的交流互动和形成良性竞争;同时, 教学游戏的引入, 也是对游戏化学习的一种新探索。

1.5 为学校、教师、家长提供即时的学习进度反馈

所有学习记录均保存在云端, 学校、教师、家长可以随时登录云端服务器, 了解全体学生的学习进度, 能够总体宏观地分析学生的学习情况, 也可以微观地分析个体的学习情况, 从而对整体和个体进行有效的个性化的监督和管理。

1.6 在学生之间形成良性的学习竞争

本系统鼓励在学生之间形成良性的学习竞争氛围, 学生可以知道自己在班级或者群体中的进度排名情况, 与其他同学展开个人竞赛, 通过微博展示个人学习成果, 与同学玩游戏刷积分等;力求让学生之间的学习交流变得更加紧密和频繁。

通过应用“单词达人”软件, 便于学生通过平时用的通信工具来记住单词, 《讯飞语音输入》智能软件可识别单词句子发音的准确度, 不能识别的英文单词句子是需要着重纠正发音 (马玉梅, 2012) 。利用微信平台《英语流利说》, 标准语音语调, 并有标准的发音可供闯关模仿同时评分, 更有全国的英语爱好者的英语语音标准成绩排名榜, 可自查发现差距。

2 教学方法改革

2.1 构建立体化新媒体英语教学模式, 强化应用实践功能

随着手机、平板电脑的普及, 微信、QQ、微博等已成为年青一代每日生活必需。将英语学习智能软件应用到学生实际生活中, 事半功倍, 辅助英语教学, 效果显著。

将学习方法与学习技巧相结合, 探索新的英语教学模式, 应用智能软件学习英语, 变学生被动学习方式为主动, 笔者着重从记忆单词和标准语音两方面入手。将智能软件应用到适合学校未来语言教学活动需要的记忆单词、标准语音的网络平台中, 实际应用“单词达人”软件, 便于记住单词, “讯飞语音输入”识别单词句子发音准确度 (赵永琴, 2012) 。

2.2 采用多媒体互动教学模式, 提高学生对英语学习的兴趣和热情

通过分析和研究现阶段大学英语语音教学存在的问题, 并提出可行性的教学建议, 利用智能软件、竞争机制促进英语学习, 从而提高大学英语教学质量, 培养出更多具有扎实英语语音基础能够流利进行英语交际的大学生 (迟硕, 2012) 。而事实上, 在普通非小班化班级中, 一节课有限的时间内, 既要完成教学进度, 又要重视教学效果和评价, 想全方位关注到一个班60位学生是不太可能实现的。

本研究所应用的智能软件就从根本上解决了学英语难的问题, 让英语学习成为生活习惯, 更成为学生生活娱乐的一部分, 随时随地辅助教学, 学生积极主动学习。

2.3 设计主题探索的教学模式, 提升英语教学实际效果

英语学习的根本是记忆单词, 词汇量的大小一定程度上决定了英语水平高低。一直以来, 通常学生背单词靠的是传统的死记硬背方式, 耗时多、成效低、易受挫, 学生容易产生厌学情绪, 进而对英语失去学习兴趣、丧失学习信心, 导致恶性循环。

在经历了多年英语学习生涯, 很多英语学习者仍然停留在“哑巴英语”阶段。大学生的英语听、说、读和写的能力虽然得到了重视, 但是在日常的大学英语教学活动中, 英语语音的教学还未得到明显改善, 学生在学习过程中普遍存在诸多问题, 极大阻碍了学生英语综合能力和技能的提高 (周爱萍, 2012) 。

3 教学方式的改革

3.1 技术上应用云端服务器架构

后台服务用Java语言开发, 当中引用Spring + Hibernate框架来搭建开发环境;数据库用Postgre SQL来存储数据。

3.2 应用网页端Flash:前台用Flex开发全Flash界面

Flash是目前世界上广泛接受的网页应用形式, 几乎所有的设备都支持Flash网页应用, 用户可以在各种终端设备上使用Flash前台登录使用本系统。

3.3 应用安卓客户端

使用Java语言开发安卓客户端, 使得学生能够利用安卓手机, 基于安卓系统的平板电脑进行移动学习。

3.4 应用背单词游戏

利用Flash及HTML5 技术, 开发用于背单词的网页游戏, 让学生可以通过玩游戏的形式来对单词进行巩固、复习, 同时也可以在用户之间形成竞争机制。

4 结语

本研究将智能软件应用于英语教学中, 打破传统的语言教学的规律, 量化、细化英语学习中教学的任务, 使学生的学习进度可以被观察、监控和反馈;与一般注重个体学习软件不同, 本项目智能软件重点在于整合了教师的角色, 更符合学校的教学规律, 注重教师监督作用, 强调学生之间的竞争机制以及游戏化学习过程。

参考文献

[1]迟硕.大学英语课堂教学改革现状与路径思考[J].科技资讯, 2012 (27) :230.

[2]马玉梅.互动式教学法与大学英语教学[J].中国成人教育, 2012 (02) :147-148.

[3]盛芳俊.如何在课堂教学中提高职高生学习英语的兴趣[J].知识经济, 2012 (18) :155.

[4]赵永琴.高校英语教学创新模式探索研究[J].内蒙古民族大学学报, 2012 (04) :169-170.

智能辅助软件 篇3

国内的很多设计院,化工企业都在尝试利用HAZOP对化工装置进行分析,也取得了一定的成果。但是,在分析的过程中,很多企业出现分析结果粗糙,不能达到预期效果等问题。分析其中的主要原因,包括有化工装置的工艺路线复杂,技术含量高等原因,也有对方法的理解使用、流程的正确引导缺乏经验等方面的因素。当然,还和进行HAZOP项目的技术专家的知识和经验有一定的关系。

1 软件的相关功能模块

近日,国内某大型石化企业在西北的一个公司,在开展企业内化工装置的HAZOP分析时,采用北京某软件公司和清华大学共同研究开发的一款HAZOP智能分析软件进行项目实施。在实施的过程中,通过对这款名为PSMSuite的软件的使用,总结了该软件几个模块的内容和特点:

1.1 工艺安全信息管理(PSI)模块

用于统一管理已有文档和信息,其中主要包括流程中物料的数据,和设备的完整信息(包括设计参数,操作参数,包含的物料、反应等信息),以及各种格式的设计资料的电子文档。该模块可以保证工艺安全信息的完整性和一致性,并提供了方便的随时查阅界面。同时工艺安全信息模块也同其它模块紧密集成,可以实现数据共享和互操作。

1.2 危险和可操作性分析(HAZOP)模块

是以人工智能领域的案例推理技术和本体论为基础,能够随着实践中HAZOP分析案例库的丰富,不断提高HAZOP分析能力,提高HAZOP专家的工作效率,提高分析结果的全面性、系统性和一致性。由于案例推理技术的应用,该系统可以为HAZOP小组自动提示以前的相似案例,避免在HAZOP研究过程中由于小组成员疲劳、记忆不清等原因造成的疏漏,提高HAZOP研究结果的全面性和一致性。

1.3 试生产前安全审查与工艺事故/事件管理模块

可进行文档记录,其中包含标准的试生产前安全审查流程和工艺事故/事件管理流程需要的各种类数据条目,用户也可以根据自身需求自行修改。使用这两个模块有助于保持数据记录的完整性和一致性,便于查阅历史记录。同时这两个模块中的数据也会被自动分类整理形成案例库,用于其它模块中。

1.4 道化学火灾爆炸指数与道化学化学品暴露指数模块

依照道化学提出的相应标准编写,可以实现在线计算,计算结果可与其它模块中的相关数据链接,以便于交叉查阅。

1.5 LOPA 模块

可与HAZOP模块集成,进行风险的半定量分析和计算。LOPA模块中包含了初始事件库和独立保护层失效概率库,并可由用户自行扩充。LOPA模块亦可独立运行完成以上功能。

1.6 SIL验证 模块

用于对系统中已有的安全仪表系统进行验证以确定是否满足安全要求,本模块使用马尔可夫链算法进行SIL等级验证,可计算常见的各种仪表组态,亦可实现与其它模块的互操作。

1.7 行动项跟踪系统(ATS)模块

可以用于跟踪管理企业安全管理中提出的各类整改措施行动项(例如现场检查行动项、体系审核行动项、风险管理行动项、法律法规行动项、管理会议行动项、事故/事件行动项等),解决由于各类整改措施行动项分散、零碎等原因不能有效落实的问题,是企业安全管理的重要工具。

2 软件的实际应用和特点

在该石化公司进行化工装置HAZOP分析时,项目分析小组主要使用PSMSuite软件的危险和可操作性分析(HAZOP)模块进行辅助分析。通过使用该模块,对进行中的HAZOP项目分析起到了很大的帮助。下面,根据HAZOP项目的实施流程,结合软件的实际应用方法,对软件的使用进行如下的研究总结。

2.1 项目信息输入

项目确定后,可将项目的信息资料输入到系统当中。

2.2 划分节点

每个项目对应一个被分析的工艺过程,要展开对该项目详细的HAZOP分析。要把流程中的节点、设备、参数、偏差等信息输入到系统中,才能够做进一步分析。

节点划分完毕后,在各个节点增加相应设备。要对各个设备进行分析,首先要根据设备的工艺、流程等,确定要分析的参数和偏差,而后把确定下来的参数和偏差输入系统。

2.3 偏差分析

添加偏差完成后,工作区中将自动打开对应该偏差的HAZOP记录表。此时,HAZOP分析的各个专家可对某一个节点进行“头脑风暴”,充分考虑整个系统中对该节点设备和参数可能出现的风险。并对其原因进行分析,对后果进行预评估,讨论预防对策等,并可通过可定制的风险矩阵进行深层次的讨论。

2.4 案例搜索[2]

由于化工装置的复杂性和可重复性,该软件提供了相似案例智能搜索功能。这个功能也是该软件具有的一个很实用的特点。

在HAZOP数据表格的右上方有一个按钮,上边显示的系统在数据库中搜索到的是与当前设备当前偏差相匹配的以往的HAZOP分析的数据记录,可以直接采用,或作为本次分析的参考。

2.5 案例复用[2]

搜索到的案例所属的项目、节点、设备信息,以及与当前设备的相似程度列在表格中。如果想要进一步查看对应的HAZOP数据,可以点击其中某一个案例,即可打开一个新窗口显示已有的案例数据。

2.6 分析报告输出

所有节点分析完毕之后,该软件可以根据用户需要,自行定义输出的HAZOP分析报告的格式和表头,并形成模板便于以后使用。

3 软件的其它特点和功能

在进行HAZOP分析中,该软件还提供了其他功能,帮助HAZAOP分析项目快速准确的进行:

3.1 附件上传功能

在进行HAZOP项目分析的过程中,该软件提供了数据文件导入功能。就是把项目相关的HAZOP分析信息以EXCEL的形式进行导入。

同时,在分析的过程中,可能还会用到其它的一下资料。该软件也提供了不同格式资料以附件的形式进行导入和存储功能。

3.2 项目建议跟踪功能

HAZOP分析工作结束后,企业内部可根据HAZOP报告中的建议措施,对装置中存在的安全风险的流程和设备进行整改。该软件也提供了相应的“建议跟踪”功能。

3.3 工艺信息查询功能

在整个项目进行过程中,很多专家要对工艺流程中不同物料的各种性质和特点进行分析,以便及时进行风险评估。该软件的工艺信息管理(PSI)模块提供了相应的功能。

PSI数据包括物料MSDS数据,设备属性数据,P&ID及设计资料附件数据三部分。

该软件除了以上的内容和特点,还具备以下几个特点和优势:

(1)网络版便于企业安全管理;

(2)多用户的B/S结构、并发连接,数据共享;

(3)可定制的风险矩阵;

(4)设备参数偏离通用原因库;

(5)智能提示安全对策与建议:

(6)多种可定制的报表格式。

4 结 语

HAZOP分析方法与我国石油化工企业常用的“安全检查表分析”、“预先危险性分析”、“故障树分析”等分析方法相比具有更多的优势和针对性。该软件通过参与HAZOP项目实施,使得HAZOP体系方法在石油、化工行业生产装置的风险分析中均可以有效应用,具有良好的实用性和拓展性,可为过程生产企业的全面系统风险识别与控制提供指导,具有显著的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]徐钢,张海峰,刘跃.HAZOP分析指南,[M;]北京:中国石化出版社,2008:5-10.

软件仿真辅助数控教学探析 篇4

为了提高数控教学的效率和所培养学生的适用性,所采用的教学手段是关键问题。随着虚拟现实技术发展,产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真系统。在职业学校的数控教学当中软件仿真作为一种既能满足学生的感观要求,又能迅速提高学生的实践操作能力,而且安全可靠、费用低。同时解决了数控设备昂贵与校方资金短缺的普遍性矛盾,因而得到了广泛的应用,但是也给数控教学和对学生的实训带来了一些较为严重的负面影响。作者结合自己多年的教学实践就如何在数控教学当中充分利用好仿真软件谈几点个人感受。

一、利用软件仿真辅助数控理论教学

学习数控技术需要坚实的理论作为基础的,要使学生扎实学习数控的基本理论和正确认识数控设备。软件仿真模拟作为一种图文并茂的教学手段是的一种不可缺少的教学资源,在教学中起到了激发学生学习兴趣,提高教学效果的作用。对于初学者,可通过软件仿真模拟数控机床加工一件产品,首先让学生对数控加工过程有一个感性的认识,激发学生的学习积极性。

初学数控的学生往往都有这样一个心理,认为数控设备非常神秘,既有探索的欲望又觉得无从下手,尤其是在讲述数控技术的发展和数控设备的基本结构时,更是让许多学生不知所云,这种状态如果在短期内得不到改善,学生的兴趣和积极性就会随之减退,从而影响学生的学习和教学效果。如果能及时利用仿真软件为学生揭开数控设备这层神秘的面纱,学习和教学效果将会得到明显提高。

二、利用软件仿真辅助数控实训教学

采用传统的实训教学方法,数控编程和操作的有效实训必须在实际机床上进行,这既占用了设备,又具有风险,实训中的误操作经常会导致昂贵设备的损坏。鉴于已被广泛使用的数控加工仿真软件的功能,针对目前大多学校数控专业学生人数多,设备少的实际情况,及数控设备较为精密、昂贵的特点。从实训课程的教学现状出发,把数控加工仿真软件引入教学之中,用于数控机床操作与编程教学,在数控实习教学中适当应用软件仿真,会对整个训练过程起到积极的作用,也能解决数控设备少,学生人数多的矛盾,以利提高该课程教学的实效性。因而在我国广大职业学校中得到了最广泛的应用。对把软件仿真应用到数控实训教学当中谈几点不太成熟的观点:

(1)实训教学离不开软件仿真。由于数控机床数量有限,不可能为每名学生提供一台机床,又鉴于中职学校学生不太成熟,有不教不学的共性,因此在上机床操作之前就能在计算机的虚拟环境中完全实现真实机床的操作,让使用者完全感受到真实机床的运行特性。仿真不失为一种既能使其有所提高又能培养学生自觉、自律的习惯。

(2)可以利用软件仿真来训练学生的编程能力,尤其是拓宽对数控指令应用的知识面是一种行之有效的方法。由于实习的数控设备数量和教学安排有限,学生不可能一上完理论课,马上就能操作数控机床。为解决这一矛盾,利用软件仿真来检验学生所编写的程序是否正确,这对提高学生编程水平会有很大帮助。同时软件仿真与实际操作相结合,可以通过实践给学生纠正在编程中出现问题而软件仿真又没有反映出来的问题。比如,进给量和切削深度,软件仿真时把进给量设为F=20.0 mm/r,切削深度ap=20.0 mm时也能正常加工,并且也不报警,但是在一般条件下数控机床是不能在这样的切削用量之下工作的。因此,软件仿真不能解决的问题可以通过实践来弥补。

(3)利用软件仿真来训练学生能有效节约实习经费,提高学生的实际工作技能。软件仿真来训练学生是一种合算而又有效的办法,既能形象加工又能节约实习经费,有的技术是需要多次重复训练才能掌握的,如果是在机床上实际加工来掌握这种能力,除了机床的折旧与磨损之外还有较高的刀具与材料消耗,在软件上我们可以重复加工,反复训练而没有上述消耗,只需要进行一两次实际操作就能达到事半功倍的效果。

可见,适当、合理地利用软件仿真模拟有利于提高数控实训效率,有利于解决数控设备昂贵与资金短缺的普遍性矛盾,既可以避免因误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏,又可以使操作人员在对仿真数控机床操作过程中产生临场感和真实感。而且能够让同学们更快地熟悉和了解数控加工的工作过程,并且掌握每种数控机床的基本操作。更大的好处是在实现了同样效果的情况下将加工出错及事故发生率降低到了最小程度。

三、软件仿真在教学中的应用存在负面效应

数控加工仿真系统是一种模拟教学应用软件,它不能也不可能全盘代替教学,尤其是技能训练。如果老师一味地依赖数控加工仿真系统而将学生放任自流,必将会引起一些负面效应,为了将这些负面效应的影响减少到最低程度,要注意几点:

首先,数控加工仿真系统只是加工过程的模拟并非真实加工过程,它无法代替学生在真实切削加工的实际感受,尤其是切削用量的选择,它无法进行控制,只能对切削深度过大时加以限制。

其次,数控加工仿真系统软件在设计上仍有不足之处,亟待完善,有些指令无法执行,使学生对编程理论产生疑惑而无所适从,这就对它的使用范围有所限制,任课教师应该熟悉这一差别,及时加以说明,并积极与数控加工仿真系统软件设计方进行联系,以便及时予以改进。

其三,软件仿真教学很容易滋生学生的自满情绪,以仿真论数控,对计算机产生依赖心理,沉迷于仿真加工,而疏于上数控机床操作。仿真训练与操作训练在后阶段应穿插进行,科学管理就可将这一负面效应减少到最低程度。

软件仿真与实际加工相差很小,具有较高的仿真模拟效果,但是与实际操控加工,之间始终还是有差距存在,二者不能混为一谈,相互替代,只有在教学当中合理、科学、有效、有选择地利用仿真软件才能使之为教学服务。我们不能把软件仿真作为理想的、真实的模型来认识,而只能将其作为认识事物的中介与桥梁,在教学中必须与实践操作相结合,才能削减其负面效应,发挥它的最佳教学效果。

目前软件仿真已被广泛应用于数控教学之中,它可贯穿于数控教学的各个环节,适当、适度、合理地利用软件仿真模拟有利于提高数控理论教学效果,有利于提高数控实训效率,有利于解决数控设备昂贵与资金短缺的普遍性矛盾。但是,老师必须注意摆正软件加工仿真系统在教学中的位置,消除其可能产生的负面影响。

以上只是简要介绍了作者在数控教学过程的一些体会,随着现代制造业的快速发展,数控机床加工技术正占据越来越重要的地位。如何提高数控技术专业学生动手实际操作技能,培养学生的综合能力,使中职数控技术专业学生很难达到社会的要求,还需要我们付出更大的努力。

参考文献

[1]杨黎明.职业教育的模式研究[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]惠延波.加工中心的数控编程与操作技术[M].北京:机械工业出版社,2001.

[3]曾小惠,吴明华,潘铁虹.在线数控加工仿真教学系统的实现[M].北京:机械工业出版社,1998.

大型铁塔天线维护辅助软件 篇5

1制作软件

本软件应用Pro E机械制图工具及3DS max三维动画制作、渲染工具,绘制各种天线施工及教学所要用到的三维图像。配合3D引擎技术,通过编写VSC#及JS程序,附加于三维图像上,实现三维图像的动画处理及事件处理,通过3D渲染技术,展现逼真的施工现场。

2 软件制作介绍

2.1 软件系统结构

本软件主要由登录界面、选择菜单、I型天线区演练、II型天线区演练、短波天线区演练、天线馈线区、中波I型抢修演练、中波II型抢修演练、短波天馈线抢修演练、短波馈线绝缘子抢修演练、编插钢丝绳演练及网络设置功能等模块,如图1。

2.2 功能模块介绍

登录界面如图2,输入正确的密码,点击Enter按键。进入系统主菜单后,可以选择不同功能模块,如图3。

2.2.1 I型天线区演练模块

如图5,进入I型演练场地后,在窗口的右边为天线工具栏,窗口的下方为一组快捷键。使用者以第一人称形式浏览天线区,并在任意位置将工具栏中的工具拉出,进行模拟布场,从而打破了传统天线施工布置只能现场操作的局限性,真正实现随时随地、不花费人力物力达到同样的效果。II型天线区演练模块、短波天线区演练模块与I型相似,不再复述。

2.2.2 天线馈线演示

如图4,天线馈线是广播传输介质,进入此模块,可查看馈现分布情况并指导维护工作。

2.2.3 中波I型抢修模块

施工之前,需要到机房挂安全警示牌、桌牌、个人名牌等操作,防止机器开机,送电至工作位置导致人身安全事故。首先,操作键盘方向键走到机房警示牌柜并点击鼠标右键取牌,如图6。操作键盘方向键行至控制台和挂通地钩处,按住鼠标左键分别将安全警示桌牌、安全警示挂牌拖至正确位置,如图7、图8。

继续操作键盘方向键进入仓库,如图9,取通地钩,挂于传输天馈线上,如图10,预防机器意外开机导致传输馈线带电,强电流可通过此通地钩引入地下,避免危害人身安全。

2.2.4 短波馈线绝缘子抢修

短波天线采用了大量的绝缘子,由于户外条件差,容易遭受台风、冰冻天气、冰雹等恶劣气候影响而断裂。本功能模块针对此问题设计,提高维修人员抢修故障熟练程度。

短波抢修施工,一般采用两台卷扬机,带动两钢丝绳,将吊斗升到空中工作位置进行施工。施工之前,需要到机房挂安全警示牌、个人名牌,到仓库取通地钩,挂于传输馈线上,与上述相似,不再复述。进入抢修现场,如图11。依次安放钢丝绳套、滑轮、吊斗、卷扬机,如图12、图13。准备工作完毕,操作屏幕下方的快捷按键,如图14,控制两台卷扬机升降,将吊斗提升到任意位置进行抢修工作,如图15。当吊斗到达指定位置高度后,从右侧工具栏中拖取葫芦、新绝缘子等工具,完成对故障的修复,如图16。

2.2.5 短波天馈线抢修

短波传输馈线由大量绝缘子承担绝缘和机械固定作用,当绝缘子因不可抗因素出现断裂时,会造成功率信号传输中断,影响安全播音。本功能提高了应对故障抢修的熟练程度。

如图17,拖动抢修现场右侧工具栏中的工具,分别安装好梯子、绳套、葫芦等,按照软件提示操作鼠标左击葫芦手柄放出链条,钩住因故障掉落地面的馈线端子,在葫芦手柄上右击鼠标收回链条,使馈线被拉回原来位置,如图18。操作鼠标左键将工具栏中的新绝缘子拖至修复位置固定好,完成抢修过程。如图19。

2.2.6 编插钢丝绳演练模块

钢丝绳,广泛应用于广电、重型工业、海洋船泊、建筑施工等行业。在广电领域,分布有数量众多的重型铁塔,钢丝绳发挥了重要的作用。钢丝绳的编插操作,成为天线维护技能中不可或缺的一部分。传统教学中,一般为老师傅带领徒弟手把手教。教学时间短、编插步骤复杂、编插绳油腻、编插费时费力,成为掌握编插技能的瓶径。本模块采用三维技术,将编插过程软件化,使编插过程更形象化,学习更为便利,尚属国内首创。如图20,通过选择正确的编插位置及编插钢丝芯,完成钢丝绳编插过程。

2.2.7 网络功能

广电天线维护一般为团队作业。团队协同作业演练,为本软件的重点功能之一。如图21,可以设置建立服务器,或者输入远程服务器IP地址及端口号,实现联网协同作业。联网成功后,即可实现多人联合演练。如图22,为多人联合布场功能。天线施工模拟现场大,人员涣散,本软件开发了对讲机功能,可实现网络通讯功能,便于现场指挥,统一行动。

3 软件制作碰到的问题及其解决

软件制作过程碰到诸多困难,从细节上总结,问题有:葫芦收发链条、钢丝绳模型制作及其编插操作、卷扬机的伸缩动作等许多仿真动作尚属首创,没有成功案例可以借鉴,靠一点点编写、调试底层驱动代码解决;大模型一次性导入会出现图像属性与三维引擎不兼容的问题,采取分步导入,逐个解决不兼容问题;项目越做越大,电脑运行越慢,采取升级电脑硬件及图形算法优化的解决办法。从宏观上总结,问题有:开发采用的3D引擎不成熟、开发平台不成熟而进行多次平台更换及频繁的项目整体搬迁修改,工作量巨大;项目具体功能需求并不明确,随着项目开发进度逐步确定项目需求;项目开发后期,源代码巨大,需要更规范的代码归档归类,防止程序运行混乱。

4 结论

智能辅助软件 篇6

Workbench是ANSYS公司提出的协同仿真环境, 作为一个集成框架, 整合现有的各种应用, 将数值分析与仿真结合在一起。软件可以完成一个完整的仿真分析包括CAD集成、几何修改和网格划分。

利用Workbench有限元软件可以分析工程生活中普遍存在的热问题。热分析包括稳态热分析、瞬态热分析、热辐射等。热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数, 如热量的获取或损失、热梯度、热流密度 (热通量) 等。本文中对实例的模拟计算采用稳态传热方法对部件进行温度分布分析。热分析在许多工程应用中扮演重要角色, 如内燃机、预热器、换热器、管路系统等。

2 热分析基本理论

Workbench进行热分析的基本原理是将所处理的对象划分成有限个单元 (包括若干个节点) , 然后根据能量守恒原理求解一定边界条件和初始条件下每一个节点处的热平衡方程, 由此解出各节点温度, 进而求解出其他相关量。

热分析遵循热力学第一定律[1], 即能量守恒定律:对于一个封闭的系统 (没有质量的流入或流出) , 则E=U+Ek+Ep, E=Q-W

E为系统总能;U为系统内能;EK为系统动能;EP为系统位能;Q为系统热量;W系统做功。

对于大多数工程传热问题:系统动能EK和系统位能EP为0;

通常考虑没有做功:W=0, 则:Q=U;

对于稳态热分析[1]:Q=U=0, 即流入系统的热量等于流出的热量;

对于瞬态热分析[1]:q=d U/dt, 即流入或流出的热传递速率等于系统内能的变化。

1) 导热

物体各部分之间不发生相对位移时, 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导, 简称导热[2]。例如, 固体内部热量从温度较高的部分传递到温度较低的部分, 以及温度较高的固体把热量传递给与之接触的温度较低的另一固体都是导热现象。

导热遵循傅立叶定律[2]:单位时间内通过单位截面积所传导的热量, 正比于当地垂直于截面方向上的温度变化率。即

式中:φ为热流量, 单位为W;A为截面面积

λ为导热系, 单位为W/m·K

导热系数[2]是表征材料导热性能优劣的参数, 即是一种热物性参数。不同材料的导热系数值不同, 即使是同一种材料, 导热系数值还与温度等因素有关。一般地说, 金属材料的导热系数最高, 良导电体 (如银和铜) , 也是良导热体;液体次之;气体最小。

2) 对流换热

热对流[2]是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移, 冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热对流仅能发生在流体中, 而且由于流体中的分子同时在进行着不规则的热运动, 因而热对流必然伴随有热传导现象。工程上特别感兴趣的是流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程, 并称之为对流传热以区别于一般意义上的热对流。

就引起流动的原因而论, 对流传热可区分为自然对流与强制对流两大类[2]。自然对流是由于流体冷、热各部分的密度不同而引起的。如果流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的, 则称为强制对流。另外, 工程上还常遇到液体在热表面上沸腾及蒸气在冷表面上凝结的对流传热问题, 分别简称为沸腾传热及凝结传热, 它们是伴随有相变的对流传热。

对流传热的基本计算式是牛顿冷却公式, 热流密度[2]q可以表示为:

流体被加热时:q=h (tw-tf)

流体被冷却时:q=h (tf-tw)

tw为壁面温度:tf为流体温度

h称为表面传热系数 (表面传热系数以前又常称为对流换热系数) , 单位是W/m2·K。表面传热系数[2]的大小与对流传热过程中的许多因素有关。它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置, 而且还与流速有密切的关系。就介质而言, 水的对流传热比空气强烈;就对流传热方式而言, 有相变的优于无相变的, 强制对流高于自然对流。

3) 辐射换热

物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。物体会因各种原因发出辐射能。其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射[2]。

自然界中各个物体都不停地向空问发出热辐射, 同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射。通常把由辐射与吸收过程的综合结果造成的以辐射方式进行的物体间的热量传递称为辐射传热, 也称为辐射换热[2]。当物体与周围环境处于热平衡时, 辐射传热量等于零, 但这是动态平衡, 辐射与吸收过程仍在不停地进行。

导热、对流这两种热量传递方式只在有物质存在的条件下才能实现, 而热辐射可以在真空中传递, 而且实际上在真空中辐射能的传递最有效。这是热辐射区别于导热、对流传热的基本特点。当两个物体被真空隔开时, 例如地球与太阳之间, 导热与对流都不会发生, 只能进行辐射传热。辐射传热区别于导热、对流传热的另一个特点是, 它不仅产生能量的转移, 而且还伴随着能量形式的转换, 即发射时从热能转换为辐射能, 而被吸收时又从辐射能转换为热能。

实验表明, 物体的辐射能力与温度有关, 同一温度下不同物体的辐射与吸收本领也大不一样。在探索热辐射规律的过程中, 一种称做绝对黑体[2] (简称黑体) 的理想物体的概念具有重大意义。所谓黑体, 是指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体。黑体的吸收本领和辐射本领在同温度的物体中是最大的。黑体在单位时间内发出的热辐射热量[2]由斯蒂芬波尔兹曼定律表示为:

式中:T—黑体的热力学温度, K;

σ—斯蒂芬波尔兹曼常量, 即通常说的黑体辐射常数, 它是个自然常数, 其值为5.68×10-8W/m2·K4;

A—辐射表面积, m2;

一切实际物体的辐射能力都小于同温度下的黑体。实际物体辐射热流量的计算可以采用斯蒂芬波尔兹曼定律的经验修正形式:

式中:称为物体的发射率 (习惯上又称黑度) , 其值总小于1, 它与物体的种类及表面状态有关。

4) 稳态传热

如果系统的净热流率为0, 即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量, 则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程[2]为:[K]+{T}={Q}

式中:[K]—传导矩阵, 包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数;

{T}—节点温度向量;

{Q}—节点热流率向量, 包含热生成 (内热源) 。

Workbench利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件, 生成以上各参数。

5) 瞬态传热

瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有变化。根据能量守恒原理, 瞬态热平衡[2]可以表达为:

式中:[K]—传导矩阵, 包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数;

[C]—比热矩阵, 考虑系统内能的增加;

{T}—节点温度向量;

{T}—温度对时间的导数;

{Q}—节点热流率向量, 包含内热源。

如果有下列情况产生, 则为非线性热分析:

(1) 材料热性能随温度变化, 如K (T) 、C (T) 等;

(2) 边界条件随温度变化, 如h (T) 等;

(3) 含有非线性单元。

非线性热分析的热平衡方程为:

可以根据不同的工作状况在Workbench里设置相匹配的边界条件或初始条件进行对应的模拟分析。

3 Workbench热分析误差

热分析误差估计仅用于评估由于网格密度不够带来的误差;仅适用于固体或壳球的热单元 (只有温度一个自由度) ;基于单元边界的热流密度的不连续, 仅对一种材料、线性、稳态热分析有效;使用自适应网格划分可以对误差进行控制。

4 实例分析

运用Inventor软件建某级预热器规则筒体部分, 钢板、浇注料和隔热板几何模型[5]。

利用Inventor中Workbench插件跳转到Ansys设置模拟装配好筒体传热过程。首先在工程图解中建立稳态传热分析系统[3] (Steady-State Thermal) , 将本实例近似为稳态传热来模拟分析。

开始编辑工程数据模型, 以二级预热器基础数据做稳态导热测试。筒体内壁温度近似取520℃ (内部气体温度) , 环境温度取20℃, 钢板外壁与空气发生对流传热, 对流传热系数h12.5[w/ (m2·k) ]。

分别建立相应的工程材料, 按照原始数据逐项填入导热系数及厚度等。

因为传热计算第三类边界条件[2]为规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度。由已知条件可断定此工况近似为第三类边界条件。

建立工程实体模型, 由于已在Inventor中建立, 此时可以直接导入。

绘制模型网格[4], 此实例只是做传热的近似分析得到直观的结果, 因此只采用了自动划分。

设置初始条件或边界条件进行分析计算得到温度分布的云图。根据软件设置, 模拟过程为以内壁为热源, 发生热传导, 经过隔热层与钢板后与空气接触, 此时发生热对流。与严格意义上的计算来说省略了内部气体与内壁的对流传热 (接触热阻[2]问题忽略) 。满足对工程传热问题进行初步分析的要求, 可以得到直观的结果。根据此初步分析的结果进行相应调整诸如改变导热材料 (达到更改导热系数) 、调整导热材料厚度等措施, 以便达到满意的热效果提升设备热效率。

5 结语

通过对工程实际问题的计算分析, 可以看出:利用Workbench有限元分析程序[3]可以对各种传热过程进行模拟和计算分析, 尤其是比较常见的工程实际问题, 可以大大地减少工作量和计算中的误差, 并节约了开支。但是如果有限元分析模型建立不当, 边界条件设定的不够准确, 也会造成错误的结果。因此运用此软件进行分析之前应先进行传热过程的分析和初始条件及边界条件的确定, 查表得各种材料热性能。

摘要：利用Workbench有限元软件结合Inventor三维建模分析传热过程, 并对实际的传热实例进行了数值计算分析。

关键词：Inventor三维绘图,Workbench有限元分析,传热分析

参考文献

[1]沈维道, 蒋智敏, 童钧耕.工程热力学第三版[M].北京:高等教育出版社, 2001.

[2]杨世铭, 陶文铨.传热学第四版[M].北京:高等教育出版社, 2006.

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[4]雷晓燕.有限元法[M].北京:中国铁道出版社, 2000.

测量学教学辅助软件设计 篇7

测量学是一门集理论、实习为一体的课程, 而目前的教学手段与方法还存在一些问题。

1. 课堂教学抽象化

测量学是诸多工程专业学生必修的专业基础课程, 课程需要学习多种测绘仪器 (如水准仪、经纬仪、全站仪等) 的原理与使用, 仅仅通过课堂讲解仪器的结构和示范操作, 学生较难理解与掌握。

2. 实习受到仪器资源与气象条件的制约

在有限的实习时间里, 多名学生共同操作一台仪器, 导致每个学生真正练习操作仪器的时间并不充分, 每个学生很难练习到实验的各个环节, 甚至部分学生成了旁观者。另外, 测量实习工作大部分需要在室外进行, 遇到大风、起雾、雨雪和雷电天气, 测量外业实习常常被迫中断, 严重影响了实习计划的正常实施。

3. 实习成果核查及成绩考核困难

实习过程中, 由于学生分布空间大, 教师很难关注到每一个学生, 导致辅导老师很难及时核查成果并及时纠正错误的操作。另外, 由于缺少实习过程的跟踪, 仅凭考勤和实习成果及报告考核学生的成绩, 也会导致成绩评定结果的偏差。

二软件主要功能

综上分析, 在“测量学”教学与实习环节引入辅助软件非常必要, 本文通过程序设计开发出一款测量学教学辅助软件, 尝试克服测量教学与实习过程中的主要问题。

1. 课堂教学动画演示与三维仿真

多媒体教学是一种有效的辅助教学方式, 它将文字、图形、图像、动画、声音和影像等多种媒体运用到教学中, 对于优化教学过程、开拓学生视野、增加课堂信息量等方面都有着明显的优势, 具有很强的表现力, 可以激发学生的学习兴趣, 集中学生的注意力, 增强学习效果。动画演示是多媒体教学的一种重要方式, 我们首先将要学习的知识通过flash软件制成一个个简单的动画, 通过动画的展示帮组学生理解和掌握各种复杂难懂的知识点。如将高程测量中双仪器高法制成动画, 既可以形象地表示仪器测量的步骤, 也可以形象地展示迁站换站的流程, 比书本上文字的叙述更加具有表现力。

电脑三维建模技术的发展使得三维仿真得以实现。我们将各种测量仪器如水准仪、经纬仪和全站仪进行三维建模, 通过立体空间的变换展示, 会让使用者对仪器有更加清晰准确的认识。水准仪的三维模型图如图1所示。

2. 模拟练习

对测量数据的处理不仅关系到实习成果的正确性, 也关系到测量实习的下一步操作, 因此, 快速准确地计算数据是每个学生必须掌握的一项能力。我们在软件中加入了数据处理功能, 就像一个有特殊功能的计算器一样, 在录入测量数据之后, 可以直接得到处理结果, 即完整的实验记录表格。例如在用双仪器高法进行4测站水准测量时, 只需要将测得的16个高程数据还有1个已知点高程数据录取, 然后点击计算即可得到观测记录表格中的其他数据项, 如图2所示。另外, 还加入了数据练习功能, 使用时只需点击“导入习题”按钮, 即可导入程序设定的题目, 使用者计算得出结果后填入相应的文本框, 进行判断。

模拟练习功能分为水准尺读数模拟和水平角读数模拟两部分。两个界面采用相同的风格设计, 左边的图片框中可显示题目, 在右边的文本框输入相应的读数, 程序会自动进行判断。当然误差不可避免, 因此, 要为结果设定一定的误差范围。水准尺读数模拟界面, 共有3条横向白色线条, 分别代表水准仪的上丝、中丝和下丝, 余下的白色方框则代表水准尺上的刻度, 如图3所示;水平角读数模拟界面, 上半部是经纬仪的水平度盘, 下半部是经纬仪的竖直度盘, 每一次显示均可读取两个角度数据进行练习, 如图4所示。

3. 教师和学生互动交流

应用界面 (图5、图6) 与QQ类似, 但加入了一些特殊的功能。如“广播通知”功能:教师可以通过该功能向学生直接发送通知消息, 简化信息传递步骤, 使信息传播更加方便快捷;“资料发布”功能:教师可以通过该功能将一些辅助资料 (如教学课件、教学视频等) 发布给学生, 相应的学生可以通过“资料下载”功能进行下载;“待办消息”功能:与QQ类似, 提供及时信息的传送, 学生和教师可以通过该功能相互交流;“作业批改”功能:教师通过该功能将学生上传的作业 (以JPG等图片格式拍照上传) 进行检查批改, 相应的学生端有“作业上传”功能。

4. 辅助实习

利用移动终端如手机方便携带的优势, 在其应用中添加辅助实习模块。其具体功能为:教师通过程序发布实习通知, 建立实习任务。相应的学生进入实习任务界面, 根据教师指导一步一步进行实习, 记录每一个数据, 并且程序会自动对数据进行处理审核, 当数据不符合要求时自动进行返工重测的提示, 而且每一个实验数据均会被保留下来, 学生不能进行更改, 确保了实习数据的真实性。同时, 每一个实验数据均会通过网络直接同步到教师的客户端, 教师可根据数据来判断实验的进程及出现的问题, 更好地掌控实验的流程。当实验结束时, 程序会自动提交实验成果, 确保每个学生成果的可靠性, 杜绝了抄袭作弊的现象。教师根据成果可以进行打分, 其结果也会保留下来, 作为日后平时成绩评定的参考依据。

5. 辅助成绩评定

学生移动终端的应用具有作业上传的功能, 同时相应教师的移动终端应用可以进行作业批改, 而且这些作业批改的情况都会保留在数据库中, 既可以真实地记录学生提交作业的情况, 也能真实地记录学生完成作业的具体情况。在教师平时成绩的考核中, 作业往往会作为考核的一个重要参考依据。但毕竟学生人数众多, 作业也并不只有一次, 人工记录和统计工作较为烦琐, 引入程序统计处理可以节省很多时间和精力。同样的, 每一位学生的实习成果也会被保留, 与平时作业一样, 可以作为考核的一个参考依据。如图7所示, 即为学生成绩的统计界面。

三总结

在教学中引入教学辅助软件, 可以有效地解决当前测量学教学过程中出现的一些问题, 弥补仪器资源不足带来的限制, 为成绩评定提供一个简便的统计工具。

参考文献

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[2]张家平、董胜利、孙凌.基于现代技术条件下《测量学》课程改革的新探索[J].测绘工程, 2007 (3) :76~78

[3]闫超德、杨丽坤.仿真软件辅助下的测量学实习改革与实践[J].学园 (教育科研) , 2013 (12)

[4]段贻民、杜国标.非测绘专业测量学教学改革方案的研究[J].测绘通报, 2004 (5) :58~60