仿真方案范文-盘古文库

仿真方案范文（精选11篇）

仿真方案第1篇

由于影响战时后勤保障的因素很多,战前指挥部门在拟定方案时不可能考虑到所有情况,不可避免的存在一定的误差。采用系统仿真的方法按方案要求建立军事物流配送系统模型,进行仿真实验得到结果输出,并对实验结果进行分析,可以极好的评估配送方案的执行效果,为辨别方案的优劣提供了一个较好的方法。

1 军事物流配送方案仿真建模的研究方法

军事物流配送方案是为完成后勤保障任务而作的预先安排,是组织实施后勤配送的基本依据。通常在作战准备阶段根据军事指挥员决心、上级后勤指示、本级后勤指挥员意图,结合后勤实际情况及敌情、战场环境等条件拟制[2]。

仿真人员在拿到方案后必须对其进行细致的分析,首先建立军事物流配送系统模型,然后在系统模型的基础上建立仿真模型,最后按方案运行仿真模型得到输出数据,通过对输出数据的分析,评估军事物流配送系统的保障能力,在对保障能力分析的基础上评估方案的优劣。这是一种环环相扣,缺一不可的研究方法。

2 军事物流配送方案系统分析

对军事物流配送方案进行仿真的前提是对方案全面、细致的分析,为建立军事物流配送系统模型打下基础,而分析的重点有以下几个:

2.1 方案介绍的战场情况

战时军事物流配送方案首先要对战场情况和敌我态势进行设想,仿真人员在拿到方案时首先要关注的就是这一部分。通过对方案中这部分的分析,可以得到敌情、我情、地方支前情况、地形、道路情况、水文、气象情况等[2]。

通过对以上情况的分析,可以了解战争的激烈程度;敌方现存的可对我方军事物流配送系统进行打击的主要力量和可能造成的后果;我方军事物流配送系统已有的装备和人员实力;地方支前力量的动员程度;保障地域的交通情况;作战地域的天气情况和部队对物流配送保障的需求等。

2.2 方案中描述的后勤保障决心

指挥员对后勤保障目的和行动作出的决定,亦称后勤保障决心,是后勤指挥的基本依据[2]。主要内容包括:后勤部署;主要作战物资的储备标准、消耗限额和物资补充的规定;战斗减员率预计及伤病员救治与后送的组织;后勤装备战损率预计及抢修的组织;交通运输的组织,后方道(航)路的使用区分与维修;地方力量的动员和使用;加强部队、分队和民兵(工)的保障关系等[2]。

通过对以上情况的判明可以了解的信息有:配送中心的部署位置和数量;油料、给养、战救药材、被服装具、野营装备等物资器材的储备标准和消耗限额;作战各阶段、各部队、分队物资器材补充的数量、时机、方式和顺序等;通用输任务区分,承运单位和运输方式,完成时限及措施,前后送道(航)路的使用区分和维护等;通用保障力量和专用保障力量的部署情况;运输装备战损概率的大小等信息。

2.3 方案介绍的后勤通信保障和后方防卫情况

后勤通信是为保障后勤指挥而建立的通信联络。主要任务是:传递后方命令、指示,向上级请示、报告,收集与后勤有关的各种信息[2]。后勤防卫是为防备和抗击敌人对后勤的袭击、破坏所进行的警戒、防御、防护活动。其目的是保障后勤人员、物资、装备和设施的安全,提高后勤生存能力,保证后勤任务的顺利完成[2]。

通过对以上情况的分析可以得到的信息有:配送中心通信网络的情况;对抗电子干扰的能力;快速反应能力;机动通信能力;抗毁能力和后勤信息传递与处理的自动化水平;军事物流配送系统防卫体系的情况;战时配送中心和在运物资遭受打击的可能性;系统各实体受到打击后的恢复能力等。

3 构建军事物流配送系统流程模型

对军事物流配送方案的分析只是了解配送中心运行状况和采集数据资料的过程,在详细分析的基础上,必须构建军事物流配送系统模型。系统模型可以是多样的,有文字叙述型、流程图型、图标型、数学表达型。而流程模型最能体现出军事物流配送中心的运作过程,为分析方案的优劣打下基础。流程模型中应包含有:临时实体到达模型、永久实体服务模型和排队规则[3]。

3.1 军事物流配送系统流程模型的主要内容

3.1.1 配送式后勤的组织结构、作业流程以及军事物流配送中心作业流程

仿真人员在对方案分析的基础上应该明确配送式后勤的组织结构,以便理解整个后勤的指挥结构,各实体的具体名称和相互间的隶属情况。配送式后勤保障作业流程包括业务流程和数据流程。配送式后勤保障业务流程体现了从某分队发出补给申请到获得补给的过程中涉及到的实体,以及各实体在保障过程中的动作。配送式后勤保障数据流程,体现了在保障过程中流通的数据名称,以及各实体流入和流出的数据。军事物流配送中心作业流程应包括进货作业、搬运作业、存储作业、订单处理、拣货作业、补货作业、发货作业和配送作业。

3.1.2 临时实体到达模型

军事物流配送系统中的临时实体有:上级下达的保障命令、由于货物被毁要求重新配送的申请、需要入库的物资。其涉及到的模型有:保障命令到达时间间隔的概率分布、重新配送申请到达时间间隔的概率分布、入库物资到达时间间隔的概率分布。

3.1.3 永久实体服务模型

军事物流配送系统中的永久实体是物流配送中心的仓储机械设备、土建设施、分拣设备和配送用的运输设备。其涉及到的服务模型有:不同批次货物从到达配送中心到存入立体仓库的时间概率分布;从作战实体发出保障申请到保障命令到达配送中心的时间概率分布;从保障命令到达配送中心到完成出货作业的时间概率分布;从运输装备离开配送中心到抵达被保障实体的时间概率分布。

3.1.4 订单排队规则

配送中心订单排队传统的做法是根据客户的紧急程度、客户对配送中心的效益贡献等因素,为客户设定优先级,以优先级决定处理顺序[3]。由于军事物流配送有其特殊性,因此其订单排队规则应强调先主要作战方向,后次要作战方向;先主力部队,后其他部队;先重点地区,后其他地区的原则。

3.2 建立军事物流配送系统模型时要注意的问题

3.2.1 配送式后勤保障与传统后勤保障的区别

我军传统的后勤保障,体现的是逐级补给、定点区域保障的方式。这种传统保障模式下的保障程序是:作战需求单位逐级向后勤指挥机构上报需求信息,后勤指挥机构做出计划安排,将需求计划和保障指令再逐级下达给保障部门的指挥机构,保障部门指挥机构接令后,再向保障单位下达保障指令,保障单位再行组织实施保障。

传统的后勤保障流程图如下:

从上图可以看出,以陆军为例,最底层的团一级单位要想获得补给必须通过师后勤,而师后勤必须通过集团军后勤,集团军向后勤联合指挥所提出保障申请,由联合后勤保障力量进行保障。这是典型的树状保障体系,从上到下环节很多,制订保障方案时十分复杂,无法有效整合保障力量,并且由于部署分散,不便于后勤防卫。

而配送式后勤则要求尽量发挥配送中心的强大功能和技术优势,整合多兵种后勤资源,裁剪不必要的指挥层次,实现各兵种通用物资及时配送到团一级单位。

在这种思想指导下的配送式后勤流程如下:

从上图可以看出,由于整合了各兵种后勤资源,空军、海军和二炮部队不再需要单独设立通用物资后勤保障力量,并且裁减了军和师一级后勤力量,实现了直接到团的及时保障,压缩了指挥层次,提高了反应速度,并且由于保障力量的集中配置极大的降低了后勤防卫的难度。

仿真人员在分析军事物流配送方案时必须深刻理解配送式后勤与传统后勤保障的不同,跳出传统思想的制约,以全新的视角分析方案。

3.2.2 军事物流配送系统模型的有效性

军事物流配送系统属于复杂的离散事件动态(DEDS),其系统模型很难用解析方程来表达,在系统建模过程中重要的是反映军事物流配送运行的机理和状态变化规律,正确反映按军事物流配送方案完成保障任务的情况。

系统建模要在费用与模型价值间找到一个平衡点,如图3所示,要求系统模型具有100%的可信性,会导致系统仿真所需要的时间和费用都大幅增加,而军事物流配送方案仿真建模最不能容忍的就是所需时间过长。判断系统模型是否有效的较好方法是,后勤指挥员和方案编写人员认为系统模型是正确的。

3.2.3 系统采集的参数是否合理

军事物流配送系统的参数有:每种物资出入中心所经过的设备、工序,在每个工序停留的时间;配送中心堆垛机、运输机、拣选设备、分拣设备的速度、加速度;出入库物资的到达时间间隔;运输设备的装卸时间;各种优先级的设定;系统输入的随机变量的分布和特征值等。

军事物流配送方案的制定人员不会告诉仿真人员这些系统的具体参数,只会给以文字描述,这就需要仿真人员依据自己的经验推测出系统的各项参数,这些参数一定要得到后勤指挥员和方案制定人员的认可,才可以用于系统仿真中。

4 军事物流配送系统仿真建模

系统模型仅仅是对军事物流配送的抽象化描述,是仿真者对系统深入了解的必经过程。然而这种模型仅仅能够被人脑所理解和接受,还无法使其在计算机上运行。为此还需建立计算机可运行的模型,即仿真模型。

军事物流配送系统是一个复杂离散事件系统,其仿真模型通常由以下几部分组成:系统状态、仿真钟、事件列表、统计计数器、初始化程序、时间推进程序、事件发生程序、随机观测生成程序库、报告生成器和主程序。

仿真建模时主要完成的工作有:

①根据所已知的到达时间间隔的概率分布,用随机数发生器生成符合这些概率分布的一系列时间间隔值,按照这种间隔,不断产生保障命令、重新配送申请和需入库的物资。

②用随机数发生器生成每个命令、申请和入库操作的服务时间,并使这些时间符合已知的概率分布。

③采用界面或程序语言建模方式完成下列随机事件的逻辑和过程:根据概率分布随机产生的保障命令和重新配送申请到达配送中心,进入配送排队系统,如配送中心管理信息系统正忙,则命令等待,如系统空闲,则接受处理,处理完毕后退出系统;根据概率分布随机产生的补充物资到达配送中心,进入入库排队系统,如配送中心管理信息系统正忙,则命令等待,如系统空闲,则接受处理,处理完毕后退出系统。入库和出库操作可以同时进行。

④定义适当的系统输出和仿真报告,运行模型并输出仿真结果。输出的仿真结果体现了军事物流配送中心按物流配送方案执行后的运作效果,通过对这些数据的分析可以评估方案的优劣。

5 结论

仿真方案第2篇

一、裁判员

（一）裁判员为金元本部火电部、人资部及各单位推荐人员。

（二）每参赛队推荐1名领队兼裁判员，负责本单位代表队的日常管理工作，同时配合组委会开展仿真机竞赛考评的有关工作。

（三）各单位推荐的裁判员要求熟悉集控运行专业的副主任以上管理人员。

（四）裁判不得参与本单位选手的评分，并在本单位代表队比赛期间主动回避。

二、参赛对象

（一）金元集团各火电单位：纳雍一厂、纳雍二厂、盘南电厂、黔北电厂（300MW机组）、黔西电厂、鸭溪电厂、习水电厂、金沙电厂（125MW机组）八支代表队分别组队参加。

（二）每个代表队派4名选手参加，即值长或单元长1名，主值1名，副值或巡操2名。上述参赛人员以2013年7月1日前已取得对应岗位当班资格人员为准，决不允许“高岗低用”的方式参加竞赛。

（三）在金元集团组织的往届技能竞赛中，取得各参赛岗位第一名的人员不得参加此次同岗位的技能竞赛。

（四）参赛选手要求熟悉机、炉、电运行专业的集控值班人员。

（五）为提高竞赛质量，根据“全员参与”的竞赛原则，要求各单位组织赛前选拔，各参赛选手在公平选拔中产生。

三、竞赛时间及地点

（一）时间待定。

（二）地点：贵州电网公司培训中心。

四、竞赛方式

（一）本次竞赛分为理论知识考试和技能操作考试，权重分别占30%和70%。

（二）理论知识考试采取笔试形式，满分为100分，考试时间120分钟。

（三）技能操作考试在仿真机上进行，满分为100分。包括热态启动和事故处理，各占60分和40分。

（四）各参赛的4名选手为一组，单位值长或单元长负责指挥或协调，主操和副操或巡操配合操作。

（五）本次理论竞赛试卷，不按机组容量大小分类出卷；技能操作以贵州电网公司培训中心135MW、300MW、600MW机组仿真机上分类操作，但评分标准一致。

五、竞赛内容

本次竞赛内容以集控值班员所必备的专业技术知识和技能能力为基础，力求贴近岗位素质要求、贴近生产运行实际，内容包括持证上岗培训内容、安全生产规程、生产管理制度、运行规程、生产实际案例分析等。

（一）理论知识考试 1.持证上岗考试题库。

2.安全生产规程（GB26164.1-2010电业安全工作规程第一部分：热力和机械、GB26860-2011 电力安全工作规程发电厂和变电站电气部分）。

3.生产管理制度。4.运行规程。

5.生产实际案例分析（金元集团历年生产事件报告单）。

（二）技能操作考试热态启动及事故处理。

六、成绩统计

（一）个人成绩

技能操作得分计算方法为：主值、副值或巡操技能操作得分为实际操作成绩。值长或单元长技能操作成绩由两项成绩组成：一是热态启动时的现场指挥、协调、掌控能力成绩；二是事故处理成绩，其评分标准和试题库与主值一致。

（二）团体成绩

各参赛单位所有选手成绩之和为各代表队团体成绩。

七、排名规则

（一）个人名次依据选手个人总成绩确定排名。不设并列排名，考试总成绩相同时,以技能操作成绩确定；技能操作成绩也相同时，以热态启动成绩确定。

（二）团体名次依据各代表队选手个人总成绩之和确定排名。不设并列排名，代表队成绩相同时，以各代表队技能操作成绩确定；技能操作成绩也相同时，以该代表队个人成绩最高者确定。

（三）个人及团体奖，均不按机组容量大小分别排名。

八、奖项设置

本次竞赛设立个人和团体奖项。

（一）个人奖项：值长或单元长、主操岗位分别取个人前3名；副操或巡操取前6名。并授予个人竞赛项目第一名获得者“岗位技术能手”称号。

（二）团体奖项：以参赛代表队为单位，取前3名。

（三）金元集团将对获奖单位和个人进行表彰，同时公布参赛单位成绩。

九、考场规则

（一）理论知识考试

1.考试前15分钟进入考场，对号入座。

2.试题答题统一使用黑色黑水中性笔。与考试无关的物品，按规定存放在考场指定的位臵。移动电话等通信设备应关闭。

3.开考前30分钟内选手不得退场，开考30分钟后迟到的选手不得入场。

4.按规定在试卷装订线以内填写姓名、单位及岗位等。装订线以外一律不得书写姓名、单位等，否则，试卷作废。

5.遵守考场规则，考试时不准旁窥、交谈、吸烟、传递纸条等作弊形为，交卷后不得在考场附近逗留或谈论。6.服从监考人员的管理、监督和检查，违者将取消评选资格。

（二）技能操作考试

1．按照实际操作的方式，进行机组启动和事故处理。2．各参赛队在赛前由领队抽签决定参赛时间，再依照时间顺序进入机房，除评委及工作人员外，其它参赛人员不得进入机房。

3．实操考试时间为170分钟，操作内容为热态启动操作及3个事故处理，其中热态启动时间为120分钟，事故处理为50分钟，热态启动完毕后休息10分钟再进行事故处理操作。

4．事故处理在评委监护下操作，由领队抽签决定考试题号，领队抽签后离开机房，工作人员再通知参赛人员进入机房考试。

5．各参赛队在操作过程中，评委只听、看，不提问。热态启动在值长或单元长的指挥下进行，操作过程中的关键环节，由值长或单元长报告评委；事故处理时，参赛队发现事故后及时进行处理，处理完毕后把看到的现象、判断的结果以及怎样处理报告评委。在所有操作结束后，评委再进行提问，参赛队员回答评委问题时，思路清晰，声音洪亮、口齿清楚。

6．热态启动要求参赛队员在规定时间内完成指定热态工况下将机组启动并带满负荷。

7．热态启动操作按小组进行，各参赛队4名选手组成1组，在值长（或单元长）指导下进行炉、机、电相关专业操作，评委对各选手均进行评分。

8．每名参赛队员处理3个事故，其中炉、机、电专业事故各1个。

9．事故发生后，参赛人员应及时汇报，处理终止时间由评委根据处理情况决定。

10．事故处理完毕由参赛人员向评委汇报，汇报的内容为发生事故的名称、主要现象和处理过程，并回答评委提问。

十、裁判工作守则

（一）裁判员要服从裁判长领导，遵守裁判员守则，文明评审。

（二）裁判员应仪表整洁，语言举止文明礼貌，接受竞赛选手的监督。

（三）保守竞赛试题秘密，严格遵守赛场纪律。

（四）严格遵守竞赛开始与结束时间，不得擅自提前或延长。

（五）裁判员应严格执行竞赛规则，除应向选手交代的竞赛须知外，不得向选手暗示或解答与竞赛有关的内容。

（六）裁判员按竞赛规则、评分标准进行评分，做到公平、公正、真实、准确，并与裁判组长共同在评分表上签名，注明完成时间，并将试题和评分表封装后交工作人员。

（七）竞赛过程中如出现异常情况，由当值裁判组集体讨论解决，并及时汇报裁判长。

（八）裁判员要严格遵守保密制度，不得对外透露评分情况。

（九）正式考试前，工作人员要检查、测试设备，以免影响考试顺利进行。

（十）裁判员应妥善处理好考评期间的工作事务，任何人员不得请假。

十一、选手参赛守则

（一）讲道德、讲文明、讲礼貌，赛出风格，赛出水平。

（二）尊重监考人员、裁判，服从工作人员的安排，遵守考试的各项规则。

（三）考试中遇到问题，应通过组委会，按照正常程序反映解决。

（四）严禁在考场上与裁判和其他选手、工作人员发生争执、吵闹等不文明的行为，否则视情节给予警告，直至取消其资格，并通报所在三级单位。

（五）遵守考试时间规定，按时参加考试。

（六）考试结束后，选手应迅速离开考场，禁止在考场周围议论考试内容或大声喧哗。

十二、违纪处理规定

为严肃纪律，端正赛风，保证竞赛公平、公正、有序进行，裁判人员、工作人员、各代表队必须严格遵守各项规章制度。对于违纪人员将给予以下处理：

（一）参赛选手报名岗位弄虚作假，考试作弊等违纪行为，一经查实，将取消其考试资格及所取得成绩。

（二）裁判人员有徇私舞弊、偏袒一方、裁判不公正等行为的，或不负责任、严重疏漏、影响竞赛正常进行的，一经查实取消该裁判员的资格，并给予通报批评。

仿真方案第3篇

而对于世界上最大的恐龙究竟会有多大这个谜题，3D和产品生命周期管理领域(PLM)解决方案提供商达索系统的子公司Simulia公司的Abaqus软件，帮助古生物学家菲尔•曼宁证实了有关大型恐龙体型极限的推测，这个推测的数据至少比现在推测的最大的恐龙重30吨，这是Simulia公司的有限元分析软件Abaqus第一次应用在判定恐龙的体型极限上。

菲尔•曼宁在接受采访时表示，为了寻找能够承受强大压力的测试工具，揭开恐龙的这个秘密，他和航天领域的专家合作，将广泛运用于火箭设计和测试的有限元仿真软件Abaqus应用在了他的模拟实验上。通过对恐龙体重、骨骼强度以及行动的模拟，最终揭开了身形巨大的恐龙能够在这个世界上生存并自由行动的秘密。实验证明了他的推测是正确的，恐龙的骨骼可以承受的压力高于120吨，甚至可以达到150吨，而目前人类所发现的恐龙，其体重还远没有达到这个数字。

仿真方案第4篇

装备保障方案是指导和调整装备保障活动的行动准则;是依据装备作战使用要求和装备保障指挥员的保障决心,对完成装备保障任务和实施措施的总体设想;是制定装备保障计划的依据;是对装备保障任务的内容、步骤和实施程序所做出的科学安排和规定。

装备保障方案系统是利用计算机网络以及相应的软件技术,通过装备保障可能出现的影响装备保障能力的诸要素,建立的一体化、联合战役下的装备保障方案系统,为制定规范合理的装备保障方案提供了方法和条件,保证了部队装备保障有序、顺利、高效的进行。

1 装备保障方案系统的总体目标

装备保障方案系统的设计总体目标是:运用分布式计算机网络技术和智能决策支持系统技术,面向战区、大军区、集团军以及师旅团的装备保障指挥员以及业务部门,建立一个制定战时装备保障方案的应用平台,为战时各级装备保障指挥员提供一个规范的、详细的装备保障方案,同时为装备保障方案仿真评估平台提供装备保障方案模型及数据库信息。通过装备保障方案系统的仿真评估,确定能够完成装备保障任务的最有效、最利于保障和运行的装备保障方案。实现装备保障指挥员对装备保障力量的有效使用,对部队执行作战任务提供强有力的支撑和保证。

2 装备保障方案系统设计

2.1系统功能设计[1]

装备保障方案主要包括组织指挥计划和专业保障计划两部分。组织指挥计划主要包括:装备保障力量部署计划。专业保障计划包括装备维修保障计划、装备维修器材保障计划、装备(设备)供应保障计划、弹药保障计划和装备运力申请保障计划等。

装备保障方案系统是面向仿真平台的系统,综合性强、复杂程度高,需要对装备保障方案进行结构化、规范化的规定,建立适合装备保障方案仿真的装备保障方案模型。装备保障方案系统主要包括想定模块、装备保障计划制定模块和装备保障方案模型构建模块(如图1所示)。

2.1.1想定模块

想定模块是实现系统运行初始化的基础,包括战场设置、数据管理、条例法规等子模块。这些子模块以数据的形式存储在装备保障方案数据库里。

(1)战场设置。根据用户输入的作战想定和装备保障对象标绘红、蓝军对抗态势,给作战仿真和装备保障方案的制定提供初始环境和基本依据。

(2)数据管理。数据管理模块是对所有数据列表进行录入、修改、删除、维护、查询、调用等的数据维护或管理。

(3)条例法规。将各种条例法规的资料存入数据库中,组织人员在使用系统过程中,查阅方便快捷安全,可以提高训练组织人员的工作效率。

2.1.2装备保障计划制定模块

装备保障计划[2]是组织实施装备保障行动的具体描述,是装备保障方案的进一步细化,二者具有如下关系(如图2所示)。

(1)装备保障力量部署计划。装备保障力量部署涉及设计装备保障力量的部署地域、装备保障力量的编组、人员的配备、装备的组成、装备保障力量的具体任务区分和各装备保障力量的配置展开位置等。

(2)装备维修保障计划。装备维修保障计划主要涉及装备保障维修力量的配置;维修力量的编组;各维修保障力量的维修保障任务和维修保障能力;各维修保障力量之间的保障关系以及针对各个维修保障力量应该采取的维修措施等。

(3)装备维修器材保障计划。装备维修器材保障计划主要包括维修器材库的配置位置;各器材库(所)的编成、属性以及各维修器材库(所)所承担的任务;各器材库所与配属部分队之间的保障关系以及在战时应采取的保障措施等。

(4)装备(设备)供应保障计划。装备(设备)供应保障计划主要包括装备(设备)库所的配置位置;人员和运输工具的编成;与所配属部队的保障关系以及所承担的保障任务等。

(5)弹药保障计划。弹药保障计划主要包括弹药库(所)配置;人员的组织与分工;加大弹药区分,补充限额,消耗限额规定,弹药的管理,与所配属部队的保障关系,仓库的警卫与防护措施与策略等。

(6)装备运力保障计划。装备运力保障计划主要包括运输保障力量的编组;人员和运输装备的编成;所承担的装备保障运输任务,与所配属部队的保障关系;运输方式以及运输时机;各种运输保障措施和策略等。

2.1.3装备保障方案编辑业务流程

(如图3所示)

2.1.4装备保障方案模型构建模块

模型构建模块的主要功能是将装备保障方案的各个装备保障计划体现出的装备保障任务以模型的形式提供给装备保障方案仿真评估工具。

(1)保障关系模型是将装备保障任务所涉及到各个保障任务之间的保障关系进行了细致的规定和描述。主要包括指挥类保障关系、备件类保障关系、维修类保障关系、弹药类保障关系等(如图4所示)。

(2)保障业务过程模型是指根据保障实体以及完成保障任务的单元(最小任务单元)所产生的任务来确定产生保障任务的实体,通过实体的基本活动,建立每类可执行活动的过程模型。实体主要包括指挥类实体、备件类实体、维修类实体、弹药类实体等(如图5所示)。

(3)维修任务区分模型包括三个部分:维修任务分配、维修实体岗位与人员的关联和维修任务量区分。维修任务分配,是指将保障对象的维修任务区分到各个保障实体中,确定保障实体承担该任务单元的何种维修任务。维修实体岗位设置:根据实体任务分配结果,将维修任务所需的人员与维修实体设置的进行关联。维修任务量区分,是指确定某任务在各个级别的保障系统及各个级别的保障实体中的任务分摊比例(如图6所示)。

3 结束语

笔者根据部队装备保障工作的现状,采用面向对象的方法,设计了装备保障方案编辑工具、装备保障方案系统的模型和仿真实体,并采用Qt工具完成了对装备保障方案系统设计,且具有良好的扩充性和通用性,对部队的装备保障方案的使用和装备保障训练质量的提高起到了极大的推动作用。

参考文献

[1]张志伟,胡晓峰,蒋亚群,等.面向武器装备体系的群决策支持系统设计[J].装备指挥技术学院学报,2008,19(3):24-25.

仿真方案第5篇

“化工过程与污染控制”虚拟仿真实验教学中心

建设规划方案

一、实验教学中心建设的基本情况

1.1 现有基础

衢州学院“化工过程与污染控制”虚拟仿真实验教学中心，依托衢州学院化学与材料工程学院应用化学浙江省重点学科、浙江衢州氟硅新材料技术创新服务平台、浙江氟硅技术研究院、应用化工技术省级特色专业、化学工程与工艺校级特色专业等学科专业平台和衢州市氟硅新材料重点实验室、衢州市生态保护与污染控制重点实验室等基础、创新不同层次的实验室，实现了虚实结合、多层次、多形式的实验教学平台。

近年来，中心立足学院自身教学与科研优势，积极创新实验教学，在充分考虑化学工程与工艺、材料加工和环境工程等专业试验的高危性、复杂性和有毒有害性等基础上，中心按照“科学规划、资源共享、重点突出、效果为先、持续发展、低消耗、零排放、易管理”的建设思路，根据“虚实结合、相互补充、以虚验实、高度仿真”的原则，积极探索了虚拟仿真试验教学平台的建设，历经多年的努力，形成了独具特色的“化工生产与污染治理”虚拟仿真实验教学体系。目前，已经建成学生技能训练场所、教师教学和科研平台、人才培养基地，实现了“教学、研究、交流”的功能，基本解决了实物装置占地面积大、维护费用高、三废产品出路等问题，也有效地解决了学生实习动手难的问题，既满足专业工程实训要求，又能实现校企交流，服务企业，同时也为卓越工程师的培养创造了条件。

化工过程与污染控制虚拟仿真实验中心现有专任教师总数28人，其中教授5人，教授级高工1人，副教授7人，高级工程师2人，高级实验师2人，副高以上职称教师比例达60.7%；具有硕士及以上学位的教师25人，具有博士学位教师14人，在读博士1人，有9位教师具有化工企业3年以上工作经历，2位教师具有3年海外博士后或访学经历。其中浙江省“千人计划”1人、浙江省级“151新世纪人才”3人，浙江省高校重点学科负责人1人，浙江省级专业带头人2人，衢州市首届高校名师1人，衢州市拔尖人才1人，衢州市115第一、二层次人才8人。中心现有实验室总面积4525平方米，是我院开展教育教学、科学研究、社会服务、文化传承的重要平台之一。近三年来中心又利用学校拨款、共建项目及自筹资金共计600余万元，购置了大量实验装置，主要用于更新陈旧仪器设备、补充仪器设备台套数，现有仪器设备1268件，固定资产总值1865万元，仪器设备的完好率达到99%以上，各实验室仪器种类齐全、配置合理，能够充分满足化工相关专业学生实验要求。

通过外购、校企合作联合开发及科研成果转化等方法拥有了化工DCS实训基地、生产二甲基硅油的中试级综合实训基地的高仿真工厂、合成氨仿真、“三废”处理单元技术与工艺的多套实物仿真模拟以及化工原理典型操作单元等共计12个可用于本科教学与培养的虚拟仿真教学软件。服务于化工工程与工艺、材料科学与工程、环境工程、高分子材料与工程、应用化工技术等5个专业，每年参与实验的学生人时数达到92480。

1.2 建设规划 1.2.1 中心建设的思路

主动适应社会发展趋势及技术特点对人才培养的新要求，按照“科学规划、资源共享、重点突出、效果为先、持续发展”的建设思路，充分发挥学科平台优势，以重点学科建设为支撑，积极利用企业的开发和支持服务能力，以共享优质实验教学资源为策略，以建设信息化实验教学资源为重点，搭建系统、完善的化工生产与污染治理虚拟仿真教学平台，虚实结合，分批建设，培养具有理论、实践和创新完美融合的应用型人才。虚实结合：化工单元装置、“三废”处理装置“，校内建设以“实”为主，以“虚”为辅；全流程生产装置建设，装置为“实”，操作为“虚”。

1.2.2 中心建设的总体目标

在原有化工原理实验、化工DCS实训基础上，融合化学工程、材料科学与工程和环境工程相关实验和设备，开发下列虚拟实验室，包括：化工原理及化工单元操作仿真实验室、化工管路装拆仿真实验室、虚拟工厂、大型仪器工作原理展示与使用仿真实验室、城市污水处理仿真实验室、电厂废气脱硫脱硝处理仿真实验室、典型工业废水处理仿真工厂。建成化学、材料与环境工程技术人才工程实践能力教育平台；在此基础上，建立一套完善、先进的开放性运行管理体制与网络运行管理平台，实现更广泛的3D虚拟仿真工厂网络在线贡献，服务于省内相关高校专业实习及企业员工培训。力争3-5年建设成为特色鲜明、功能齐全、运行高效的服务化学工程、材料工程与环境工程等各专业的省内一流虚拟仿真实验教学中心。

1.2.3 功能定位

虚拟仿真实验教学中心功能定位：

（1）面向创新性应用型人才培养的现代化实践教学基地（2）教师教学改革与探索基地（3）虚拟仿真实验教学示范基地（4）向社会提供实践训练服务基地

二、支持“十二五”实验教学示范中心重点建设的具体规划

2.1 政策措施

学校非常重视实验教学，一直把实验教学作为教学改革的重点工作来抓，学校积极推进实验教学工作，政策到位、投入大、效果好，表现在：

(1)为全面贯彻落实教育部《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》文件精神，在实践教学方面制定一系列政策措施，以便进一步提高教学质量并实现向教学应用型学校跨越发展。

(2)加强了实验教学的组织领导，实行主任负责制，由中心主任全面负责中心的各项工作，按照统一管理、资源共享、高效利用的原则，对资源优化组合，提高设备利用率。

(3)注重教学政策激励，学校制订“高级专业技术职务破格申报规定”、“教师国内进修和攻读学位管理办法”、“教师出国培训进修管理暂行办法”、“中青年学术骨干培养计划实施办法”、“学术带头人+创新团队培养计划实施办法”等措施激励教师能力提升、实验教学改革、实验教材建设、实验教学成果培育，引导形成一支由学术带头人和高水平教授领衔，结构合理，核心骨干相对稳定，热爱教育，理念先进，教学科研能力强，勇于创新的新型实验教学队伍。

(4)实现实验教学共享平台服务，通过信息平台将中心资源通过网络公开供社会企业或个人学习，同时接受教学反馈意见。此外，中心还承担对社会企业或个人的实验培训及测试服务，实现高校优质实验教学资源社会共享、服务社会，达到协同育人的目的。

2.2 管理制度

2.2.1．组织保障

化工过程与污染控制虚拟仿真教学中心是学校的公共实验教学平台之一，学校教务处、设备管理处、科研处以及人事处等相关部门对教学安排、实验教学仪器设备、实验设施、实验教学用房、虚拟仿真教学资源的研发及中心在编人员等方面实行集中管理和调配，确保中心运行效率。衢州学院化学与材料工程学院负责中心的运行与管理，现代教育技术中心负责信息网络的技术支持与维护。

图1 中心运行结构图

2.2.2 制度保障、管理规范

中心实行统一的管理模式。包括统一规划各专业的实训内容，统一购置、使用和管理教学仪器，统一核算实训教学的经费收支，统一管理实训用房，合理使用实验室。

中心实行主任负责制，设主任1人，副主任3人，中心主任作为第一负责人主持中心的全面工作，副主任分工负责，对实验中心的各项工作进行安排、协调和督促检查。成立包含校内外知名专家、相关学科的教师、合作企业的代表以及正副主任在内的虚拟仿真实验中心发展指导委员会。

图2 中心组织结构图具体职能与管理模式：

（1）学校对中心的日常运行经费以专项经费的形式划拨到中心，专款专用。（2）中心实验室实行开放式管理，制定有相应的开放管理制度，所有实训资源统筹调配。

（3）实验室管理责任到人，职责明确。只要承担了某实验室的管理任务，就承担起该实验室的日常管理、实训准备、仪器设备维护、低值易耗品管理和卫生清洁等工作。

学校对实训教学建立了健全的质量监控保证体系，教学督导组经常随机深入实训教学现场了解情况，征求教师和学生的意见，对实训设备、经费投入、实训环境、教学内容、方法与手段、实训教学改革、建设与管理等进行评价和信息反馈。中心制定了一系列的实训教学考评办法，对每一个岗位都确定了岗位职责和考核目标，所有受聘人员都要签订岗位聘任合同，接受年度考核。

除了严格执行中心的各项规章制度外，中心还专门成立了实训教学工作小组评价和监控实训教学工作，通过对不同层次实训课程考核，实现对学生学习效果的评价。通过在线预习检查，现场教师抽查，考察学生的预习和对实训的了解程度；通过实训过程中的巡视指导、结果检查，考察学生分析和解决问题的能力；通过批改实训报告，考察学生对实训过程、实训方法的掌握程度；通过期末实训考试，考察学生在实训要求理解、实训方案设计等多方面的表现，评判学生的实践能力。

另外，中心还建立健全的质量监控保证体系，教师测评制度和学生评教系统。建立完善的教师测评制度。比如：主任听课制、期中检查、期末总结、学生测评、督学听课、意见反馈等。年终由考核小组对中心全体教师和实验室技术人员进行年度考核；设立学生评教系统，每学期末，学生无记名填写教学情况调查表，由相关人员统计后，记入老师教学档案，并将学生意见反馈给中心主任、课程责任人或者老师本人，以利改进。

2.3 经费投入

中心日常建设与运行经费由学校负责拨付，学校将积极努力从各种途径筹集建设资金，继续通过“中央财政支持地方高校发展专项资金”、实验室建设经费、专业建设经费、教学经费为中心正常运转、软件开发及更新、实验实习教学提供经费，并积极争取相关企业经费支持。此外，推动自主开发软件的商业化运行，为中心筹集更多的经费。具体如下：

(1)省教育厅、省财政投入支持实验教学示范中心建设经费：300万元。

(2)实验室建设经费：60万元。

(3)专业建设经费：20万元

仿真方案第6篇

关键词: 轮机仿真训练器; 数据通信; USB 2.0技术

中图分类号:TK223.5;TP391.9;TP393.04文献标志码:A

Design for data communication of 2H-4000 marine engineering simulator

LI Jun1, ZHANG Zhenghong2

(1. Navigation Department, Nantong Shipping College,Nantong Jiangsu 226010, China;2. Shanghai Honghao Science & Technology Co., Ltd., Shanghai 210002, China)

Abstract:In order to meet the requirements of large communication capacity and high reliability for 2H-4000 marine engine simulator, a specific distributed computing software model is used, and data communication in the shared memory is realized by means of communicational agent program. The USB 2.0 technologyis used to realize communication between hardware and computer, and design scheme of data communication. According to the practical operational results, reliability, maintainability, scalability and rapidity of the data communication method are realized.

Key words:marine engineering simulator; data communication; USB 2.0 technology

0 引言

轮机仿真训练器是培养轮机人员的重要训练设备.运用轮机模拟器的仿真培训代替船员的部分海上经历,有助于提高实船操纵中所必需的快速反应能力和安全操纵能力,缩短轮机员在航适应时间,减少海上事故的发生,可有效地培养现代高级轮机管理人员.国际海事组织(IMO)在STCW 78/95公约中已将轮机仿真训练器列为船员必备的培训设备之一,并要求轮机模拟器具有足够的仿真环境,使受训者能获得并表现出培训目标所要求的技能.[1]目前,国内外已有多家单位开发出轮机仿真训练器,如挪威的N0RCON公司、英国的Transas公司、国内的武汉理工大学[2]、上海海事大学[3]和大连海事大学[4]等.

2H-4000轮机仿真训练器以上海远洋公司第5代全集装箱船“鲁河”号为母型船,盘台界面按船舶实际结构布置,采用计算机软件进行分布式架构,盘台设备与仿真系统间的数据通信采用USB 2.0技术.研发过程中主要考虑:(1)轮机仿真训练器应满足轮机专业教学、实际操作培训和评估考核等要求,使用频率高且培训项目多,必须保证其运行的可靠性、易维护性和可扩展性;(2)轮机仿真训练器包含近百个数学模型、逻辑控制模型和上千个点的硬件控制/显示,须保证计算机仿真运行的实时性.

本文介绍2H-4000轮机仿真训练器各部分的组成特点,并针对以上问题提出切实可行的技术方案.

1 2H-4000轮机仿真训练器系统组成

2H-4000轮机仿真训练系统主要由盘台设备、软件模型和数据通信等3个部分组成.系统组成框图及数据通信原理见图1.

图1 系统组成框图及数据通信原理

盘台设备包括电站(发电屏、配电屏和应急发电屏),示教板,机电控制箱(主海水控制箱、辅锅炉控制箱和压缩空气控制箱等),集控台(AC-4主机遥控控制面板、SSU安全保护控制面板、DGU电子调速系统控制面板和ETU机舱监测报警控制面板等),驾驶台以及机旁操作台.软件模型包括主机模型、机电控制箱模型、辅机及管路模型、监测报警系统和电站系统等5个分系统模型.数据通信主要包括2种方法:(1)计算机仿真模型采用分布式运算架构,基于TCP/IP协议用通信代理实现数据在共享内存中的通信,实现模型处理的实时性;(2)硬件盘台数据采集系统,采用485总线结构采集数据,再通过USB 2.0通信接口实现盘台设备与计算机模型间的通信,实现轮机仿真训练器的可维护性与可扩展性.

2 分布式运算架构下的通信代理技术

2H-4000轮机仿真训练器的计算机系统采用最新的分布式运算架构.分布式运算架构指各软件之间互相共享信息,既可以在同一台计算机上运行,也可以在通过网络连接起来的多台计算机上运行.[5]在2H-4000轮机仿真训练器中,有近百个数学模型用于实现对主机、辅机、电站及其控制系统的仿真和对硬件盘台设备的控制.如果所有数学模型集中到1台计算机上运行,大量运算资源的消耗将不能保证仿真训练的实时性.将计算模型分布到几台计算机中,通过通信代理技术实现数据通信,提高每台计算机的运算效率,保证仿真系统的实时性.在这种架构下,轮机系统的仿真模型分布在各模块中,每个模块单独运算,并将计算结果通过网络发送给其他模块;各模块相互独立,模块之间经通信代理通过TCP/IP协议进行网络通信,实现数据传递.这种耦合结构使系统调试更为方便、灵活:在其他模块不工作时,可进行单模块调试;所有模块集中到同一局域网内时,可进行系统联调.因此,在进行电站培训、评估或出现故障时,可将其他盘台设备及软件模型隔离不用,仅用模块PowerStation.exe及电站盘台设备;模块间的数据交换通过通信代理间接进行;通信代理和应用程序之间通过共享内存区域进行数据交换;应用程序发送数据时,将数据写入共享内存,再由通信代理从共享内存中读取数据,通过TCP/IP协议发送;通信代理接收到数据后,将数据写入共享内存,由应用程序主动读取.

以主机模型为例,当主机模型向外发送数据时,其数据流程:(主机模型所在计算机)主机模型待发送的数据→共享内存中的“Sending Data Shared Memory”→通信代理中的“数据发送线程”→TCP/IP协议→(其他模块所在的计算机)通信代理中的“数据接收线程”→共享内存中的“Receiving Data Shared Memory”→其他模块读取调用.通信代理工作原理见图2.

图2 通信代理工作原理

在研发2H-4000轮机仿真训练器的基础上,利用分布式运算架构的特性研发单机版桌面系统.当软件系统不连接硬件盘台设备时,1台计算机的运算资源可保证软件仿真系统的快速运行.单机版桌面系统通过完整的软件面板模拟,在脱离硬件盘台设备的情况下,整个系统可在1台计算机上对软件模型中的轮机设备进行操作,实现全部的操作培训功能,并允许对单个系统进行重点培训.单机版桌面系统的数据通信见图3.

图3 单机版桌面系统的数据通信

3 子系统数学模型及数据通信

2H-4000轮机仿真训练器系统运行的核心是数学模型,主要体现为5个模块(可执行文件):Main-Engine.exe(主机和AC4模型),ControlBox.exe(机电控制箱系统),Pipe.exe(管路模型系统),AlarmMonitor.exe(监测报警系统)和PowerStation.exe(电站系统).在每个模块中,数学模型一方面通过逻辑控制实现对轮机仿真设备的控制、操作、保护和报警,另一方面模拟轮机设备的动态运行特性,以便通过逻辑运算,实现对其运动状态的显示、监测和控制.数学模型的建立以IEAS为平台,对所有轮机设备的物理结构及控制工作原理进行仿真.仿真子系统的典型数据流程及控制显示过程见图4(以AC4主机遥控系统子系统为例).

图4 AC4子系统数据流程及控制显示过程

由图4可知,除可以进行硬件盘台设备操作外,系统还可以进行软件模拟面板操作.软面板模块的主要功能是模拟硬件操作,将数据传递给模型运算模块,同时显示模型运算模块的输出参数.系统的每个硬件盘台设备都有对应的软件面板,可替代实物面板操作,并可通过逻辑协调与硬件盘台设备协同工作.

由于硬件操作和软面板操作可同时进行,且某些设备存在多硬件控制点(如高温淡水泵在机电控制箱和集控台上都可进行操作),需要解决好2个问题:(1)硬件设备和软件模拟面板的同步;(2)多硬件控制点的优先级控制.本系统遵循以下原则:(1)对触发型设备(包括按钮和带灯按钮等),采用任意点触发的原则,即控制箱、集控台和软件控制面板上任意点触发,均认为该设备有效. (2)对状态型设备(如多挡开关和电位器等),采用机电控制箱>集控台>软件控制面板的优先级原则.

4 基于USB 2.0技术的数据采集和通信技术[HS)]

USB技术是1种应用于计算机领域的新型接口技术,支持在主机与各种即插即用外接设备之间进行数据传输.它由主机预定传输数据的标准协议,总线上的各种设备分享 USB总线带宽,其主要优点:数据传输速率明显快于一般的串口;支持控制传输、中断传输、块传输和同步传输等4种传输方式,以满足不同外接设备的需要;最多可连接 127个外接设备;支持热拔插和即插即用;占用的系统资源少;无总线竞争等.[6]USB技术在计算机的外接设备扩展中应用日益广泛.USB 2.0可在3种速度模式下工作:高速(480 Mb/s)、全速(12 Mb/s)和低速(1.5 Mb/s).

2H-4000轮机仿真训练器中,为提高系统的可维护性和数据通信的实时性,硬件数据采集采用485现场总线架构,数据采集模块和计算机之间采用USB连接.当数据采集模块出现故障时,只需将外接的USB设备拔掉,换上备件,且更换时不需关闭系统,整个系统运行不受影响.下位机(数据采集卡)采用RS485通信,抗干扰能力强,传输距离长.上位机(计算机)采用USB

2.0接口,通信速度快,高达480 Mb/s.USB/485网络物理结构见图5.

图5 USB/485网络物理结构

由图5可知,盘台设备的I/O信号经过数据采集卡后,依次经485现场总线和USB/485通信盒,实现数据采集卡和计算机数据的接收和发送,最后由USB 2.0实现计算机和通信盒的高速通信.由于受现场参数数目、带宽和数据采集卡CPU运算速度的限制,RS485通信盒和各下位机通信速度较慢.为提高数据通信的实时性,可采用以下的简化措施:(1)建立合理的数据结构.将真实设备中的各种参数类型作统一化处理,建立参数表和多层索引表,实现参数显示、设置的简单化,减少通信数据流量.(2)采用简化的通信协议.数据通信仅传递变化后的参数,从而降低通信量,实时反映各参数的变化.

系统的盘台设备采用完全一致的数据采集卡(除少量设备如车钟和AC4系统外),不仅可提高数据采集系统的可维护性,而且也可满足数据采集系统通用性强、成本低、结构简单和可互换等要求.数据采集卡结构原理见图6.

图6 数据采集卡结构原理

数据采集系统软件模块主要包括:(1)USB/485通信盒的驱动程序和提供给模型程序的接口动态链接库;(2)USB/485通信盒内的485和USB 2.0通信程序;(3)下位机的485通信程序.

5 结束语

2H-4000仿真训练器的数据通信系统仿真模型采用分布式运算架构,基于TCP/IP协议,通过通信代理实现各个模块的数据通信;硬件盘台数据采用统一的数据采集卡,通过RS485总线汇总数据,经USB/485通信盒,再以USB 2.0技术实现数据采集卡与计算机的通信.该方案满足轮机仿真训练器的可维护性、可扩展性、实时性以及可靠性要求.2H-4000轮机仿真训练器既可用于实训教学和在职船员的培训,又可用于不同系统的独立研究或综合应用研究,具有较高的应用价值.

参考文献:

[1]国际海事组织. 经1995年缔约国大会通过修正的《1978年海员培训、发证和值班标准国际公约》[M]. 中华人民共和国港务监督局, 译. 北京: 中国科学技术出版社, 1997: 153.

[2]何治斌, 张均东, 林叶锦, 等. 国内外轮机模拟器的发展及对比研究[J]. 造船技术, 2007(1): 38-40.

[3]ZHENG Huayao, YE Yinzhong. Investigation of large container ship marine engine room simulator in SMU[J]. J Shanghai Maritime Univ., 1997, 18(4): 52-56.

[4]李晖, 郭晨, 史成军. 基于分布式结构的轮机模拟器控制系统的开发与研制[J]. 仪器仪表学报, 2001, 22(S): 297-298.

[5]VERDAASDONK E G G, DANKELMAN J, LANGE J F, et al. Transfer

validity of laparoscopic knot-tying training on a VR simulator to a realistic environment: a randomized controlled trial[J]. Surg Endosc, 2008, 22(7): 1636-1642.

[6]李美峰, 戴冠中, 胡伟, 等. USB 2.0设备控制器IP核的设计与实现[J]. 计算机测量与控制, 2008, 16(12): 1943-1944.

仿真方案第7篇

关键词：轨道交通,1:3车辆,仿真

1 建设意义

随着国家经济的发展, 紧密结合国家轨道交通的长远发展与现实需求, 秉承“提升专业服务能力, 服务经济建设, 结合实际人员需求, 我们制定了机电一体化城市轨道控制专业培养方案, 围绕这个方案, 需要建成为之配套的实验实训室。

随着重庆市城市轨道交通的发展, 目前对于人才的需求比较迫切, 尤其是一线的操作, 维护以及检修人员的需求。在每公里城市轨道的运营过程中需要50-60名工作人员。重庆市规划局公布了主城轨道交通“九线一环”全部270个站点。“九线一环”远景线网线路总长513公里, 涉及主城区2737平方公里, 包括渝中区、南岸区、沙坪坝区、江北区、九龙坡区、大渡口区的全部行政区域, 及渝北区、北碚区、巴南区的部分行政区域。到2020年, 初步建成“六线一环”, 主城区轨道交通基本线网密度为0.46公里/平方公里, 人才需求旺盛。

实验室的建设目标, 本着教学与实际相结合的理念, 打造涵盖城市轨道交通四大主要系统的精品实验实训室, 为重庆乃至全国的城市轨道交通的工程建设以及安全高效运营提供优质的人才。

人才培养目标面向城市地铁、城市轻轨、客运专线、高速铁路等轨道交通领域, 培养具有城市轨道交通通信信号自动控制设备的操作、维护、常见故障处理及施工管理能力和智能化电子仪表维护能力, 具有“精维修、能操作、会营销、懂管理”和良好职业道德、创新精神和可持续发展能力的高等技术应用型技术人才。为规划中的重庆轨道客运专线提供人才支撑, 服务当地经济的发展。

2 建设的目标

城市轨道交通实验实训中心建成投入使用以后, 使得城市轨道交通控制的专业教学具有系统的, 完备的功能, 在实践教学, 教师培训, 技能考核, 鉴定将发挥更大的作用。

2.1 服务于专业核心课程

实训中心将服务于轨道控制专业的核心课程, 核心课程立足于我们的专业背景以及就业需求, 在专业的定位中产生了实训设备的需求, 如果项目建设成功, 将更有利于培养方案的实施, 更能体现我们的专业特色。

2.2 构建校企合作的专业教学团队

通过轨道交通实验实训中心的建设, 为提高教师实际技能, 增强专业能力提供了平台, 为建设一支数量充足, 结构合理, 专兼结合的专业建设团队提供了条件。在该实验实训室的建设过程中, 我们的思路是通过教师的全程参与, 充分投入, 为增强教师专业技能与理论知识产生了极大的促进。

2.3 提高社会服务功能和专业科研水平

以城市轨道交通实验实训室为依托, 广泛开展企业职工培训, 不断提高社会服务能力, 广泛开展教学科研活动, 为建设轨道专业提供理论支持。

3 实验实训室建设方案

在我们前期的资料收集以及调研研讨的基础上, 结合专业背景以及学生就业情况的分析, 初步确定建立与城市轨道控制专业核心课程相关的实验实训模块4个, 分别为城市轨道站场设备与线路, 城市轨道交通信号与运营, 城市轨道交通车辆设备, 城市轨道交通牵引供电。

4 实验实训设备功能要求

4.1 城市轨道交通信号模型

(1) 模型尺寸:30米×8米

(2) 模型轨道采用1:3特制钢轨制作;采用无渣道床, 铺设在实训室一楼地面。车站站台等全部采用钢架组件、优质ABS板、高强度工程塑料搭建, 用压克力板装饰, 站台仿真制作。

(3) 模型包括2个集中站、1个通过站、1个车辆段, 共设8组道岔, 16架信号机, 24个轨道区段, 其中7组道岔采用1:3改装型S7OOK型电动转辙机控制, 车辆段内1组信号道岔采用实物S7OOK型电动转辙机控制;信号机按实物1:3仿真制作, 信号机的各种显示均由计算机操纵仿真软件按进路所需求信号显示;轨道区段采用1:3特制钢轨制作。

其中车辆段单开道岔作为信号道岔实训室系统设计, 包括一副基本轨和一副尖轨, 设置3架信号机, 安装一台实物S700K电动转辙机, 并设置一个组合柜, 组合柜内安装一个道岔组合, 三个信号机组合, 一个区段组合。其控制由计算机操纵, 控制组合柜内道岔组合, 再经道岔组合驱动S700K电动转辙机的动作。学生能同在现场一样, 对道岔进行动作电压、动作电流、故障电压、故障电流、表示电压的测试, 并且能实现道岔动作电路故障、表示电路故障的查找与处理。

(4) 三个地铁车站, 包括岛式站台、侧式站台等形式。其中侧式站台一边配备一套1:3车站屏蔽门;与车辆的塞拉门相对应, 打开检修盖可以清晰的看到内部零件的形状与所在位置, 能够与车门实现联动。同时能实现三种控制方法:1、系统级控制 (与车门联动) 2、就地级控制。 (由列车驾驶员或站务人员在站台的就地控制盘 (PSL) 上对屏蔽门进行“开/关门”的控制方式。) 3、手动操作。 (由站台人员或乘客对屏蔽门进行的操作。当控制系统电源故障或个别屏蔽门操作机构发生故障时, 站台工作人员可在站台侧用“专用钥匙”或乘客在轨道侧通过“开门把手”打开屏蔽门。

(5) 供电方式需提供接触网供电, 接触网供电采用36V安全电压。由受电弓取电至车体内, 经逆变器升压至AC220V, 确保供电稳定, 车体内配置UPS不间断电源。整流、逆变后供牵引电机。

4.2 城轨车辆模型

实训室配备2台地铁车辆, 地铁车辆模型参照重庆地铁车辆1:3制作, 在轨道曲线半径局限范围之内。每台车设置一套电动客室车门, 打开检修盖可以清晰的看到内部零件的形状与所在位置, 各零部件均可自由拆装, 可以模拟电动门的各种实际故障。车窗、塞拉门、紧急开门手柄、紧急通话装置, 能看到车门的结构, 同时能与屏蔽门联动。

车体、转向架、受电弓、车轮和轨道均采用金属材质制作。

每台车辆设置2台全钢转向架, 一台机车驱动装置;制动方式采用盘形空气制动。减振分一系和二系, 一系为钢质弹簧和减震器, 二系为空气弹簧减振, 能在车体, 轴箱和转向架之间起减振作用。

每台车辆设置1台受电弓, 1:3仿真制作。

车辆模型外观和重庆地铁车辆一致, 经过变频使用三相 (交流380V) 牵引电机驱动, 可遥控或电脑控制。根据相应的控制命令, 对列车运行情况进行操作, 包括机车前进、机车后退、机车加速前进、机车加速后退、机车停车等。控制台应能够实时显示车辆的位置信息和运行状态信息。车辆分快慢两档运行控制, 可以自动调节车辆运行速度, 快档运行速度不低于6公里/小时、慢档不高于4公里/小时, 具有大于10公里/小时的运行能力。

4.3 OCC控制中心

OCC控制中心主要包括数据库服务器、通信服务器、ATS服务器、模拟机车控制服务器、ATP/ATO服务器、C_LOW服务器和调监服务器。

(1) 数据库服务器。用于保存系统初始数据, 车站数据, 中间运算结果等信息。

(2) 通信服务器。承载各个系统之间的数据转换, 保持各个系统之间的通信连接。

接收微机联锁仿真系统的机车控制命令, 并将机车控制命令发送到相应机车。

当用户通过机车控制框中相应功能按钮来手动控制机车时, 能实时将控制状态转发给微机联锁仿真系统。

(3) ATS服务器。用于列车识别、跟踪、车次号显示;自动/人工进路设置;自动/人工运行调整;时刻表编制和管理;系统状态显示;列车运行及信号设备的监视和报警;运行信息的记录、统计和回放等。

(4) 机车控制服务器。模拟机车控制系统根据相应的机车控制命令给对应的模拟机车, 从而实现模拟机车根据列车运行状态而自动运行。同时自动根据区间信号进行站场间的行车作业。

(5) ATO/ATP服务器。用于自动驾驶运行;列车自动折返;采用轨道电路监测列车位置;列车自动限速和制动停车 (限速分为两个档位, 快档和慢档) 等。

(6) C_LOW服务器。应具有进路控制功能, 自动闭塞控制功能, 进路的自动功能, 信号机的显示及设置, 轨道空闲处理功能, 道岔控制功能, 接收调度员进路操作命令或者ATS控制指令, 排列进路;同时具有拒绝执行错误的操作命令, 对于操作失误及不满足联锁的状况给出提示;对于设备故障或重要信息给出提示;故障诊断、信号设备监督和报警功能等。

(7) 调监服务器。用于显示全线路轨道、信号机、道岔状态, 监视列车的运行和车次编号, 轨道占用、出清等显示状态信息。

4.4 车站系统

车站系统包括一台车辆段微机联锁服务器、2台LOW微机联锁服务器和1台LCP服务器。

车辆段微机联锁服务器。计算机界面与铁科院的TYJL-II型车站计算机联锁系统一致具有信号控制功能、道岔控制功能、轨道控制功能、进路办理与解锁功能。

LOW微机联锁服务器。采用与西门子ATC控制系统一致的LOW操作界面, 软件元素、操作按钮、显示和响应方式必须与现场实际操作一致;在中央故障或授权操作时, 可以切换到LOW本地操作模式, 进行控制;

LCP服务器。位于控制室的现场控制盘, 实现对列车的扣车、放行、跳停、紧急停车等功能;操作界面形状、尺寸、操作按钮与现场一致, 操作能实际反映到模型上对列车的控制。

4.5 牵引供电系统

模型架设接触网, 设置1个牵引变电所。接触网 (可通电) 采用半补偿悬挂装置与全补偿悬挂装置, 车站采用硬横跨, 线路上设有分段绝缘器、锚段关节、中心锚节、馈电线、电连接器、回流线等设备及各种线路、信号标志齐全, 接触网可通电演示牵引变电远程控制平台模拟软件, 信号设自动闭塞。接触线、钢轨均为铜制。

(1) 牵引供电系统模拟系统主要实现牵引供电的模拟功能, 实现牵引供电的模拟仿真, 物理上按电气化供电直供加回流线方式并以一定比例缩小, 展现真实系统;接触网采用直供加回流线简单链型悬挂方式, 各段控制单独送电, 采用安全电压。

(2) 可以实现牵引变电所的计算机综合控制功能。利用计算机控制软件实现对牵引供电的控制, 仿真牵引供电控制及操作功能 (包含对变压器、隔离开关、断路器的开断操作) , 通过控制模拟调度屏实现真实供电系统的调度仿真。

5 结束语

通过该建设方案来实现轨道交通控制专业的教学, 能够全面贯彻职业教育理念, 围绕突出职业特点和实际技能, 1:3比例的轨道车辆、线路、供配电等模型, 既能够直观的展现出轨道交通系统设备的特点, 又能避免采用实际设备所带来的高昂成本。本方案以实际仿真位出发点, 让学生直观地接受教学内容, 把复杂抽象的城市轨道交通控制理论知识简单形象化加深对其的理解巩固和掌握, 并提高了学生实际的动手能力和维修能力, 为城市轨道交通控制专业的人才培养提供有力的支撑。

参考文献

[1]张天彤, 马松花, 支斌, 韩增盛.城市轨道交通综合仿真实训基地建设的研究[J].实验室研究与探索, 2013 (08) :244.

仿真方案第8篇

国内并网风电场大多采用异步风力发电机组,在并网发出有功功率的同时需要从电网吸收无功功率,给电网带来无功负担[1,2]。因此,需要对并网风电场进行无功补偿,未能满足无功补偿的风电场可能引起系统的电压波动,这种波动会引起风力发电机端电压降落而导致切机。所以,异步风力发电机在这种情况下需要足够的无功补偿量,以提高电网的安全稳定运行水平[3,4,5]。

目前,大多数并网风电场所采用的无功补偿方式主要是在异步发电机端并联电容器组,然而随着电力电子技术的快速发展,这种传统的无功补偿方式显现出明显弊端,将柔性交流输电(Flexible AC Transmission Systems,FACTS)设备接入风电场以提高其运行稳定性已成为必然。本文采用性能更优越的静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC) 和静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)进行动态无功补偿,用于提高风电场并网运行的稳定性。通过在Matlab/Simulik仿真平台上搭建含SVC和STATCOM的风电场动态仿真模型,研究风电场并网对系统电压稳定性的影响,并对采用SVC和STATCOM并网点处的动态性能进行仿真比较。

1 风力机组模型

1.1 风速模型

为准确地描述风速的随机性和间歇性等特点,采用的风速模型是4种风速的叠加[6]。

VW=VWb+VWg+VWr+VWn (1)

式(1)中:VWb为基本风速,VWg为阵风风速,VWr为渐变风风速,VWn为随机噪声风风速,采用随机噪声风分量来表示。从文献[7]中可知,当额定风速9～ 12 m/s 变化时,度电成本处于较低水平,因此本文仿真模型中取额定风速为9 m/s。

1.2 风电场异步发电机模型

在建立异步风电机的稳态模型的时候,要求准确地反映异步风力发电机的静态特性[8]。异步发电机简化等效电路如图1所示。

图1中,Xm为激励电抗,X1为定子漏抗,X2为转子漏抗,Xc为发电机端并联电容器电抗,r2为转子电阻,s为转差率,定子电阻忽略。利用电路原理,从图1中可以得到下列关系。

$Ρ = \frac{V^{2}}{x^{2} + (r_{2} / s)^{2}} \cdot \frac{r_{2}}{s}$ ; $Q = - (\frac{V^{2}}{x_{p}} + \frac{Ρ x}{r_{2} / s}) (2)$

式(2)中: $x = x_{1} + x_{2} ‚ x_{p} = \frac{x_{c} \cdot x_{m}}{x_{c} - x_{m}}$ 。

在研究过程中,假设风力发电机输出的有功功率P为定值,通过式(3)可知功率与电压和转差率有关。

2 动态无功补偿装置模型

动态无功补偿装置要求输出的无功功率能够跟踪系统无功功率的变化,分别采用SVC和STATCOM作为无功补偿设备,用来跟踪风电系统无功功率的变化。

2.1 SVC原理及模型

SVC把新型电力电子元件引入传统的静止无功补偿装置,进而实现快速、平滑地调节无功功率,并维持电压稳定。SVC构成形式有多种,但基本元件为晶闸管控制的电抗器(Thyristor Controlled Reactor ,TCR)和晶闸管投切电容器(Thyristor Switched Capacitor, TSC)。TCR通过晶闸管进行平滑控制,TSC分组投入或切除,从而改变SVC输出的无功功率,调节SVC所连母线的电压[9],其控制结构如图2所示。

SVC向系统注入的无功功率为:

$\begin{array}{l} Q_{S V C} = Q_{Τ S C} - Q_{Τ C R} = \\ (\frac{1}{X_{Τ S C}} - \frac{2 (π - α) + \sin (2 α)}{π X_{R}}) V^{2} (3) \end{array}$

式(3)中, $Q_{Τ C R} = \frac{V^{2}}{X_{Τ C R}} = \frac{2 (π - α) + \sin (2 α)}{π X_{R}} V^{2} ‚ Q_{Τ S C} = ω C V^{2} = \frac{1}{X_{Τ S C}} V^{2} ‚ α$ 为触发角;ω为电源额定角速度,XR为TCR中电抗器阻抗。

2.2 STATCOM原理及模型

STATCOM与SVC的功能基本相同,不同的是STATCOM是基于全控型电力电子器件来实现的静止无功发生器,比SVC具有更快的响应速度、更好的稳定性、更宽的运行范围,能更好地实现动态无功补偿,其数学模型如式(4)。

$\begin{array}{l} \frac{d}{d t} [\begin{array}{l} i_{d} \\ i_{q} \\ V_{d c} \end{array}] = \\ [\begin{matrix} - \frac{R}{L} & ω & \frac{m}{L} \cos θ \\ - ω & - \frac{R}{L} & \frac{m}{L} \sin θ \\ - \frac{3 m}{2 C} \cos θ & - \frac{3 m}{2 C} \sin θ & 0 \end{matrix}] [\begin{array}{l} i_{d} \\ i_{q} \\ V_{d c} \end{array}] - \frac{1}{L} [\begin{array}{l} V \\ 0 \\ 0 \end{array}] (4) \end{array}$

式(4)中,ω为d-q坐标系的旋转角频率,m为逆变器调制比,V为电力系统电压瞬时值,Vdc为直流电容电压,θ为STATCOM输出电压和系统电压之间的相位差。

STATCOM向系统注入的无功功率为:

$Q_{S Τ A Τ C Ο Μ} = \frac{V_{s} - V}{X_{e q}} V (5)$

式(5)中,Vs为STATCOM输出等效成可控电压源,Xeq为等效阻抗。

STATCOM控制器结构图如图3所示。

图3中,电压调节器和电流调节器的传递函数分别为, $G_{1} = \frac{Κ_{1}}{Τ_{1} S + 1} ‚ G_{2} = \frac{Κ_{2}}{1 + 1 / Τ_{2} S}$ 。其中,K1和K2分别为G1和G2惯性环节的比例系数,T1和T2为时间常数。

控制器通过控制STATCOM输出电压与系统同步信号间的微小相位差θ来调节输出的无功电流。控制器采用双闭环控制,内环是电流环,外环是电压环。电流环通过PI控制器,使STATCOM输出电流无静差地跟随来自外环电压调节器的输出而给定。电压调节环反馈STATCOM接入点的电压Ut,与参考值Vref进行比较,从而实现有静差的比例控制,外环的输出由电流环给定。

3 仿真建模与分析

3.1 仿真模型介绍

本文采用的算例为风电场接入单机无穷大系统,风电场由6台1.5 MW的异步风力发电机组组成,其出口电压为575 V,与575 V/25 kV的变压器连接,将电压升高至25 kV。通过30 km的输电线路送至120 kV的升压站,然后并入无穷大输电系统。在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型,进行仿真研究。算例简化框图如图4所示。

3.2 额定风速下风电场仿真研究

仿真中额定风速为9 m/s,补偿器STATCOM和SVC的联接位置如图4所示。下面分别对两者进行仿真分析。

(a)额定风速下有功功率; (b)额定风速下节点电压;(c)额定风速下 FACTS发出的无功功率

从图5中(a)和(c)中可以得到,采用STATCOM进行无功补偿后发出的有功功率以及系统节点电压,其补偿效果都比SVC更好,而且稳定性更高,更能使系统更快地进入稳定状态,使系统发出的有功功率接近9 MW。另外图5中(b)表明:采用STATCOM进行补偿所需的无功为约为2.5 Mvar,而采用SVC所需的无功达到了5 Mvar。

3.3 风电场故障下仿真研究

风速在2s到6s时,由7 m/s上升至11 m/s。阶跃风速下模拟仿真风电机组的短路故障,其中一组风电机组在10 s时发生短路故障,10.1 s之后故障清除。

(a) 系统有功功率; (b) 系统节点电压;(c) FACTS发出的无功功率

从图6(a)和(c)中可以得出,加入FACTS补偿后系统电压在故障后能够快速恢复到稳定状态,使风电机组发出的有功达到额定值9 MW。图6中(b)可以得出,采用STATCOM进行补偿时,无功补偿容量约为3 MW时就能系统保持稳定运行,而SVC的无功补偿容量要达到9 MW时系统才能保持稳定。

4 总结

本文建立了异步风电组和动态无功补偿系统的数学模型,并在Matlab/Simulink平台上搭建了仿真模型,针对额定风速以及渐变风速下风电场三相短路故障下的仿真研究,实验结果表明。

(1)风电机组在渐变风速下发生三相短路故障时,不加无功功率补偿装置时,系统的电压保护装置动作,将故障线路从系统中切除;增加无功功率补偿后,能够使系统电压恢复到电压保护装置允许的范围之内。

(2)相同情况下,采用STATCOM和SVC的补偿效果不同,从上述仿真分析中可以得出以下两点结论。

a.与SVC相比,STATCOM的响应速度更快、控制稳定性更好;同样的稳定极限下,采用STATCOM所需要的容量比SVC小得多,将近三倍。

b.由于在风电机组并网启动的瞬间有电压波动, SVC的响应速度较慢,相比STATCOM而言,其调节效果不够理想。

摘要：以异步风力发电机组为研究对象,针对目前并联电容器组的无功补偿方式所显现出来的弊端,采用动态无功补偿改善并网风电场无功特性。在风速渐变和电网短路故障的情况下,分别采用静止无功补偿和静止同步补偿进行无功补偿,并以Matlab/Simulink环境为平台,搭建风电场模型、动态无功补偿和风速模型。仿真结果表明,虽然两者均可向风电场提供无功功率补偿以稳定并网风电场电压,但是静止同步补偿器能更快地使系统电压和有功功率接近故障前的稳定运行状态,需要无功补偿容量少,更适合用于并网风电场的动态无功补偿。

关键词：风电场,无功补偿,静止同步补偿器,暂态稳定性

参考文献

[1]顾威,李兴源,魏巍.用SVC和STATCOM改善风力发电动态性的仿真比较.电网与清洁能源,2009;25(11):70—75

[2]杨志越,李凤婷.并网型风电场动态无功补偿方案的仿真.山西电力,2011;5(168):6—9

[3]靳静,艾芊,赵岩.FACTS装置在风电场中的无功补偿原理与仿真.电力自动化设备,2007;27(8):58—61

[4]郭雷,王春华,高培生.长岭地区风电场风机脱网事故分析及.吉林电力,2012;40(1):38—40

[5]王晓兰,王耀辉.调整双馈风力发电机无功功率的风电场并网点电压控制.兰州理工大学学报,2010;36(4):84—89

[6]孙建锋.风电场建模和仿真研究.北京:清华大学,2004

[7]胡燕平,甄海华,戴巨川.变桨距风力发电机额定风速的确定方法.太阳能学报,2011;3(32):307—310

[8]张平,刘国频,曾祥君,等.风电场无功电源的优化配置方法.电力系统保护与控制,2008;36(20):33—44

仿真方案第9篇

GSM-R系统基于GSM的基础设施及其提供的语音调度业务, 其中包含增强的多优先级预占和强拆 (eMLPP) 、语音组呼 (VGCS) 和语音广播 (VBS) 。作为数字制的铁路指挥调度通信系统, 以单一平台代替目前所有与铁路有关的通信与控制系统, 能较好的满足各种列车运行速度下的无线通信要求, 安全性能佳。

仿真软件作为现代化设计手段之一, 能对无线系统性能进行较好的模拟。对于交织方案能提供比较成熟的验证手段, 大大简化了设计流程。

1 GSM-R无线网络覆盖方式

目前, 铁路线路根据列车运行时速、是否承载列控CTCS-3信息而将其划分为不同的等级。为了适应各种线路对于通信系统可靠性的要求, GSM-R系统主要可采用单层网络或交织冗余方式进行沿线覆盖。

1.1 普通单网

普通单网是指采用较常见、常规的网络覆盖方式, 即按照需要覆盖的区域来设置基站, 两相邻基站之间设置必要的重叠覆盖区域, 用于保证切换的顺利进行。此类系统方案无承载列控的需求, 列车运营速度一般低于250 km/h。

设10 s为网络完成2次安全切换所用时间, 单网设计的切换区域范围长度大于700 m (25010/3 600) , 考虑到一定的设计余量, 切换区长度可设为800 m。根据系统链路平衡预算表, 区间基站覆盖半径一般为4.3 km, 因此, 基站间距可取值4.32-0.8=7.8 km。单层网络覆盖时由于没有冗余机制, 可适当缩短站间距来保证覆盖。因此, 综合考虑各类因素, 基站站间距可设置为5~7 km。

单网结构工程实施容易, 投资小, 频率利用率高;其缺点就是容灾性能差, 当某处基站故障时将出现覆盖盲区, 系统可靠性低, 抗干扰能力也比较弱。

1.2 交织冗余

交织冗余覆盖方案是指系统设计时在铁路沿线加大基站的布设密度, 使得两相邻基站的场强相互覆盖到对方站址, 并满足间隔两基站存在足够的重叠区间, 这样可保证在非连续基站故障的情况下GSM-R网络仍能够正常工作。此类方案一般都有承载列控的需求。列车运营速度一般高于300 km/h。

以列车运营速度350 km/h为例。设10 s为网络完成2次安全切换所用时间, 交织冗余设计的切换区长度大于972 (35010/3600) m, 考虑到一定的设计余量, 切换区长度可设为1000 m。根据系统链路平衡预算表, 区间基站覆盖半径一般为3.5 km, 因此, 基站间距可取值 (3.52-1) /2=3 km。当非连续基站故障后, 相邻2个基站可以弥补该基站所覆盖区域, 因此, 站间距为 (3.52-1) /2=3 km左右。

交织冗余覆盖可以满足基站单点故障时不会出现覆盖盲区 (见图1) 。只有连续基站故障或BSC故障时才会影响覆盖, 因而系统可靠性较高;同时由于基站加密, 覆盖电平较高, 抗干扰能力也较强[1]。此方案的缺点是小区规划比较复杂, 且频率规划难度较大。当然, 由于增加了站址, 投资也相应较大;由于小区加密使得通信过程中的小区切换次数增加, 对服务质量有一定的影响, 也增加了通信中断的概率。

交织冗余覆盖还可设置2套BSC, 使两层无线设备受控于不同的基站控制器:奇数基站、偶数基站分别接入不同的BSC, 奇数基站、偶数基站分别按照覆盖重叠区长度进行交叠, 奇数和偶数基站深度交叠。这样, 当BSC单点故障时不会影响业务。

2 基于仿真软件的无线网络设计流程

GSM-R无线网络规划需要使用铁路沿线数字地图和无线网络规划工具软件。目前在无线通信领域用于网络规划的软件主要有ATOLL, AIRCOM和IPLANNER等。现以AIRCOM公司的ENTERPRISE V6.2软件为例描述GSM-R系统基站布点流程。此软件对GSM/TDMA, GPRS-EDGE, CDMA IS95, WCDMA/UMTS, CDMA2000等有较好的支持。

2.1 基于规划软件的基站布点设计流程

ENTERPRISE V6.2是AIRCOM公司的网络规划管理工具组件, 其组件共享Windows 2003/W in XP Professional操作系统平台、地理信息系统 (GIS) 和关系型数据库核心 (Relational Database Core) 。ENTERPRISE V6.2提供了Cost-Hata, Okurama-Hata, SPM等多种传播模型, GSM-R的无线网络规划设计一般采用的是Okurama-Hata预测模型。

2.1.1 相关参数设定

(1) 传输模型参数设定。

仿真软件在进行仿真之前, 需要对相关路径损耗的参数进行设定, 与OkuramaHata理论模型类似, 此公式包含收发距离、高度、频率等参数。由于使用传输模型具有一般性, 对特殊地形仿真会造成一定误差, 所以需要对各类地形进行一定的修正, 以便完善仿真结果。软件支持对各类地形的穿透损耗及偏移损耗的修正, 包括水域、开阔空间、绿地、森林、大型建筑、不规则建筑及郊区村庄等地形的传输路径损耗。

(2) 天线的选择。

仿真软件提供了数据丰富的天线模型, 在进行GSM-R系统基站布点设计时, 可充分考虑各类天线, 以达到覆盖效果。铁路覆盖常用的65°, 增益17 d Bi的天线的垂直及水平方向见图2。

(3) 基站相关参数设定。

基站作为电子地图仿真重要元素, 其参数的设定直接关系到覆盖效果。在规划一个网络的初期, 一般会认为很多基站或小区有相同的参数配置, 由此用户可以定义一些“模板”, 在分布新的基站时就无需对每个基站进行分别的设置, 以节省时间。仿真软件可以对基站天线槽位信息、馈线、天线方位角、下倾角等信息进行设置 (见图3) 。

除此之外, 还可以利用仿真软件对馈线、功分器、耦合器、衰减器等进行设定, 以达到理想的仿真环境。

2.1.2 仿真用电子地图

无线通信网络规划用的数字地图主要包括:数字高程模型 (DEM数据) 、地面覆盖模型 (DOM数据) 、线状地物模型 (LDM数据) 、重要地物文字标注 (TXT数据) 4层数字地图数据。 (1) DEM数据是描述网络覆盖区域内地貌形态的地面高程数据, 采用栅格数据结构, 按规定分辨率以图象形式表示地形变化与地面高程。 (2) DOM数据是描述网络覆盖区域内地表状况的地面覆盖数据, DOM数据中各种地貌类型应以不同颜色和属性等方法明确区分。采用栅格数据结构和矢量数据结构。 (3) LDM数据是描述网络覆盖区域内地理要素的地物分布数据, LDM数据中各种线状地物类型应以不同颜色和属性等其他方法明确区分。 (4) TXT数据是描述网络覆盖区域内地名分布的地名注记数据, 采用矢量数据结构, 以点位注记文字形式表示各种地理要素的名称属性。

GSM-R无线网络规划中要求数字地图涵盖钢轨两侧各7 km的范围。垂直方向精度要求5 m, 水平方向精度要求20 m。在数字地图上采用TXT数据标注车站、隧道、桥梁、路堑、路基高度和DK里程等重要信息, 以方便在规划设计中确定基站的设置地点、弱场强区位置、区间基站设置地点的DK里程和GPS坐标的对应关系。

软件生成电子地图为可视化界面。图中可表示出水文信息、农田、村庄、森林等地貌及铁路正线、路堑、隧道及高架桥。

2.2 基站布点及方案验证

首先, 应在电子地图上添加移动交换中心MSC、基站控制器BSC等网元。将基站的位置信息对应DK里程逐一输入, 并实时调整其天线方向角、铁塔高度、馈线长度等信息, 可以得到完整的系统布点设计图 (见图4) , 图中红色正方形标识为沿线基站。

完成基站布点后, 软件可对其路径损耗进行计算, 从而得到覆盖效果图。值得一提的是, 软件可针对交织方案进行较好仿真。交织方案中, 基站平均间距3 km, 要求不连续基站发生故障时, 前后基站的信号可以继续完成网络切换功能。可按如下步骤操作, 完成交织方案仿真验证。 (1) 将基站编号, 如BTS1, BTS2, BTS3; (2) 将标号偶数的基站编为even组, 标号奇数的基站编为odd组; (3) 计算全部基站路径损耗; (4) 关闭所有odd组基站, 只验证even组的仿真结果, 得到的覆盖效果图即为交织方案中“当不连续基站 (odd组基站) 发生故障时, 前后基站的信号可以继续完成网络切换功能”要求; (5) 关闭even组基站, 验证odd组的仿真结果。需要特别注意的是, 软件中计算的覆盖电平为50%概率下的覆盖电平, 铁路上要求为95%覆盖概率, 需要做相应的换算调整。图5为交织方案全覆盖仿真结果, 图6为验证不连续基站发生故障的仿真结果。

由以上仿真结果可以看出, 交织方案在不连续基站发生故障下, 有较高的系统可靠性, 能满足传送列控信息的要求。

2.3 利用仿真结果指导优化

仿真后得到的结果中不可避免的会存在覆盖的弱场区域。此时, 需要分析弱场“产生”的原因。某些时候弱场“产生”仅是由于使用软件仿真过程中, 因为要做最苛刻条件下的仿真, 设定了过于极端的条件。例如, 初始设置的天线架设高度不够、天线下倾角设置过大等原因。解决弱场时要充分考虑此类原因。

路堑地段、桥隧相连地段容易出现覆盖弱场, 在使用软件仿真之后应对上述地区重点排查, 并根据弱场区修改基站信息或增加相应网元, 最终达到仿真结果的无缝覆盖效果。

2.4 现场踏勘

根据软件仿真结果, 可初步确定基站位置。在此之后, 进行实地的站址踏勘是对设计结果的再次确定。

按照《铁路GSM-R工程设计暂行规定》, 在沿线所有的车站设GSM-R基站, 并应保证车站基站可以覆盖车站两侧3 km, 以满足GSM-R调度通信系统技术条件的要求。可根据线路要求、覆盖半径等条件, 结合线路平、纵断面图, 挑选适合设置基站的位置布放沿线区间基站站点, 应充分考虑基站的覆盖效果并使基站重叠区尽量落在地形开阔地带, 以保证越区切换的成功率。覆盖不满足时, 可考虑增加基站数量。可根据服务的最大话务量, 确定基站站型。常用的站型有O1, O1+1, O2, O2+1, O3, O4, S11, S22, S1+1, S111, S222等。考虑用户实际的地理限制, 可调整BTS数目、铁塔高度、弱场补强方式等设计方案。

因为铁路沿线地形千差万别, 应反复调整基站设置地点, 并进行现场基站站址勘察, 最终确定基站的设置地点。基站网络规划的好坏直接关系到GSM-R网络Qo S指标, 是GSM-R无线网络规划设计中最重要的一个环节。

现场踏勘是确定验证方案的有效方法, 也是精确化站址的有效途径。现场踏勘时应对基站具体选取位置做相应记录。其信息一般包括基站所在位置的精确经纬度信息, 基站上行、下行及具体站址的环境条件, 基站铁塔高度、左右侧的确定。

2.5 设计方案再次优化并验证

经过基站现场踏勘之后, 除可对站址位置进行精确的修正, 还能记录该位置的经纬度信息, 这为下一步优化设计方案提供了很有利的条件。

仿真软件支持对基站信息的经纬度导入。这种方式得到的位置信息相对精确, 且批量完成, 可以简化工作量。

将踏勘修改之后的基站重新在电子地图上表示出, 可得到新的基站布点图。此后可依2.2顺序, 计算路径损耗, 最终生成优化方案后的覆盖结果。

3 新设计方法有待解决的问题

基于第三方软件的GSM-R系统基站布点及覆盖效果验证, 提高了设计的精确度及现代化手段, 但还存在以下有待解决的问题: (1) 传输模型的设置不够精确。虽然有了基于经验值的地形参数校正, 但铁路沿线地形千差万别, 基于一种或几种模型的仿真, 在类似问题处理上难免显得不够精确。具体涉及到的地形有线路上的水桥、路堑、隧道间桥隧相连的情况。 (2) 铁塔高度的确定。由于仿真软件的天线挂高是基于该点地形信息的高度, 在经过深沟、路堑等位置, 其覆盖效果的验证往往不够精确。 (3) 对枢纽、并线情况的仿真效果缺乏有效的模型支持。 (4) 对隧道内的覆盖方案缺乏验证方法。

参考文献

计算机网络仿真实训室建设方案研究第10篇

关键词：仿真实训,课程方案设计,仿真实训室建设方案设计

1 建设仿真实训室的目的和意义

随着我国国民经济多年高速的发展, 信息技术应用涉及的知识与技术越来越广泛, 用人单位对于人员的要求更加趋于技术全面、富有经验、能够解决实际问题的知识技能型人才。因此学校在相关专业学科的建设上除了要有一整套完善的理论教学方案外, 更重要的是需要建立一套能够培养学生实际动手操作能力、能够适应相关工作岗位要求的实训体系。然而在学校建立相关的实训室存在以下几个问题:

(1) 实验室建设费用高昂。传统的实验教学主要依赖费用高昂的实验设备, 存在前期投入大、后期维护费用高, 开展过程受时间、地点、人力、物力、财力等限制问题, 致使实验教学无法有效开展, 严重影响教学质量。

(2) 教师指导难以到位。有限的教师很难在有限的时间内细致地指导大批的学生, 教学目标难以达到。设计性和探究性试验更是难以开展。

(3) 教学目标难以落实。培养动手能力、设计能力和创新能力是实验教学的重要目标。但是目前学生主要根据实验指导书进行验证性实验, 有些实验操作训练不足, 创新能力难以提升。

2 仿真实训室特色

对配套的硬件设施要求低, 简单部署到学校现有教学网络环境中, 与教学用计算机的网络互通, 即可开展实操训练。

可以仿真多系统环境, 各种实训项目灵活切换, 无需改变实验室网络结构和硬件环境。

采取模块化设计, 方便学校根据自身条件和需要灵活配置。

通过方便的置, 使实训室应用在校园网和数字化校园中, 方便学生随时随地随需进行学习。

教学内容更新便捷, 教学内容与实训内容更新及时, 紧跟企业主流技术发展。

教学内容应取自行业日常应用, 紧跟技术发展、注重应用, 符合当前工作对实用型人才的要求。

教师能够自行设计添加新的实训项目, 亦可在线同其他院校老师共享教学成果。

实训培训大纲对实训课程的知识点、教学要求、课时要求给出具体的建议, 方便教师制定教学计划。提供尽可能详尽的授课讲义、实训素材, 使教师的备课、授课变得更加轻松。

3 实训室课程方案

实训室提供教学管理模块, 必须具备对整个教学网络中的实训用机进行远程管理和数据统计的功能。同时可以对学生信息进行管理, 对每个学生的上机情况、特定时间段的上机情况、特定实训内容的上机情况进行统计查询。

实训室为每个实训准备流程化、图形化的教学讲义, 这样可以方便教师地对学生加以讲解, 在没有教师的情况下, 学员也可以通过讲义进行自学。

实训室提供多种常用软硬件产品的仿真环境, 所有实训素材均应取材于现实的企业应用, 辅助以先进的实时仿真技术以满足教学所需。配合理论教学供学生进行日常上机实训, 教师可以参照实训室教材, 指导学生通过实际操作理解技术原理及应用, 进而熟悉掌握各个岗位技能。

4 仿真实训室建设方案

4.1 硬件需求

仿真实训室建设所需硬件至少有一套用于计算机网络技术专业仿真实训的资源服务器和用于网络与信息安全实训的资源服务器。

(1) 计算机网络技术专业仿真实训资源服务器是一套用于网络相关课程教学的应用技能训练产品。学生可以相关教材的指导下, 依照教师的实训要求在计算机网络技术专业仿真实训资源服务器实训端平台上进行实际的仿真操作。适用计算机网络技术专业学生的课堂实训和岗前实训。

(2) 网络与信息安全实验室资源服务器是一套用于网络与信息安全相关课程教学的应用技能训练产品, 对典型网络攻击的机理与层次做了透彻、清晰的剖析, 对常用的安全防御原理与技术应用进行了全面详实的介绍。在网络安全攻防的全过程所涉及的各个阶段中、不同角度上为学生准备了数十个主流安全产品的上百例仿真实验, 使学生通过实际操作加深对理论知识的理解, 掌握网络安全防范技能。

4.2 技术要求

平台需要为构建网络信息安全课程基础验证型实验的实操环境提供硬件和数据支撑。并提供系统需要的网络结构, 保证系统用户数的有效扩展, 同时为实验机与系统通信提供服务, 并支持对实验机的实时管理。控制台支持不少于100人同时在线实验。

该平台必须提供的教学管理模块, 具备对整个教学网络中的实验用机进行远程管理和数据统计功能。同时可以对学生信息进行管理, 每个学生的上机情况、特定时间段的上机情况、特定实验内容的上机情况进行统计查询。

中央控制系统引擎内容涉及需要广泛涵盖主流技术与产品应用, 在防火墙、防病毒、VPN、数据备份与灾难恢复等模块中都涵盖跨厂商的主流商业产品和商业应用实验。

4.3 教学功能

仿真系统不仅为每个实训都开发了流程化、图形化的教学讲义, 还针对典型网络攻击的机理、常用的安全防御原理与技术应用开发了系统的教学讲义, 对相应的基础理论做了透彻、清晰的剖析, 确保教师能够按照预定的教学要求实施标准化实训课教学。

同时, 为了提高学生充分理解所学技能与实际岗位工作关系, 系统提供了两种实训内容分类方式:课程模式、任务模式, 教师可按照技术分类或岗位应用特点切换授课方式。

4.4 实训功能

仿真系统能够提供多种常用信息安全产品的仿真环境, 所有实训素材均采用先进的时时仿真技术, 能够完成人机操作、多机操作等攻防实训内容。配合理论教学供学生进行日常上机实训, 教师可以参照仿真实训资源服务器教材与标准讲义, 指导学生通过实际操作理解典型网络攻击的原理与手法, 进而掌握针对这些典型攻击的各种网络安全防御手段, 同时掌握常用网络安全防御软件的配置使用方法。

4.5 管理功能

仿真系统提供了教学管理模块, 具备对整个教学网络中的实训用机进行远程管理和数据统计功能。同时可以对学生信息进行管理, 每个学生的上机情况、特定时间段的上机情况、特定实训内容的上机情况进行统计查询。

5 计算机网络仿真实训内容的安排

根据实训的方案安排实训的具体内容。从计算机的仿真、集线器及交换机的基本配置仿真、局域网及相关技术仿真、网络规划及路由器的配置仿真、常见路由协议的配置仿真、广域网及相关技术仿真、防火墙及相关技术仿真、常见服务器的配置仿真、无线网络技术的配置仿真直到虚拟化的配置。

所以学校需要借助一个整合的实训平台, 让学生广泛接触主流的网络技术与产品应用, 通过实践, 在掌握操作技能的同时加强对理论知识的理解。因而在网络技术实验室项目建设上强调直接参与企业活动或者在模拟企业情景中培养学生的工作能力, 体现出企业职业活动导向、能力本位教学思想。最大可能地仿真模拟各种网络环境, 在该实训室, 让学生广泛接触主流的网络技术与产品, 训练学生掌握局域网管理、网络操作系统、网络技术应用、网络设备维护、数据库, 网络服务器维护和网络协议分析等技能, 培养并强化学生的网络技术应用能力和事件处理能力。

参考文献

[1]谢希仁.计算机网络[M].大连理工大学出版社, 2012.6

[2]王建平、李怡菲.计算机网络仿真技术[M].清华大学出版社, 2013.1

[3]周成.计算机通信网络与仿真[M].哈尔滨工业大学出版社, 2013.5

[4]左佳.计算机网络仿真技术研究[J].西安工业大学学报, 2011.9

仿真方案第11篇

在管材压力加工过程中,由于受轧制、锻造、挤压、拉拔、运输、冷却或热处理等因素的影响,管材会产生弯曲或者扭曲变形。为了消除这些弯曲缺陷,管材需要进行矫直。矫直过程是一个相当复杂的弹塑性变形过程,现在人们还无法对各种矫直方法给出精确的描述。而且,许多矫直机的工艺参数的设定还主要依赖于工人的经验,不同的操作工人设定的工艺参数不尽相同,产品质量很不稳定。

一些学者[1,2,3]以弹塑性力学理论为基础,进行一些假设和简化,推导并建立了一些计算过程的数学模型,能够达到一定的计算精度。现阶段,钢管压力矫直的大部分理论研究基于以下几方面的假设和简化[4]:①连续性假设。认为组成固体的物质不留空隙地充满了固体的体积。②均匀性假设。认为在固体内到处有相同的力学性能。③各向同性假设。认为物体内各点的介质的力学特性是相同的,各点各方向的性质是相同的。变形体内的各质点各个方向上的力学性能、物理性能均相同,不随坐标的变化而变化。④假设物体没有初始应力,其之后的变形皆是由外力作用引起的。⑤忽略重力。由于重力与受到的面力相比非常小,理论计算时忽略重力。⑥径向应力不考虑,弯曲过程中认为应变中性层、应力中性层、几何中性层三者重合。

由于这些假设和简化,理论计算与实际情况不相符,从而就产生了一些误差,计算精度也受到了限制。

近些年来,随着有限元理论的不断成熟和有限元软件的不断完善,以及有限元仿真在不同领域的成功应用,矫直过程的仿真已经成为可行。随着计算机配置的不断提升,有限元软件仿真的速度和精度都得到了很大的提高,矫直过程仿真的结果也更加接近于现实。对钢管压力矫直过程进行有限元仿真,可以真实反应钢管矫直过程以及矫直过程中可能遇到的实际问题(比如:如何选择合适的载荷使钢管在不被破坏的情况下矫直)。有限元仿真在充分考虑这些实际问题后可以找到解决方法,并得出压力矫直方案,为实际操作提供参考和指导。

本文将使用ANSYS对钢管进行有限元仿真,并使用APDL语言进行编程来控制仿真的自动化和程序化运行。本文通过程序将实现参数化建模,可以对不同材料、不同尺寸、不同初始弯曲挠度的钢管进行仿真。而且,针对初始弯曲量较大的钢管,软件可以实现多次矫直的仿真,并最终得到矫直方案,为实际操作提供帮助。

2压力矫直的理论分析

压力矫直[5]是指管材由两个支点架起,然后在管材弯曲挠度最大部位相反方向用矫直设备的压头施加压力,通过矫直行程控制弯曲变形量使管材发生一定的弹塑性变形,当到达矫直行程制定位置时抬起压头,此时管材进行弹性回复,由于塑性变形的存在,回复后的管材会有残余变形,当残余变形与初始弯曲量相抵消(即弹复量与反弯量相同)时,管材便达到了矫直目的。压力矫直实际上是一个弹塑性反弯过程,在矫直过程中,管材的力学变化是:先经历弹性变形,再经历塑性变形,最后弹性回复。

对于传统的压力矫直工艺,都是三点反弯压力矫直的工艺过程[6]。图1 是三点反弯压力矫直模型。矫直工艺过程为在管材两端安放支点作支撑,中间最大挠度点施加压力使其产生弹塑性弯曲,达到矫直行程后卸载。

由图1 可见,在加压完成卸载后,当弹复量等于反弯变形量 δw时,矫直完成。此时,矫直的总压下量(即矫直行程)为 δΣ=δ0+δw。

3压力矫直仿真过程中拟解决的重要问题

3.1自动化实现多次矫直

在一些矫直文献[6-11]中,矫直大部分都是一步完成的,这在初始弯曲量较小时是可行的,但当初始弯曲量较大时,一步矫直往往无法实现。矫直的压下量随着初始弯曲量的增大而增大,当初始弯曲量很大时,要想一步完成矫直,其压下量也将很大,而大的压下量会使钢管内部应力超过强度极限而使钢管发生破坏,此时,一步完成矫直显然是不可能的,需要多次的矫直。本文充分考虑到了这一点,在仿真过程中,不仅可以实现初始弯曲挠度小的钢管的一步矫直,而且对于初始弯曲挠度大的钢管的多次矫直也能实现。多次矫直就意味着软件需要进行多次仿真,若一直采取手动操作往往比较费时间。为了实现矫直过程仿真的自动化和程序化,本文将使用ANSYS的APDL语言进行编程以控制矫直的自动进行,这样便大大节约了时间和成本,提高了效率。

3.2加载力的选择

由钢管矫直中的应力变化过程可知,钢管的最大应力只有在超过屈服极限时(即发生塑性变形)才能达到矫直的效果,但是,若最大应力超过了强度极限,钢管某些部位就会发生破坏从而导致钢管的报废。所以,合适的加载力应确保钢管处于弹塑性变形并且不发生破坏。另外,在多次矫直的前提下,为了增加矫直的效率,必须保证每一次可以矫直尽可能多的弯曲量,为了满足以上需求,加载力应在使钢管弹塑性变形且不发生破坏的前提下尽可能的大。综上所述,多次矫直过程中,应在使钢管最大应力介于屈服极限和强度极限之间的前提下,每次选择尽可能大的加载力进行矫直。

3.3矫直完成的判断

钢管最终的矫直效果并不都是要成水平的,一般矫直到一定误差范围内就能够满足性能要求了。本文将使用APDL编程来实现矫直的自动化进行,其中对于矫直完成的判断,程序将给定一个误差许可范围,如果矫直之后的钢管弯曲挠度在这个误差范围内,则矫直达到了预期效果,矫直完成。

4有限元仿真及APDL编程

4.1仿真流程图(图2)

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