智能模型库系统

智能模型库系统（共7篇）

智能模型库系统 篇1

1 研究背景

近年来, 随着经济的飞速发展, 城市交通中小型汽车的数量飞速增长。汽车数量的飞速增加, 使停车矛盾日益突出, 尤其是城市中心, 停车问题已阻碍了城市建设发展和城市交通的现代化管理。由于用地局限、环境制约及规划设计需要, 设置地下车库是很多大型建筑物的首选方案。现有地下停车场虽然都配有通风系统, 但在实际应用中, 通风系统的运转和开启一般由人工控制, 通风时间的长短和次数完全由操作人员估计而定, 根本无法确定车库内的空气质量是否达标。

该设计采用传统通风与射流诱导通风相结合的方式, 充分利用两种方式各自的优点, 在保证满足设计要求的前提下, 尽量使系统安装简单, 造价低廉, 性能可靠, 维护方便。该通风系统具有分布点均匀的特点, 可快速稀释较为集中的汽车尾气。该设计还采用了智能型诱导通风控制系统, 可对污染物质进行有效、准确地追踪, 灵活地自动控制个别风机的开起, 节省能量。

2 车库送风量和排风量的确定

2.1 地下停车场内汽车尾气排放量

该地下车库分成3个区, 分别用A、B、C区代替。A区车库建筑面积1003.08m2, B区车库面积960m2, C区车库面积1003.08m2, 车库的总建筑面积为2966.16m2。

地下车库按全面通风设计考虑, 所需通风量可以根据公式计算。全面通风所需通风量为:

式中:L0—车库排风量, m3/h;

L—车库单位地面面积排风量, m3/h;

M—车库存面积, m2;

Q—单位地面面积汽车CO排风量, mg/ (h·m2) ;

C—在停车场内CO允许浓度, C=100mg/m3;

C'—室外大气中CO含量, C'=3.0mg/m3。

常见车辆在怠速状态下, 每台车单位时间排放量和浓度如表1所示。

地下停车场停放的汽车尾部总排气量不仅与车型、停车车位数、车位利用数、单位时间排放量和汽车发动机在车库内工作时间有关, 而且与排气温度有关。表1中数据是在排气温度为550℃ (国产) 、500℃ (进口) 条件下的检测数据, 而检测汽车排放有害气体浓度时尾部气温为常温20℃左右, 为此应进行修正。另外, 计算地下停车场的排风量时, 地下停车场在地面上大气中的CO浓度实测值为2.71~3.23mg/m3, 设计中可取2.5~3.5mg/m3。

2.2 车库送风量和排风量的计算[1]

为了防止地下停车场有害气体的溢出, 要求停车场内保持一定的负压。由此, 地下停车场的送风量要小于排风量。根据经验, 一般送风量取排风量的85%~95%。另外的5%~15%补风有门窗缝隙和车道等处渗入补充。根据排风量计算公式, 按地下停车场停车位, 计算出每个车位的排风量, 如表2所示。由此可知地下停车场的停车位数、种类, 再确定一个S, 就可以根据表2方便而简单地计算出地下停车场的排风量。

m3/h

假设国产小轿车为总车位的40%, 其余三类车均为20%。取S=1, 停车车位A、B、C区各80个。A区排风量计算得出国产小轿车排风量L1=23732m3/h, 国产面包车排风量L2=10658m3/h, 进口小轿车排风量L3=7171m3/h, 进口面包车排风量L4=8552m3/h, 则总排风量LA排=L1+L2+L3+L4=50113m3/h, 送风量取排风量的85%~95%, 故送风量LA送=50113×0.9=45101.7m3/h。B区、C区和A区的计算结果一致, 由此地下车库的总送风量L=3LA送=135305m3/h, 总排风量L=3LA排=150339m3/h。

3 地下车库的气流分布

在考虑地下汽车库的气流分布时, 防止场内局部产生滞流是最主要的问题。因CO较空气轻, 再加上发动机发热, 该气流易滞流在汽车车库上部, 因此在顶棚处有利, 而汽车的排气位置是在汽车库的下部, 如能在其尚未扩散时就直接从下部排走则更好。另外, 汽油蒸汽比空气重, 宜从下部排风, 所以排风宜上下同排。一般技术手册要求上部排1/3, 下部排2/3。排风口的布置应均匀, 并尽量靠近车体。新风口可集中布置在上部, 采用中间送, 两侧回, 或者两侧送两侧回。

4 通风系统设计

地下车库通风系统设计不仅需要考虑通风, 还考虑其防火排烟问题[2]。普遍采用的通风排烟系统形式有单支管、多支管两种系统。多支管系统总管接出多个立管, 每个立管的尺寸小, 占有的空间小。但每个立管上均设置防烟防火阀, 初投资大, 且由于阀门多, 易出现失控情况, 影响系统运行的有效性。单支管系统如图1所示。平时上下排风口同时排风, 火灾时支管上的防烟防火阀自动关闭, 上部排风口作为排烟口。总管只接出一个立管, 则只设一个防烟防火阀就可满足火灾时的排烟需要, 控制上较上个方案简单, 且初投资少, 但占用空间大。通过比较, 选择第二种方案更合理。因为车库面积大, 选该方案经济、方便。

5 系统风机选型

5.1 系统总阻力计算及风机选型

A区配有2台风机, 系统总阻力为最不利环路阻力之和, 即221.12Pa, 风机风量Lf=1.15L=44927.28m3/h, 风机风压Pf=1.15P=254.3Pa, 可选XPZ-I型消防排烟风机, 叶轮直径1100mm, 推荐工况风量45679m3/h, 推荐工况全压630Pa, 转速1450r/min, 装机容量11k W, A声级≤90d B, 重量300kg。

综上所述, A区排风竖井布置2台排风风机, 因为A区和C区是对称布置的, 所以C区排风竖井也布置2台排烟风机, 整个地下车库布置4台XPZ1型消防排烟风机。

5.2 诱导风机选型[3]

射流诱导通风系统利用射流的诱导特性, 在送风口处导入新鲜空气, 采用超薄型射流器以高速喷出的空气主流, 诱导又搅拌周围大量空气。与传统通风系统比较, 系统简单无风管, 系统造价低, 运行成本低, 废气被大量新鲜空气稀释, 废气平均浓度降低, 能有效控制气流方向, 无停滞死角。即使主送排风机停止运转, 射流运行, 亦能使空气流动。故车库部分选用型号TOPVENT (JET/JDY) 诱导风机, 风量600~750m3/h, 喷嘴形式分3级, 射程10~15m, 诱导比1∶20, 噪声≤45d B, 重量30kg, 均匀布置15台。

5.3 车库外的其他房间诱导风机选型

车库外的其他房间诱导风机选用YDF系列诱导风机, 这种系列的风机运用空气动力学原理, 以少量高速喷气体来扰动的特性, 有效地诱导周围静止的空气, 从而带动空气流动;达到高效节能、提高换气质量、节省空间、安装维护方便。该系列风机分YDF-A型管道式和YDF-B型多叶式两种。变配电室送风为15次/h, 排风17.5次/h, 风量较大, 所以配置YDF-A型, A区放置1台。水泵房送排风量5次/h, 空调机房及风机房间3~5次/h, 制冷机房5~6次/h, 无空调房间4~6次/h。以上均选用YDF-B型, 总共4台。

6 智能通风控制系统

该设计中采用的智能型诱导通风控制系统, 具有分布点均匀的特点, 对污染物质的发生进行有效、准确的追踪, 可灵活地自动控制个别风机的开起, 可快速稀释较为集中的汽车尾气, 不必为排放部分点的污染物而开启全部通风设备, 无需采用连续开起方式也可确保通风效果, 有效节省能量并降低机械设备的磨损。

6.1 系统结构

该智能系统是根据国家相关环保标准, 采用浓度监测控制通风系统来全面解决车库内废气。系统总体设计如图2所示[4]。

该系统由多个诱导风机控制器及控制器之间的RS-485通信网络构成, 也可以与图2中虚线框内的PC监控模块结合, 构成具有远程监控、调试、维护的智能控制系统。为了便于批量生产, 降低成本, 方便现场安装维护, 诱导风机控制器之间的通信不设专门的集中控制器, 而是由被设置为主节点的诱导风机控制器承担集中控制器功能。诱导风机控制器控制对象是异步交流电机, 由异步交流电机带动。

诱导风机控制器硬件原理如图3所示。

6.2 软件设计

考虑到系统是无人值守的全自动系统, 在实现参数指标的前提下, 必须保证系统的稳定、可靠, 其中控制软件的安全可靠和驱动信号的稳定输出是技术关键点[5]。

1) 系统工作模式。

系统具有自动和监控两种工作模式, 管理员可以通过本地按键选择模式启动系统组态软件, 选择当前系统工作模式。实现系统在有人或者无人干涉的情况下, 对地下车库空气质量进行监控调节。

2) 自动工作模式。

当系统被设定为自动模式时, 地下车库智能通风控制系统按照先前设定的换风次数, CO浓度、湿度、温度等参数值, 自动检测车库内CO、湿度、温度并与设定值比较, 控制排风机工作, 如果检测到的数据达到报警值, 系统自动拉响警报。

3) 监控模式。

系统被设定为监控模式时, 管理人员可以通过计算机直接操纵排风机工作, 这种优先权保留至下次自动模式的启动后, 如果在此期间控制器采集到的数据达到排风机工作的设定值时, 系统发出排风机启动报警信号, 而排风机不动作。

6.3 系统运行效果

智能通风系统在地下车库的实际运行中工作情况良好, 数据反映准确, 系统功能齐备, 操作方便快捷, 各项技术指标达到国家相关规定, 具有很高的实用价值, 主要体现在以下方面:

1) 系统自动监测车库内有害物浓度、温度、湿度, 根据浓度的实际变化, 决定风机工况;

2) 监控系统反映模拟量的趋势图, 主要直观重现被检测量过程数据的过去和现在;

3) 报警功能齐备, 处理能力强, 系统软件先进, 具有良好的人机界面, 大容量的数据存储和较高精度的浮点计算能力;

4) 智能通风控制系统适合我国国情, 能改善车库污染状况, 特别适用于地下车库。

7 结语

文中介绍的地下车库智能通风控制系统与现有的控制系统相比, 更加智能, 系统结构配置更灵活, 系统维护更方便, 具有检测范围更广等突出优点。

近年来, 地下车库空气通风系统在不同类型的建筑中投入、安装、运行, 性能可靠, 运行稳定, 功能先进齐全, 用户非常满意, 具有较高的实用价值。系统安装简单、经济合理, 有利于改善车库空气质量, 创建绿色车库, 在目前地下车库控制方面属于较新的尝试, 具有广阔的发展前景。

摘要：介绍某地下车库的智能通风系统设计, 该设计采用传统通风与射流诱导通风相结合的方式, 计算其送风量和排风量, 进行通风系统的设计以及风机选型。该车库采用智能型诱导通风控制系统, 对其结构、软件设计及运行效果进行说明, 证明该智能通风系统功能先进齐全, 具有较高的实用价值。

关键词：地下车库,通风系统,设计,智能通风控制系统

参考文献

[1]孙一坚.工业通风[M].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[2]叶剑虹, 祈国伟, 蒋善行.地下车库空气智能通风系统的设计及实现[J].科技创新导报, 2009, (26) :51.

[3]秦岚, 文彪.浅析诱导通风系统在地下车库中的应用[J].建筑热能通风空调, 2004, (5) :64-67.

[4]卢向东, 钱剑敏.地下车库的智能型诱导通风控制系统[J].低压电器, 2007, (4) :22-25.

[5]王克甫, 隋洪毅.地下车库智能通风控制系统及终端电路设计[J].黑龙江科技信息, 2012, (17) :55-56.

智能模型库系统 篇2

虚拟样机技术VPT(Virtual Prototyping Technology)是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法,广泛应用于汽车制造业、工程机械、航空航天业、国防工业及机械电子工业等复杂系统制造领域。飞机是一种极其复杂的系统,飞行控制系统作为其中重要一部分,如今正朝着数字化、综合化、智能化的方向发展,系统功能增加,构成复杂,和机上其它系统交联越来越多,设计难度越来越大。基于虚拟样机技术的设计方法,可在一定程度上模拟真实系统的功能,验证系统性能是否合乎设计要求,进行系统的性能评价,克服飞行控制系统物理样机花费昂贵、制造周期长等缺点,提供了一个能够对飞行控制系统进行反复设计、测试、验证和评估的开发平台。

本课题中研究开发的飞行控制系统虚拟样机开发平台的体系结构集开发环境和运行环境为一体(如图1所示)。其中,开发环境中主要运用Rhapsody进行系统级建模,产生的模型、文档和数据等都提交模型库保存;而运行环境中提取模型库中的实体仿真模型对样机进行建模仿真,仿真过程中产生的数据结果提交仿真评估器进行评估、测试,可视化环境提供样机的可视化外形和虚拟试验场对样机的外形和运动等进行验证和校核。

复杂产品虚拟样机工程作为一项复杂的系统工程,涉及大量的数据、模型以及文档,如何高效组织和管理它们,使它们优化运行,实现信息和过程的优质集成,是成功开发虚拟样机的关键。数据库技术作为虚拟样机系统的一项支撑技术,管理虚拟样机模型库,在Rhapsody虚拟样机设计中起到不可估量的作用。

本文以Visual C++ 6.0为开发平台,ORACLE 10g为数据支撑平台,采用ActiveX数据对象技术开发了一个小型C/S(客户端/服务器)结构的分布式模型库管理系统,对飞行控制系统虚拟样机设计工程中的Rhapsody模型、文档等数据进行管理,提供数据存档,数据检索等功能。

1 Rhapsody模型库管理系统体系结构

在制造企业中广泛实施的产品数据管理系统PDM(Product Data Management),作为管理产品全生命周期数据的管理系统是相对成熟和完善的,完全可以借鉴PDM技术和管理经验管理飞行控制系统虚拟样机设计中的模型和文档数据。本文设计的Rhapsody模型库管理系统是在现有的PDM系统的基础上,拓宽了传统PDM系统的功能,增加对仿真实体模型的管理,实现虚拟样机仿真系统全生命周期的模型、文档和数据的规范化管理。

在此基础上设计的Rhapsody模型库管理系统,作为飞行控制系统虚拟样机设计中信息的集成和管理平台,能很好地支持虚拟样机开发的全生命周期活动,对各阶段的活动和应用(包括建模和仿真)等进行信息、应用和过程的集成,能够支持不同规模的仿真和管理多种多样的建模仿真信息,具有良好的可伸缩性。

该模型库管理系统中的实体模型是基于高层体系结构(High Level Architecture)规范的仿真平台中的Rhapsody飞行控制系统虚拟样机的仿真模型,它包括工作空间模型(飞行控制系统虚拟样机整体模型,VP_FCC)和其隶属的各分类模型:控制器模型(Controller)、 传感器模型(Sensor)、执行机构模型(Actuator)和被控对象模型(Plant)。其中,控制器模型由控制律组件模型(Control Law)和逻辑单元组件模型(Logical Unit)两部分构成。各模型结构关系用统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)描述如图2所示。

本文结合ActiveX数据对象技术,提出了一个基于MFC框架的分布式ORACLE模型库管理系统,较好解决了复杂系统虚拟样机设计工程中模型、文档的规范化管理和可重用问题。它由显示层、逻辑层和数据层组成,其体系结构如图3所示。

(1) 显示层

Rhapsody飞行控制系统虚拟样机的设计是一项复杂的工程,是一种团队协作的过程,需要各开发小组在广域网环境下进行信息集成。提供基于MFC框架的分布式模型库管理系统,与Rhapsody设计环境进行交互,提供可重用模型数据,实现企业内部局域网环境下的资源共享。

(2) 逻辑层

该层包含了各种业务逻辑的处理与分析,是系统运行的关键。主要功能模块有模型结构管理、文档管理、用户权限管理和系统信息管理等。通过面向对象的数据访问技术,可以方便有效地实现对ORACLE数据库的访问和管理操作。

(3) 数据层

用现在流行的可靠关系型数据库Oracle作为后台,管理数据,实现数据的并发访问,安全存储等功能。为保证操作安全性,关系数据库中保存了相关的模型数据实体,支持对标准组件模型的管理和组装,使用户可以轻松构造复杂仿真系统。

2 模型库逻辑层的核心功能

模型库逻辑层是整个管理系统的核心,它为具体飞行控制系统虚拟样机设计过程提供模型、文档数据,包括如下四个模块。

2.1 模型结构管理模块

首先,我们以单个工程Project为例,说明Rhapsody工程文件与各单元级元模型之间的层次关系,各部分体系结构如图4、图5所示。工程文件夹Project与子文件夹Project_rpy是一一对应的关系。

子文件夹Project_rpy包含系统建模过程中产生的各个UML元模型元素:components(.cmp files组件文件)、object model diagrams(.omd file对象图)、use case diagrams(.ucd files用例图) 、packages / profiles(.sbs files包文件)等。

元模型是关于模型的模型。UML元模型用于定义UML语言的概念和表示法,是一种逻辑模型而非物理(实现)模型,它由一些逻辑包(Package)组成,这些包又由一些子包组成。包是通用的成组机制,用于组织语义相关的模型元素(元对象类)。同一个包内的模型元素有强内聚性,而不同包的模型元素之间的耦合则较弱。UML元模型的体系结构以包图(.sbs file)来表示。

考虑到Rhapsody飞行控制系统虚拟样机设计过程中模型可重用度的高低,将仿真模型分为两类:工作空间模型和标准组件模型。其中,工作空间模型泛指整个Rhapsody工作空间,实体为一个Rhapsody工程文件夹;标准组件模型指Rhapsody工作空间中的元模型(.sbs file)和系统仿真运行时导入Rhapsody运行环境的(.mdl)文件。

在该管理模块中,Rhapsody虚拟样机设计者根据用户新提出的项目需求,检索库中已有的工作空间模型和标准组件模型,加以修改、添加以满足新的设计需要,实现重复利用,节省了设计时间,提高了设计效率。若使用者具备模型入库的操作权限,可存入多个指定的模型版本,不断更新完善模型库,为后续重用提供更多便利。

2.2 文档管理模块

飞行控制系统虚拟样机的设计流程一般分三个阶段:系统需求阶段、系统分析阶段和系统设计阶段。在设计的各个阶段必会产生相关文档:需求分析文件、概要设计文件、详细设计文件以及Rhapsody插件ReporterPLUS自动生成的设计说明文件。由此,一组相关的文件构成一个文档,并与项目名称建立索引关系,登录用户能根据自身权限新建、编辑、删除相关文档。

2.3 用户权限管理模块

数据管理系统的内部安全性,是指加强对数据库的安全性设置,建立和管理用户账号。各个功能模块只有授权用户才能使用,提取相应的内容,完成相应的功能。根据用户的操作权限级别,由高向低将所有用户分为两类角色:系统管理员和设计人员。其中,系统管理员具有最高权限。用户以系统管理员的用户名登陆,可查看、添加、删除工作空间模型库和标准组件模型库中的所有记录,分配设计人员的用户名、密码和操作权限;而设计人员一般只能查阅修改工作空间模型库中自己存入的项目,对标准组件模型库数据只能进行浏览,不能进行修改和数据备份操作。

在模型库管理系统中,对所有的模型、文档操作,均按设定的权限、角色进行规范,用户以何种角色登录就具有何种操作权限。

2.4 系统信息管理模块

系统信息主要包括两部分:模型库管理系统软件包的概要说明和系统操作日志。其中,操作日志监控当前在线用户,记录所有登录过系统的用户痕迹,监督用户,必要时追溯设计问题根源。

3 数据库访问和客户/服务器结构的实现

3.1 ADO

Visual C++访问数据库有多种方法,如DAO、ADO、OCI、ODBC等。其中,ADO(ActiveX Data Objects,ActiveX数据对象)是微软提供的基于OLEDB(Object Linking and Embedding Database,对象链接和嵌入式数据库)的访问接口,它对OLE DB的接口作了封装,定义了ADO对象,属于数据库访问的高层接口。由于采用提供OLEDB接口的ORACLE数据库,使用ADO速度快、内存支出少,可以提高应用程序的性能。

ADO的对象包括:连接对象(Connection Object)、命令对象(Command Object)、记录集对象(Recordset Object)、字段对象(Field Object)、记录对象(Record Object)、错误对象(Error Object)、参数对象(Parameter Object)、属性对象(Property Object)和流对象(Stream Object)。其中三个最为重要的对象是连接对象、命令对象、记录集对象。利用它们建立对数据库服务器的连接,实现数据管理及操作功能。

基于ADO以上的一些特点和优势,通过ADO访问ORACLE数据库,实现在Rhapsody飞行控制系统虚拟样机设计工程中模型、文档数据的加载与更新。

3.2 客户/服务器(C/S)结构

ORACLE是当今世界使用最广泛的商用数据库软件系统之一,它是一个极其强大、灵活和复杂的系统,可以用于构造从小型的单用户系统到支持若干个并发用户的大众型应用项目,它的客户/服务器模式能充分发挥客户端PC的处理能力,很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器,提高并行开发的能力。

建立Oracle数据库后,为了使客户应用可以访问,首先需要在服务器端配置监听程序,然后在客户端配置网络服务名。

监听程序用于接收客户端的连接请求,安装Oracle数据库产品时,会自动建立默认监听程序LISTENER,通过该监听程序可以同时监听多个数据库。当用户在客户端通过SQL Plus、Net Manger等应用程序或软件工具向服务器发出请求时,通过网络连接到Oracle数据库服务器,运行在服务器端的监听程序检测到用户的请求后,产生服务器进程并在开始响应时建立网络连接,如图6所示。只有合理地配置了监听程序和网络服务名后,客户端才能访问该数据库。

本项目中使用Oracle C/S模式充分利用两端硬件环境的优势,将Rhapsody模型、文档数据的管理任务合理分配到Client端和Server端来实现,降低系统通讯开销,提高数据管理效率。

4 样机设计流程中模型库管理系统的应用

按照上述设计和方法,开发了Rhapsody模型库管理系统,在复杂产品虚拟样机设计演示中,对某型号样机进行了协同设计和仿真分析。其步骤如下:

步骤1 多名建模人员分工协作,建立样机实体模型(FCC_VP或Controller、Sensor、Actuator、Plant模型),分类提交到模型库,同时设置好模型的参数。

步骤2 仿真人员启用模型库客户端应用程序,浏览工作空间模型库和标准组件模型库中的模型信息,了解模型的结构和参数,根据自身权限从模型库中导出样机参数化实体模型,根据样机设计需求适度修改属性和参数,并将其导入到Rhapsody运行环境中,等待仿真运行。

步骤3 在Rhapsody运行环境中组装集成各分类模型:控制器模型、传感器模型、执行机构模型和被控对象模型,完成飞行控制系统虚拟样机的仿真运行。各模型组装完毕后呈现某型样机的Rhapsody运行环境,如图7所示。

步骤4 运行结束后,可将新样机模型和仿真过程中产生的文档数据再次入库标记,不断更新库中信息,为其他类似型号样机的设计提供便利,循环重用库中的模型、文档数据。

在整个过程中,Rhapsody模型库实现了设计组内的信息共享,使整个工作流程能顺利协同地完成。

5 结 语

本文基于Visual C++中的MFC框架、ADO数据库访问技术和Oracle C/S模式开发了一个小型的Rhapsody模型库管理系统,提出了如何在Rhapsody飞行控制系统虚拟样机设计过程中实现模型、文档的管理和可重用。实际应用证明,该系统一方面有利于建模仿真环境中各部分模型、文档、数据的共享和继承;另一方面,分布式模型库管理系统具有较好的远程访问特性,支持模型与数据的客户端分布式管理,这为后续基于HLA协同建模/仿真平台虚拟样机设计的实现打下了坚实的基础。

摘要：介绍飞行控制系统虚拟样机开发平台的体系结构。针对Rhapsody模型,采用ActiveX数据对象技术开发了客户/服务器结构的分布式模型库管理系统,实现了复杂系统虚拟样机设计工程中模型、文档的规范化管理和可重用。该系统由显示层、逻辑层和数据层组成,其中逻辑层包括模型结构管理、文档管理、用户权限管理和系统信息管理四个模块。详细阐述了该系统的体系结构、功能、特点及实现方法,并结合Rhapsody飞行控制系统虚拟样机的设计流程,对模型库管理系统的应用进行了可行性验证。

关键词：飞行控制,Rhapsody,虚拟样机,分布式模型库管理系统

参考文献

[1]陈宗基,孙晓哲,秦旭东.民机飞控计算机系统虚拟样机验证平台研究[J].系统仿真学报,2008,20(15):4057-4063.

[2]秦旭东,陈宗基,高金源,等.飞控系统虚拟设计环境[J].北京航空航天大学学报,20053,1(12):275-278.

[3]李妮,刘杰,彭晓源.数据库技术在动力学虚拟样机中的应用[J].系统仿真学报,20031,5(6):887-890.

[4]Gong Yi-fan,PU Xiao-bo,LIU Jun,et al.Rapid Prototype DesignMethod in Avionics System Based on UML[J].Journal of System Sim-ulation,2007(,4):749-753(in chinese).

[5]宋晓,李伯虎,柴旭东.复杂产品虚拟样机工程中模型库管理系统的研究与实现[J].计算机集成制造系统,2004,10(12):1546-1550.

[6]宋晓,李伯虎,柴旭东.虚拟样机模型库管理系统初步研究[J].系统仿真学报,20041,6(4):730-735.

[7]吴凯.基于UML的油田勘探开发数据模型研究[D].黑龙江:大庆石油学院,2007.

智能模型库系统 篇3

1 建立数字化模型库之优势分析

古籍文献资源库建设是古籍保护与利用工作的方向[3]。对古籍进行数字化建模, 通过将大量的图片、文字信息和三维模型 (3D model) 等数字化资料汇集存储, 建立数字模型库, 生成一个文献档案, 既实现了文献资源共享、提高了文献利用率, 又利于文献内容的优化保存。带有三维信息的模型库在一定程度上再现了文物的原貌, 利于启发和扩展学者研究的广度与深度。

1.1 数字模型库利于在互联网时代信息资源共享

建立图书馆古籍文献数字模型库, 将会使文献信息在互联网平台上大大提高利用率, 提高人们对古籍文献的认知程度。以网络技术为平台, 以浏览器-服务器 (B/S) 结构构建系统, 不同的应用系统可以通过接口调用数字模型库中的资源, 如图1所示。结合虚拟现实技术建立三维场景虚拟漫游系统虚拟展馆, 让用户身临其境的再博物馆中欣赏古籍;用网页制作软件及JSP技术制作动态可交互的三维模型网站;通过特定的网络用户界面调用数字模型库中的资源, 可以让进入的用户方便快速的访问到所要展示的三维古籍, 利用鼠标和键盘等简单的设备就可以完成古籍全方位的浏览, 对三维模型的旋转、平移、放大、及缩小等实时交互操作。古籍数字模型库可以广泛长期反复利用, 互联网中已建立的B/S结构的文物遗产系统可以再扩展, 将三维古籍文献添加进来, 用网页链接加载资源包这种简单的方式把图书馆3D文献资源展示出来。数字模型库加大了信息资源的共享程度, 更好的体现了珍稀古代文献的价值。

1.2 数字模型库提高了古籍文献利用率

检索文献显示三维模型提供更多的有效信息, 方便研究者的引用, 三维模型极大地启发和扩展其研究的广度与深度。对甲骨建立三维模型还原原型将弥补拓片不足, 更清晰展现甲骨文信息方便学者研究和临摹书写。用户检索文献后先获取简单的文字信息, 确定使用后, 点击相关链接从数字模型库中调用该文献的虚拟三维仿真页面, 用户可以交互性的360度观看甲骨文文献, 以及放大视角仔细观察, 将长期被束之高阁的珍稀古籍更好的展现, 大大的方便了读者的研究工作, 提高了古籍文献的利用率。

2 数字化模型库的实现方法

2.1 三维建模

模型是三维模型库系统的基础, 三维建模是涉及摄影测量与遥感、计算机视觉、计算机图形学和模式识别等领域的一个热点问题[4]。目前三维模型按细度区分有如下方法。

(1) 适于数据分析的高精度模型。通过三维扫描仪来获取物体所有数据信息。测绘遥感技术, 以毫米的精度虚拟在电脑里, 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室李德仁院士在数字敦煌项目中谈到“进入上世纪90年代后, 我们测绘的精度大大提高, 达到毫米级甚至微米级, 这才为数字考古奠定了基础。”为了实现精确目标, 研究人员在前期必须运用大量测绘方法, 如通过控制测量的方法, 提供一个绝对坐标, 将物体放在合适的位置;通过多目立体测量的方法, 用两台以上的相机对实物进行拍摄;通过激光扫描的方法, 采集目标表面的信息等。制作时具体工作分为三步:首先是利用激光扫描技术, 将文物结构的位置数据测定, 然后将数据进行整理组合, 组建成三维模型, 要求精细的测绘技术, 处理海量的数字信息。保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源, 实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。

(2) 适于艺术赏析的中低精度模型。考虑到计算机系统资源的限制, 为了保持操作的流畅性, 三维场景虚拟漫游系统中三维虚拟场景的模型使用简模或者中模。可以有两种方法, 一种是在文献原型上采集多方位的照片, 建模人员按参照物比例手工建模, 主要是由视觉感官来建立视觉建模的方案。三维模型的制作主要采用三维模型制作软件来完成, 现有的三维设计软件较多, 常用的有Auto CAD、3DSMax、MAYA等。另一种方法是在二维高清图片上进行处理, 将图片生成黑白灰度图片, 通过代码自动生成具有高度差的空间三维雏形, 再经过补充和修改生成目标模型。

2.2 三维模型添加材质和纹理贴图

建立好模型后, 需要实现三维模型 (3D model) 到纹理模型 (Textured model) 的转换工作, 即纹理映射工作, 通过融合技术、纹理拼接、各向同性、纹理捆绑等技术来实现[5]。首先, 在模型表面利用纹理贴图产生图像逼真效果。其次, 通过材质模仿现实中物体表面对光源的反射和传播, 表现出物理材质特性。

材质和纹理贴图结合后可以制作如水面、镜子、玻璃、钢铁等等效果, 结合虚拟现实技术表现出物体的真实性。制作纹理贴图, 应以实际拍摄图片为基础, 纹理贴图通常调整为2的幂次方大小, 该方法运算的过程中计算速度最快, 也就是渲染时最快捷的方式。使用带有通道贴图的格式文件, 可以直接使用alpha透明贴图通道结合Refraction折射效果表现出通过透明或半透明物体所看到的景象, 制作出透明或半透明反光材质。给三维模型添加材质和纹理贴图是表现效果是否逼真的关键步骤。

3 数字模型库系统中虚拟展现采用的关键技术

在数字模型库的基础上, 需要进一步通过图像渲染、碰撞检测等关键技术来实现古籍文献三维数字模型库系统。其中, 虚拟漫游系统使用Web3D实现网络上的虚拟现实展示, 通过GUI界面和鼠标键盘实现参与者与古籍仿真环境相互作用, 借助人本身对所接触事物的感知和认知能力, 帮助启发参与者的思维, 以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。一般情况下由以下几个关键技术及模块来实现。

3.1 图像渲染引擎模块

显卡是物理基础, 在显卡之上是各种图形API函数, 主流的是Direct X和Open GL。图像引擎是建立在这种API之上, 控制着实现不同的效果。而在引擎之上, 则是引擎开发商提供给开发者的SDK开发套件, 这样程序员和美工就可以利用SDK建立画面效果。目前主流图像引擎模块都支持凹凸贴图 (Bump mapping) , 反射贴图 (Reflection mapping) , 动态阴影效果, 实时图形化界面, Shader代码的动态合成, 地形系统。当把材质贴图赋予模型完成贴图模型之后, 相当于为骨骼蒙上皮肤, 最后再通过渲染引擎把模型、动画、光影、特效等所有效果实时计算出来并展示在屏幕上。

3.2 碰撞检测模块

碰撞检测是计算机图形学和虚拟现实中最基本且非常重要的组成部分。碰撞检测 (Collision Detection) 返回两个或多个物体是否发生碰撞的布尔判断, 然后找到物体之间的实际相交位置, 针对两个物体之间的碰撞决定采取何种操作, 当发生接触时, 运动可以停止不前或平滑移动到其它位置。主要是应用于检测摄像机或角色人物模型同三维虚拟场景中的其它模型, 如地形、建筑物、绿植等各种物体模型是否接触的情况。在某些应用中, 可能希望检测物体与环境之间的距离来判断做出新的动作指令。

3.3 声音特效控制模块

人能够很好地判定声源的方向。声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同, 在水平方向上, 我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的, 所以会有一种方向感。声效控制模块主要是来触发三维虚拟场景中是否出现声音和声音的强弱、声道以及远近等, 其作用是来模拟真实自然环境中的声音效果, 如控制摄像机或者角色人物接近虚拟物体时, 会触发控制事件从而声音随着距离的接近声音会逐渐变强, 反之则声音又逐渐减弱, 声效模块同样加强了使用者的沉浸感。配上解说还可以让一些抽象的解说变得浅显易懂。

3.4 物理系统模块

由于物体与物体之间的动力学特性, 物体的运动遵循固定的规律。运动物体具有密度、质量、速度、加速度、旋转角速度、冲量等各种现实的物理动力学属性, 在发生碰撞、摩擦、受力的运动模拟中, 不同的动力学属性能得到不同的运动效果。例如, 当角色跳起的时候, 系统内定的重力值将决定他能跳多高, 以及他下落的速度有多快, 子弹的飞行轨迹、车辆的颠簸方式也都是由物理系统决定的。

3.5 粒子系统模块

粒子系统设计是利用粒子自动机的方法描述粒子的运动, 粒子特效模块主要是在三维虚拟场景中用来模拟和控制各种天气状况, 如雨、雪、雾等。它能够更为真实的反应出场景的环境效果, 使其更加逼真可信。

3.6 动画功能模块

目前所采用的动画系统可以分为两种:一是骨骼动画系统, 一是模型动画系统, 前者用内置的骨骼带动物体产生运动, 比较常见, 后者则是在模型的基础上直接进行变形。例如, 拆卸和组装的动作, 可以用动画帧的方式播放。

3.7 GUI背景与系统控制模块

GUI来制作浏览界面、漫游模式、按钮、滚动条、对话框等对象, 沟通程序的时间回调机制将最终用户在GUI窗口中执行的操作, 比如鼠标按钮触发等送到应用系统中去, 应用系统在得到这些消息和事件后可以根据自己的系统需要做灵活处理。利用GUI控制漫游模式, 实现不同视点和不同的运动方式的切换, 它是整个系统的集成, 用于控制系统功能的主程序。

4 结语

论文将数字技术和文献保护两者结合起来构建三维数字模型库, 该模型库能推动学术研究, 有利于文献遗产的数字化保护, 有利于建设图书馆数字化和知识化服务平台, 对图书馆的资源建设与知识服务有积极的促进作用。随着数字技术的不断发展, 虚拟现实技术也将随着网络时代宽带大规模应用的到来得到更高的突破, 古籍文献三维模型的建立会更快捷和精准, 古籍文献三维数字模型库将得到更广阔的应用。

摘要：利用信息技术进行文献数字化保护是保存与利用民族文献遗产的重要手段。本文以虚拟现实技术为基础, 结合图书馆的古籍文献特点及应用情况, 构建古籍文献三维数字模型库系统, 并对该系统的优势, 及实现该系统所涉及的关键技术作以探讨。该方法为古籍文献保存和利用提供了新的思路。

关键词：古籍文献,三维数字模型库,虚拟现实

参考文献

[1]梁爱民, 陈荔京.古籍数字化与共建共享[J].国家图书馆学刊, 2012, (5) .

[2]李辉熠, 钟山, 张立里.基于用户体验的旅游景点虚拟现实项目设计研究[J].数字技术与应用, 2013, (3) .

[3]石梅, 数字图书馆古籍文献资源库建设的思考[J].数字与缩微影像, 2012, (4) .

[4]王继阳, 李德仁等.建筑物三维重建方法综述[J].遥感技术与应用, 2009. (06) .

智能模型库系统 篇4

在复杂的塑料模具装配图中,设计人员往往需要查阅大量设计手册对每个模具标准零件进行定义和装配,工作量大、效率低,产品的开发周期长。本文以Pro/E为平台,通过C语言调用MFC的数据库接口,操作标准零件数据库(用户可通过自定义将设计手册中的零件添加到库中)使数据在图形界面上显示,并根据用户的选择或输入,调用Pro/Toolkit的相应函数[2],在Pro/E窗口中随时快速、准确地生成零件,提高了设计效率,缩短了产品的开发周期。

2 系统的分析和设计

2.1 数据库的分析设计

鉴于该系统主要以数据为主线的程序,所以首先设计了数据库的E-R(实体-关系)图,见图1所示。

模型表中的每一条记录对应N项参数。一个参数表中保存着设计手册中一个标准零件的标准尺寸数据。

2.2 系统体系结构模型[3]

该系统通过使用MFC访问数据库生成图形界面。在用户选择好参数后,从模型库中调出相应模型图,再调用Pro/Toolkit函数修改参数,派生出用户要求的零件。该系统的上下文模型如图2所示。

3程序实例

3.1 在Pro/E窗口中添加菜单

该系统通过注册文件随Pro/E自启动后,在HELP菜单前添加一“model”下拉菜单。

3.2 MFC对话框的创建

在“Model storeroom…”菜单项的单击响应函数中,调用创建模型参数选择对话框函数。

程序中用到的这个CreateModelDialog()函数是一个正规MFC DLL文件中输出的一个函数,在这个DLL文件中定义了一个派生MFC对话框类,CreateModelDialog()函数使用该类定义对象,并调用对话框函数的DoModal()成员函数显示对话框。

3.3 数据库的访问

该系统采用了DAO操作Access数据库,在派生对话框类中定义了CdaoDataBase,CdaoRecordset对象,通过调用对象的公有接口函数来完成数据库的访问[4]。

3.4 参数化生成零件模型图

当用户选择完模型的参数数据后,程序将从模型库中取出模型,并修改相应的参数,显示到Pro/E窗口中[5]。

模型库保存着每一个模型的Pro/E零件图,模型名称和该模型图的对应关系保存在数据库的模型表中。比如用户在模型参数对话框中选择的是注塑模具中的推杆,系统将从数据库的模型表中得到Pro/E模型图名,并将从模型库中取出该模型图,准备派生新的模型。

每一个模型图中定义了每一个需要参数化尺寸的对应参数名及对应关系。定义参数与尺寸的步骤如下:

(1)查看尺寸名称

先在Pro/E的“Info”菜单中选择“Switch Dimensions”菜单项,显示出特征的默认约束参数命名,形如d0,d1,d2,……。

(2)定义参数

在菜单管理器(Menu Maneger)中选择Reletions→Add param下选择相应的参数类型,输入参数名和默认值。

(3)定义关系

定义好参数和知道默认约束尺寸参数名后,在Relations下选择Add,输入参数名和对应的默认约束尺寸名的关系式,如d0=U,即定义了约束参数名为d0的尺寸随参数U的大小变化并保持相等。

程序实例如下:

程序的运行结果如图3～图5所示。

4 结论

利用Pro/Toolkit开发工具和VC++6.0,开发了基于Pro/E注塑模具顶杆零件的参数化模型库系统,对创建基于Pro/E的实用CAD软件系统进行了积极有效的探索,提高了模具设计效率和Pro/E系统的实用水平。对进行Pro/E及相关软件的二次开发具有一定的参考价值。

参考文献

[1]Parametric Technology Corporation.Pro/TOOLKIT User’s Guide[Z].USA:PTC,2001.

[2]David J.Kruglinshi,Scot Wingo,George Shepherd等.Visual C++6.0技术内幕[M].北京:北京希望电子出版社,1999.

[3]Lan sommerville.Software Engineering6th Edition.England:Pearson Education Ltd,2001:265-332.

[4]张立新.Visual C++6.0数据库开发技术与工程实践.北京:人民邮电出版社,2004:100-125.

智能模型库系统 篇5

关键词：PRO/ENGINEER,工程图学,模型库,Visual Basic

1 引言

《工程图学》是工程学科的基础,在整个教学体系中占有重要地位。教学模型作为《工程图学》教学手段的重要组成部分,在帮助学生形象地理解教学内容的过程中,发挥着积极的辅助作用。传统的教学模型因其价高、易损、不便携带、不能修改等缺点,已经不能满足现代教学的需要。应用计算机软件建立的基于三维CAD技术的虚拟模型库,不仅可以完全克服传统教具的缺点,也是当代教学改革中的重要组成部分。

本文建立了基于Pro/ENGINEER的《工程图学》虚拟模型库系统。系统结合三维建模技术和数据库技术,以Visual Basic6.0为开发工具,建立了简洁、方便、友好的人机交互界面,通过调用Productview Express实现了对模型的操作。

2 模型库系统的内容

根据教学和学习需要,《工程图学》虚拟模型库主要内容如图1所示。

3 系统总体结构设计

为方便用户使用,系统首先对零件进行分类,再在同一类型下对不同零件进行编号,添加其详细信息。用户进入系统后,点击某类零件时,界面上出现该类零件简表,点击某零件,就会出现该零件的详细信息,诸如三维立体图、二维三视图等。结构总图见图2。

4 平台及开发工具的选择

4.1 平台的选择

虚拟模型库系统的程序分为两部分:前台程序和后台程序。前台程序负责按用户要求执行任务,并将后台数据库系统的内容和结果返回给用户。后台程序是指数据库系统,它根据前台程序的要求进行数据库操作,然后将结果传送给前台程序。

在此,选择Windows XP professional作为服务器操作系统,采用Microsoft Access 2000作为数据管理系统[1]。

4.2 开发工具的选择

开发工具选用Visual Basic6.0。

Visual Basic所具有以下功能:

(1)允许对包括Access小型数据库在内的大部分数据库格式建立数据库和前端应用程序;

(2)应用程序内很容易通过Internet访问文档和应用程序;

(3)提供运行时自由发布的动态链接库(DLL)[2]。

正因为Visual Basic功能强大,同时较Visual C++简单易学、使用方便,所以本系统采用它作为开发工具。采用Visual Basic的优势还在于它比较擅长设计美观的界面,并且利用它提供的数据控件和数据访问对象,可以轻松地实现对数据库的各种操作。

5 系统具体功能及代码的实现

5.1 身份验证功能的实现

为了有效保护虚拟模型库的数据信息,系统对用户进行了授权。在本系统中共有三类用户,其权限分别是:

(1)系统管理员:具有系统的最高权限,拥有系统的所有操作权限,包括系统管理、浏览模型、添加模型、删除模型、修改模型等;

(2)教师用户:除了没有管理功能外,拥有的权限与系统管理员是一样的;

(3)学生用户:只能浏览模型,不能对模型库进行任何更改操作(如添加、删除、修改模型操作)。

以上各个权限的实现,主要是通过系统中各个功能的可用不可用来实现的,有权限的功能显示为黑色,没有权限的功能显示为灰色。

系统登陆界面流程图如图3所示。

当用户登陆系统时,系统将自动检测其用户名及密码是否与系统所授权的用户名及密码相一致,如果一致则进入系统,否则登陆失败。登陆界面如图4所示。

实现身份验证功能的代码如下:

5.2 系统主界面的设计及模型操作功能的实现

人机交互界面是应用程序的一个重要的组成部分,它决定了应用程序的易用性。当用户进入模型库主界面,单击某类零件,界面上出现该类零件简表,点击某零件,就会出现该零件的详细信息,诸如三维立体图、二维三视图等,另外还可以对模型进行各种操作,示意图如图5所示。

5.2.1 主界面代码的实现

主界面是模型库系统的核心,主要负责完成系统的启动、退出、系统菜单显示和各功能的调用等功能。主界面开发的主要任务之一就是建立一个友好、直观的界面和方便的操作环境,便于用户使用。本系统用户界面全部是基于对话框开发的,支持鼠标、键盘操作。而且主界面美观大方,简洁明了,极大地方便了用户操作。

虚拟模型库的主界面如图6所示。

采用Productview Express技术实现了模型的显示功能,当单击某模型时可以显示其立体图,双击时显示其三视图。Productview Express是PTC公司浏览和编辑Pro/ENGINEER模型的应用软件,它使用户在没有安装Pro/ENGINEER的情况下,都可以打开、观看、编辑Pro/ENGINEER模型。实现Productview Express技术的程序代码如下:

5.2.2 模型调用功能

虚拟模型库中,模型的三视图应与其立体图对应显示。该功能是通过使用VB中同一对象的不同属性(click属性和double-click属性)来实现的。用户进入模型库系统后,单击模型名称即显示其三维立体图,双击显示其三视图。

5.2.3 模型添加功能

在《工程图学》教学过程中,要使用大量的模型。添加模型模块是模型库系统提供给用户增添模型的开放接口,是为了增加和扩充系统容量,更新系统的内容,使整个系统能够随着时间和教材的改变不断增加新内容,适应教学的发展变化。

在主界面上,当鼠标点击“添加模型”命令时,就进入添加模型界面,如图7所示。

当要在模型库中添加新模型时,用户需提前把要添加的模型建好,然后点击“添加模型”按钮把模型添加到相应的数据库中。

5.2.4 删除模型功能

虚拟模型库系统还具备删除模型的功能,当用户不再需要某模型时,为节省空间,减小库容量,需要将该模型删除。用户单击主界面上“删除模型”命令后,系统弹出如图8所示的对话框,选择模型类型后,显示该类模型简表,即可从表中选择要删除的模型。

6 结论

本文以Pro/ENGINEER为建模工具,Visual Basic为前台开发工具,Productview Express为浏览平台,结合Access数据库技术开发了开放性的《工程图学》虚拟模型库。系统设计了良好的人机对话界面,摸索出一些较实用的建模方法。此外,模型库系统还可以发布在校园网上,以实现远程数据共享,方便用户使用。

参考文献

[1]陈晓东.基于Pro/ENGINEER平台零件库的二次开发[D].兰州:兰州理工大学,2005.

[2]罗朝盛.Visual Basic6.0程序设计实用教程(第1版)[M].北京:清华大学大学出版社,2004.

[3]张智明,李预斌.精通Pro/ENGINEER零件设计篇[M].北京:中国青年出版社,2004.

[4]詹友刚.PRO/ENGINEER英文野火版教程[M].北京:清华大学出版社,2004.

智能模型库系统 篇6

水电机组状态监测系统通过对机组各种参量的实时检测和监视，综合设备历史状况，能对机组作出故障诊断和趋势预报，及时评估设备性能，有利于水电厂制定合理的设备检修维护制度，从而达到延长检修周期，缩短检修时间，提高机组运行率的目的。

1 水电机组故障诊断特点

水电机组故障诊断主要包括水轮机诊断和发电机诊断，二者互为关联。

水轮机诊断包括：轴系、叶轮、叶片、导轴承、润滑系统、支撑系统、控制系统等部位故障的诊断。主要故障特征包括：油箱油位的升高和降低、油温的升高、轴瓦平均温度升高、轴瓦温度上升率、摆度升高、轴承振动升高、振动和摆度随转速、负荷变化的趋势、有无负荷的振动情况。

发电机诊断包括：定子线圈、定子磁心、转子、轴系等部位故障的诊断。定子线圈的诊断采用局部放电法(脉冲高频容量)用于检测线圈、线棒、线棒支撑的绝缘情况及线圈断路。定子铁芯和转子的诊断运用一组气隙测量传感器监测定子孔径和转子圆周、偏心所造成的动态气隙情况。

检测的参数一般有：机架振动、摆度、温度、电量、气隙、绝缘监测、气蚀、压力脉动等。对于诊断导轴承、推力轴承以及其它一些复杂的故障，诊断系统要综合考虑分析各检测参数。

2 故障诊断系统结构

机组故障诊断系统包括数据预处理和数据规范化、信息处理、故障诊断知识建模、故障检测、故障分离与估计、故障分类评价和决策、知识模型库、数据库、智能决策支持系统、人机对话界面、监控中心等。故障诊断系统构成如图1所示：

数据预处理和数据规范化模块对在线采样的可测变量先进行预处理以消除噪音，然后将其转化为规范数字信号输入数据库中。

信息处理、故障诊断知识建模模块将从机组录入的振摆、水压脉动等信号进行再处理并建成知识模型库。

知识模型库、数据库在故障检测、故障分离与估计、故障分类评价和决策模块起支撑性作用。智能决策支持系统模块负责对机组不同的运行状态选择哪种或哪几种诊断方法，以及各诊断方法之间的集成，给出相应的故障处理方案，和优化运行决策与检修计划决策，并对知识模型库中的知识进行协调调用。

人机对话界面、监控中心分别负责机组信息的输入与输出，包括深层和浅层知识的录入、故障信息的输出，以及在判定故障时启动保护措施，通过执行机构去完成。另外还有数据的报表输出及打印等功能。

3 知识模型库

如何具体实现故障诊断知识建模的功能，进行诊断知识模型的获取，形成知识模型库，从而实施在线故障检测、故障分离与估计、故障分类评价和决策模块的功能是系统的难点。

在文献[1]中，提出了一种基于综合模型的故障诊断建模与推理的方法，即人工神经网、案例、规则和对象模型，来有效地进行诊断知识模型的获取。

水电机组的知识模型可由机组模型、诊断经验规则、诊断神经网模型、诊断案例4种方式来表示。

诊断知识模型由一般到特殊分4层组织：第1层描述最一般的诊断知识，由水轮机、发电机的机组模型组成。运行模型描述了机组正常工作时的形态，故障模型描述了机组在故障时的形态，它们被用于基于模型的诊断、真值维护和解释;第2层描述一般的诊断知识，由根据水电机组的技术标准、规程和专家诊断经验归纳出的诊断规则组成，用于基于规则的诊断;第3层是根据类似诊断事例经训练构造的人工神经网模型，用于基于神经网模型的诊断;第4层由案例-子案例等级框架表示组成，它描述各电厂机组或电厂各机组间的特殊诊断案例知识，用于基于案例的诊断。

3．1第1层

机组定量信息描述一般包括参数描述和状态描述两种。

参数描述指由机组参数的显著变化来描述故障的发生如温度量、电量等的量值越阈或突变。状态描述指由机组开、停机过程及机组运行状态来描述所包含的故障信息。

由机组定量信息描述形成的运行模型和故障模型，构成机组模型子库，形成模型知识库的第一层。由该层支持的基于机组模型的故障诊断方法有：参数估计诊断法和状态估计诊断法。参数估计诊断法在进行故障检测、故障分离与估计、故障分类评价和决策时，诊断的过程参数为机组模型模拟量与机组实际运行参数的比较值，所得残余偏差为二者之间的相对变化值。在系列残余偏差中包含有各种故障信息，结合机组模型库中相应模型对基本残差序列采用统计检验法，检测机组的故障部位和原因，并进一步分离、估计与决策。

状态估计诊断法由根据水电生产过程的控制逻辑来判断机组是否有故障状态，可由机组监控系统直接支持。

3．2第2层

基于标准和经验归纳出的诊断规则，故障可分为确定性故障和不确定性故障两种。

对于确定性故障，也就是一般的产生式故障，可建立用于逻辑推理的知识模型库。而对于非确定性故障，一般采用模糊产生式规则来表示故障诊断知识，即用模糊关系矩阵来表示前提条件与结论之间的因果关系。

此外，还可采用可信度方法、概率方法等来描述其不确定性。可对这些方法进行充分收集，整理优化后形成一个较完整的诊断推理机制。

3．3第3层

根据类似故障诊断事例训练构造的人工神经网模型，其实质是一个故障分类和识别过程。人工神经网络在此作为一个自适应的模式识别技术，利用自身的学习机制，通过对案例样本的学习，自动形成相对应的决策区域。而且样本变化时，如案例增加时，神经网络训练所获得的映射关系可以自适应，达到对准确诊断的进一步逼近。

3．4第4层

该层知识由案例-子案例等级框架表示组成，形成了最特殊知识的诊断案例子库。

对机组在线状态的信息诊断同案例子库中的案例描述进行匹配，得出解策略。

以上4层次知识模型子库既有其独立性又紧密关联。当机组的新类型故障被诊断出来后，可对其进行描述，添加到案例-子案例等级框架中。新类型故障同框架内的原有相似故障可用于构造和训练新的神经网模型，加入到第3层的人工神经网络模型子库中去。新类型故障同原有相似类型故障的诊断方法规则，加入到第2层的规则子库中去。而以上3层的知识表示如可以采用定量信息表示，又可建模加入到第1层的机组模型库中。

4 融合诊断推理

对于复杂故障的诊断，不能简单地仅通过某一种方法诊断出来，有效的方法是将各检测信息有效结合判断的融合诊断法。

文献[2]中，提出一种基于信号处理的人工神经网络诊断方法，即基于小波变换的特征提取、基于遗传算法的特征选择和基于神经网络的状态识别理论。

该方法可将机组多个传感器信号，如振摆、气蚀、水压脉动信号等，用加权法实现信息的初级融合，按给定的小波函数进行小波变换，提取其特征成分，用遗传算法搜索选择输入参数中最为重要的特征参数，与已知目标特征信息一起作为训练样本，送神经网络训练，实现状态识别和故障诊断。对某些复杂检测信息也采用小波变换法，如对于绝缘监测中所测局部放电数据的处理，针对其局放信号微弱、噪声大的特点，采用小波变换进行分析，可充分利用小波分析良好的时频分析特性得出合理的策略，直至给出最佳处理方案，得出最精确的预测控制和诊断结果。

5 结束语

水电机组的设计、制造、安装和大修中，都对机组各状态参数提出规定和要求，但由于水电机组在运行过程中存在不规则的水力干扰，不仅不同机型不同容量不同结构的机组，实际运行参数量值及其变化规律不一样，而且同一电站同一机型的几台机组，运行参数实际也难一致。如一般机组瓦温带满负荷时比空载时高3～5℃，而有的机组带负荷后温度并没有上升，甚至略有下降。又如有些机组上机架振动达1mm而能长期运行，有的水导运行摆度达到0.8mm，瓦温却正常，运行也稳定。因此，要在故障诊断推理系统内制定一个统一的标准，难度很大，而且到目前为止，尚未有一个国际性的状态监测标准。

从实际的大修内容看，主要是因空蚀、磨损、腐蚀、老化、疲劳引起的零部件损坏和构件松动，但要直接测量，尤其象橡胶密封老化程度的在线测量是十分困难的，甚至是不可能的。所以在故障诊断推理系统的监控中心中设置人工干预功能，适时补充案例层知识，实现人机结合、智能互补是必要的。而把人融合到整个系统中去，还可以根据各自机组的特点，对某些诊断进行重新设置或修正，形成针对机组特点的智能高效推理机制，以达到对各自机组故障的最精确预测和诊断。

参考文献

[1]盛兆顺, 尹琦岭.设备状态监测与故障诊断技术应用[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[2]王海.水轮发电机组状态检修技术[M].北京:中国电力出版社, 2004.

[3]沈东.水力机组故障分析[M].北京:中国水利水电出版社, 1996.

[4]周廷虎, 崔悦.安康水电厂水轮发电机组状态监测与诊断系统[J].水电自动化与大坝监测, 2006 (3) .

[5]郑杰.水电机组的状态监测及状态检修[J].水利科技, 2001 (3) .

智能模型库系统 篇7

同时大量的、规格繁多的各种电能计量器具的进出,对计量装置仓储管理提出了更高的要求。由于涉及电能计量装置的数量大,工作繁琐,为保证电能计量资产管理的准确无误,降低差错率,实现电能计量资产和计量器具库房的科学管理是一个非常重要的环节。

针对这种发展趋势,建设“自动化检定、智能化仓储、物流化配送”的计量中心势在必行。应充分利用自动化技术和现代物流理论,建设全自动检定流水线和智能仓储设施。

1 系统总体设计

单相电能表自动化检定流水线及智能立库系统由单相电能表自动检定流水线、智能立体仓库、AGV(自动导引运载装置)三大子系统构成。

1.1 智能立库系统

智能立体仓库有3个巷道、6排货架、33列货位,总共可储存15000只单相电能表、5000只三相电能表、3000只低压电流互感器。物流处理上,配有3台堆垛机和2台穿梭车等机械设备。系统构成如图1所示。

智能立库系统利用立体货架、巷道堆垛机、往复式升降输送机、往复式穿梭车、自动输送系统、输送电控系统以及计算机系统实现计量设备的智能存储与输送。能够接收营销系统下达的出库、入库、配送、电能表检定等任务,自动完成电能表的存储与输送。物理上与流水线自动化检定系统连接,送入待检电能表,接收检定完毕的电能表。

1.2 单相电能表自动检定流水线系统

单相电能表自动检定流水线系统采用柔性链板输送机构,在物理上与智能立库系统实现无缝接驳、管理上与营销系统相连,能够接收营销系统下达的电能表检定任务,自动完成电能表检定。该子系统可完成耐压测试、液晶屏显示检测、误差综合测试、自动封印、自动贴标以及不合格表自动分拣工作,其中误差检定设备为7条并行24表位误差检定设备,可同时检定168只电能表,设计检定能力单相电能表18万只/年。物流处理上,系统配备1套周转箱、2台拆码垛机、1台三坐标上下料机械手。系统构成如图2所示。

1.3 AGV输送子系统

AGV输送子系统由1辆AGV小车、地面导航系统、在线自动充电系统、AGV控制台和通讯系统等构成,它接受来自智能立库系统调度层的指令,负责将立体仓库送出的待检表和互感器送到指定的接货站台,并将较验完成的电能表和互感器送回立体仓库的入库站台。

各个子系统均在上层营销MIS的统一管理下工作,各子系统接到营销MIS的下达的任务后会自动调度所属设备完成既定工作。整个系统的流程图如图3所示。

2 系统应用

珠海供电局电能计量自动化检定流水线及智能立库系统是广东电网公司为适应并引领电能表检定现代化发展的需要而组建的一个高科技技术平台。技术全面,规划合理,既有自动化校表线,又有传统检定台和互感器检定设备,是南网乃至全国功能最为完备的计量检定系统之一。

该系统由广东省电力设计院总体设计,由郑州三晖电气股份有限公司承建;为广东电网公司在我局的试点建设项目。

该系统从2010年5月,历经了技术方案研究、项目设计、实验室环境改造、设备硬件安装,软硬件联调、现场验收等多个阶段。2012年8月3日,该系统正式通过整改验收,正式投入生产运行。自正式投入生产运行以来,已成功检验单相电能表34000余只,运行情况良好。该系统的应用极大地提高了工作效率,减少了人工劳动,达到了预期效果。该系统荣获了珠海供电局2012年科技进步二等奖。系统采用的新型实用的电能表接线定位装置,已成功申请实用新型专利。

3 效益分析

3.1 经济效益

按照传统检定模式,共有2台24表位单相电能表检定装置,每台装置配备2名检定人员,共4名检定人员检定48只单相电能表需要83min,其中电能表检定时间为73min,其他如拆线、盖章、将表装框等辅助工作需要10 min。而自动化检定流水线系统有7台并行的24表位单相电能表检定装置,可同时工作,并可实现连续作业,检定168只单相电能表仅需60 min。而在厂家人员的配合下,只需配备1名检定人员。按每日6.5小时的工作时间计算,传统检定模式下,每日检定量为226只单相电能表,而自动化检定流水线系统的日检定量为1092只,是原有的4.8倍。通过以上分析可以看到,应用了自动化检定流水线系统后,检定人员减少了75%,而电能表的检定效率却提高了160%,工作效率得到了很大的提高。

3.2 社会效益

(1)提高计量检定中心的技术水平,提高检定工作效率,使检定产能弹性加大。并且提高了计量检定设备的利用效率,提高投资效应。

(2)提高电能计量管理的质量和安全水平,减少和避免了业务差错。

(3)在智能表库中存放的电能计量装置有着良好的抗干扰性,不会发生表计之间相互干扰导致失效的事故。并且形成数字化管理机制,系统可对各种数据进行分析。

(4)自动化检表系统的研制建立在电能表技术标准统一的基础上,不仅将大大推动电能计量管理标准化建设的步伐,系统所具有的智能化功能也为未来智能电表的广泛应用创造更有利的技术平台。并为其它供电局同类项目提供了参考。

4 结语

单相电能表自动化检定流水线及智能立库系统功能齐全,设备先进,投入生产运行后,取得了显著的经济效益和社会效益,大大提升了计量中心管理水平。单相电能表自动化检定流水线及智能立库系统是今后电能计量技术的发展方向,为其他供电局同类项目提供了成功经验和参考价值,值得在全省范围内推广应用。

摘要：随着市场经济的发展和电力体制的改革,形成了电能计量装置集中检验、统一配送的新型管理模式,对电能计量装置的检定速度提出了更高的要求。同时电力需求侧的管理现代化发展水平越来越高,市场化也要求进一步减少人为差错对电能计量的损失。因此,机电一体化的全自动计量检定设备才能满足新形式的要求,真正实现减员增效。

关键词：电能表,自动检定,流水线研究,系统应用

参考文献

[1]张燕,黄金娟.电能表智能化检定流水线系统的研究与应用[J].电测与仪表,2009(12):74-77.

[2]高利明,陈卓娅,张欲晓,等.一种智能化全自动流水线电能表检定系统[J].河南电力,2011(4):38-41.