2021年, 第8卷, 第4期 刊出日期:2021-08-25
  

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    专题:轨道交通安全
  • 赵风启
    工业技术创新. 2021, 8(4): 1-6. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.001
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    地铁门是地铁车辆控制系统中需要反复操控的设备,其可靠性对地铁车辆正常运行和保障乘客安全具有直接影响。传统地铁门控制系统中,门控器与地铁门为一一对应控制关系,发生故障概率较大。提出一种基于多机冗余技术的地铁门控制系统,利用冗余、集中、监测等控制技术,通过一套门控制系统对多个地铁门进行驱动控制。每套控制系统包含主用、备用两套控制板,当某一路驱动电路出现故障时,立即切出故障驱动电路,将备用电路投入运行;当多路驱动电路出现故障时,切出故障控制板,投入备用控制板。在试验台上搭建门控制系统进行评测,结果表明:当某一路驱动电路出现故障时,控制系统可以在50 ms内作出响应,完成备用驱动电路投入运行;当两路驱动电路均故障时,控制器可在80 ms内完成备用控制板的启动运行,有效提高了地铁车辆运营的可靠性、稳定性。
  • 费龙仁, 费华菁
    工业技术创新. 2021, 8(4): 7-14. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.002
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    按照UIC505-1 OR:2006规程设计的某型内燃机车中部装用了尺寸及重量很大的柴油发电机组,难以满足规程中的动态限界要求。为解决动态限界难题,满足轻量化需求,提出以车体结构优化、动态限界校核、轮廓改进、轻量化结构等为主线的设计优化方案。通过采用承载式燃油箱结构、钢板减薄、结构分拆、材料替代等措施,有效实现了车体轻量化。将车体结构导入有限元仿真工具进行计算验证,结果显示车体刚度与强度均满足要求。针对性的优化措施也为其他具有动态限界要求的机车车体设计开发提供了参考。
  • 周瑜, 贾逸民, 吴志强
    工业技术创新. 2021, 8(4): 15-19. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.003
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    车门漏水是影响地铁车辆正常运行的常见问题。通过淋雨实验,明确外挂门和内藏门常见的三种漏水问题,分析主要原因,提出针对性的解决措施。对于外挂门的门悬挂雨檐处进水问题,增加美观板海绵条的厚度,补偿直线度公差;对于外挂门的美观板进水问题,优化打胶工步,保证美观板安装尺寸满足要求,提高端部排水效率;对于内藏门的挡水板进水问题,在焊缝处打胶,并增加安装前检查工序,即焊缝不透光性能。经现场验证,三种漏水问题明显减少,在车门漏水问题处置上提供了有效的解决办法,为地铁车辆运行提供了更高、更优质量的服务。
  • 专题:新材料
  • 钟华, 周南阳, 汤文
    工业技术创新. 2021, 8(4): 20-30. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.004
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    奥氏体不锈钢船体结构的焊接变形和残余应力会造成腐蚀开裂等风险。采用MSC.MARC非线性有限元分析软件开展热弹塑性研究,基于5种船体结构典型焊接接头,在不同规格试板、多种热输入下,研究焊接变形和残余应力。研究发现:1)试板内焊接变形和残余应力的大小和分布受热输入量影响显著,典型接头焊接应力随热输入增加而有增大趋势。对接T型接头的横向应力和纵向应力峰值对热输入量增加更为敏感,最大增幅可达37.8%;Mises应力在角接T型接头内增加更为显著,最大增幅可达11.6%。2)典型接头的焊接变形随热输入量增加则显示不同的变化趋势,对接接头总变形量随热输入量增加而增大;角接T型接头则随总变形量随热输入量增加而减小。研究结论:在奥氏体不锈钢船体结构建造中,关注接焊时热输入量的控制,可避免焊后出现过大的焊接变形和残余应力。
  • 于丹, 林翰
    工业技术创新. 2021, 8(4): 31-37. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.005
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    针对航空航天装备轻量化需求,基于某过渡舱壳体铸件研制,进行Mg-Y4-Nd2-Gd1系高性能耐热镁合金铸造工艺研究。开展了熔炼、铸造、热处理等工艺技术方案分析,提出收缩率等参数的设计原则,进行铸造成型模拟。根据模拟结果,分析、明确铸件缺陷成因,提出将浇注系统改为3°锥形、适当提高充型速度等优化措施;提出了优化指标,进行二次模拟,其结果表明优化措施及铸造方案改进效果良好。将优化方案应用于生产验证,铸件合格率达到75%,实现了以下目标:1)常温下抗拉强度达到300 MPa,延伸率达到3%;2)250℃下抗拉强度达到230 MPa,延伸率达到5%。为高性能耐热镁合金铸件批量化生产奠定了基础。
  • 汤浩, 慕安利, 李巍, 刘依依, 程法嵩
    工业技术创新. 2021, 8(4): 38-41. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.006
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    FGH97合金在高温下具有优良的综合力学性能,但其长期受到高温和应力作用后,仍可能发生疲劳断裂。以某FGH97合金涡轮盘为研究对象,设计FGH97合金高温氧化试验,模拟高温氧化过程;以FGH97合金中Ti、Cr的氧化占据比例为分析要素,推导出该FGH97合金涡轮盘破裂失效时的工作温度。研究发现:1)当温度低于800℃时,FGH97合金中Ti的氧化占据优势;当温度高于800℃时,Cr的氧化占据主导作用。2)该FGH97合金涡轮盘的最高服役温度约为1 000℃,在此温度下2 h内,源区组织γ'相未见粘接长大、回熔及二次析出等过热过烧现象。
  • 专题:探测与成像技术
  • 韦贤, 张伟, 杨小江, 潘石坚
    工业技术创新. 2021, 8(4): 42-47. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.007
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    VisiTrak超深电阻率探测工具是一种基于电磁波传播的随钻测量工具,具有深度探测性能,但若要借助其获得井眼轨迹与地层界面之间关系、地层电性参数变化等指标,需要以反演技术作为支撑。提出一种多边界反演新技术,引入一个可以由用户嵌入地质知识和参数范围的先验模型,推演得到等价模型,并以此为基础计算层状模型的电磁场,递进获取井眼轨迹与地层接触面轴向之间的接触关系,用以指导地质导向。将多边界反演新技术融合于VisiTrak超深电阻率探测工具的测量过程,开发多边界反演软件,在X油田中进行应用实践。反演成果显示,该方法具备高达30 m的超深探测能力,能够提前探测到远处高阻抗界面信息,指导油藏地质研究人员及随钻跟踪人员提前了解储层的构造位置,对地质导向工作的平稳高效开展起到了推动作用。
  • 刘宁, 方正伟
    工业技术创新. 2021, 8(4): 48-53. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.008
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    在二维尺度下,观察非常规储层岩石孔喉特征是无法精确、真实地刻画储层特性的。提出了基于显微CT成像的数字岩心建模及参数表征技术:一是利用显微CT成像设备采集储层岩石的高分辨率数据,通过图像去噪、增强、滤波等处理得到符合分析要求的孔隙结构三维体数据;二是构建孔隙和骨架三维模型,将复杂的孔隙空间抽象为相互连通的孔隙和喉道,得到孔喉球棒模型,实现岩心三维定量参数表征。以某岩心样品为研究对象进行实例分析,总孔隙度为5.75%,连通孔隙度为5.23%,接近实测孔隙度6.02%,并定量计算得到了表征储层孔隙、喉道、连通度的各参数。基于显微CT成像的数字岩心建模及参数表征技术实现了油气储层岩石从传统二维表征向三维表征的跨越,极大提高了参数表征精度,将在油气储层评价及预测方面发挥重要作用。
  • 高静, 尚海燕, 王莹, 刘豪
    工业技术创新. 2021, 8(4): 54-59. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.009
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    随钻声波深探测技术实现了钻井学、测井学、地质学、声学等学科的交叉融合,对提升测井作业效率和测井数据的实时性、可靠性起到了至关重要的作用,影响其深度和精度的关键因素包括声源类型、频率、性能。以单极子声源、偶极子声源、相控阵声源、冲激声源为例,分析其在声波深探测技术的工作机制,进而总结出各声源在声波深探测技术的不同应用场景中的适用性。单极子声源工作频率是10 kHz左右,声源频率高、探测距离浅,只在特定情况下具有一定的方位识别能力;偶极子声源工作频率是2~5 kHz,探测距离远,但方位具有180°不确定性;相控阵声源工作频率一般是14 kHz左右,可以显著增强信号信噪比和分辨率,但在井下探测距离受到一定限制;冲激声源是一种能量大、频带宽、参数可控的声源,可较好地实现定向探测。随着智能甄别技术研究的不断发展,随钻声波深探测技术必将有更多可用于勘探的声源,声源的机制原理、性能提升等研究将逐步成熟。
  • 专题:数据资源管理
  • 吕韬, 张雪, 冯源, 袁薇
    工业技术创新. 2021, 8(4): 60-66. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.010
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    缓存融合技术是数据库共享存储集群的核心技术之一。现有数据库测试方法主要关注数据库的功能、性能和安全性,缺乏对缓存融合技术的测试验证,使得机构和用户在评估数据库产品时面临较大难题。基于对数据处理过程的监测,提出一种验证缓存融合技术的测试方法:一是集群节点产生数据修改事务并提交后,通过网络监控工具抓取数据,验证是否发生跨节点的数据传输;二是跨节点查询最新数据时,验证最新数据持有者与数据请求者之间是否存在数据传输。分别在数据库共享存储集群和主从式共享集群上进行测试,测试结果表明:在执行相同测试操作的情况下,两种集群的数据处理过程存在显著差异,但符合各自的数据处理流程,证明了提出的测试方法的合理性及可行性。
  • 张曼, 张晓平
    工业技术创新. 2021, 8(4): 67-72. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.011
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    为提高西安市某区域地籍数据管理效率,以该区域基础地理信息数据为基础,通过整合区域内地籍空间数据和非空间数据,结合WebGIS技术,设计完成了地籍“一张图”管理信息系统。该系统具备地籍数据更新、数据分析以及宗地检查等地籍信息功能,使用该系统能够缩减地籍数据管理和访问所需时间,使地籍数据的共享和使用更加方便,进而促进相关部门监控和管理效能提升。
  • 卢洪
    工业技术创新. 2021, 8(4): 73-78. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.012
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    城市数据种类多、涉及领域广,但数据维度较高,且数据分类分级不具备成熟、明确的标准,高价值数据安全保护强化亟待推进。提出一种基于深度学习聚类算法的城市数据分类分级方法。采取先人工、后智能的路径,在早期的数据训练集中,对各数据资源的字段信息进行人工分词、标注,形成数据分类分级词库、语料库、规则库以及模型库;利用规则引擎实现初步的城市数据分类分级,再结合自然语言处理(NLP)等深度学习聚类算法,实施持续的迭代训练和学习,助力机器自动发现高价值或敏感数据,实现城市数据分类分级的自动化、智能化,对进一步促进城市数据开放共享起到了深远作用。
  • 标准体系
  • 孙彬文, 陈竟飞, 柳絮
    工业技术创新. 2021, 8(4): 79-88. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.013
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    智能合约是区块链技术和分布式账本技术的重要应用模式。对智能合约生命周期进行规范表达,成为诠释智能合约运行机制、确保智能合约得以顺利实施的关键。提出一种基于统一建模语言的智能合约生命周期动态模型,将智能合约生命周期划分为合约创建、合约调用、合约维护、合约销毁四个阶段。在智能合约的三个本体层——数据层、信息层和本质层中,智能合约生命周期对应于信息层,其动态模型更加聚焦于智能合约生命周期中各个相关组件的动态运作,可有效阐释智能合约生命周期全过程,为理解智能合约执行过程和开展智能合约系统设计提供了理论和技术依据。
  • 李孝远, 刘云龙, 孙博文, 李达, 王志铭, 樊利慧
    工业技术创新. 2021, 8(4): 89-93. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.014
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    在现行HBM通用标准中,对具有超高静电释放(ESD)能力(≥8 kV HBM)的总线热插拔类产品,缺乏细化的ESD等级测试标准,给实际产品选型设计、ESD能力评估等带来了困难和风险。基于此,以具有10 kV HBM的I2C总线热插拔缓冲器LTC4301为研究对象,制定了超高ESD能力产品评估方案,并进行了样品ESD测试。测试发现:1)器件全管脚ESD能力约为4.5 kV HBM,当电压超过4.5 kV HBM时,器件总线端口对电源VCC的测试率先失效;2)总线端口对地ESD能力约为8 kV HBM,且存在端口漏电参数超标的问题;3)结合ESD结构补充分析,表明所测试器件未达到给定的10 kV HBM指标,未通过超高ESD能力评估。在对该类器件进行具有超高ESD要求的热插拔应用时,应充分考虑总线端口对电源VCC的失效问题,以及GGNMOS被击穿、寄生反向二极管漏电的风险。若有必要,需在外部加装ESD泄电防护器件。
  • 共性技术
  • 范旭, 周强, 于忠清
    工业技术创新. 2021, 8(4): 94-103. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.015
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    工业系统故障诊断方法在不断研究中。针对复杂工况下的工业数据缺乏足够的表示能力,且在数据样本不平衡时难以获得满意的诊断效果的问题,提出了生成式对抗网络(GAN)和卷积自编码器(CAE)相融合的GAN-CAE滚动轴承故障诊断方法。首先,采用格拉姆求和角场(GASF)算法构造振动信号的格拉姆矩阵图;然后,通过生成器网络G-NET和判别器网络D-NET学习格拉姆矩阵图的特征;最后,利用不同样本在CAE中重构水平的差异进行异常检测与分类。通过凯斯西储大学(CWRU)的轴承数据集对该方法进行验证,结果表明:针对不平衡数据集,正常样本得分在0.8和1之间,比未融入对抗训练的CAE,以及BP、SVM等浅层机器学习算法具有更好的精确度、收敛速度和鲁棒性。GAN-CAE在滚动轴承故障诊断中的试验,为深度学习在工业系统故障诊断领域中的应用提供了新思路。
  • 李阳, 杨立荣, 朱学斌, 杨春梅
    工业技术创新. 2021, 8(4): 104-108. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.016
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    滚动轴承运转时,滚动体与内、外轨道的接触面积极小,但接触应力大。过大的接触应力会带来接触面变形、接触角变化,这对汽车传动系统的工作稳定性与可靠性造成严重影响。建立滚动轴承静力学模型,应用遗传算法中最优数值解的随机搜索思路,求解轴承内、外与轨道接触角的变化,并与传统逐次超松弛迭代法(SOR算法)计算所得结果相对比。研究发现:一是遗传算法与SOR算法计算结果接近,重合度在95%以上,二者得以相互验证;二是随着轴向力的增大,内接触角先迅速减小后缓慢减小,外接触角先快速增大后趋于平缓;三是随着转速不断增大,内接触角随之增大,外接触角减小。
  • 智能化
  • 陈钰婷, 于立超, 蔡希昌, 鲍治平
    工业技术创新. 2021, 8(4): 109-113. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.017
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    为了促进智能物流系统的不断进步,设计了一款基于Arduino的智能运动控制系统。选用Arduino Mega 2560控制板为主控板,配置陀螺仪姿态调整模块、OLED显示模块、电机及驱动模块、OpenMV视觉识别模块等组成硬件系统;采用PID算法调节小车运行速度和行进方向,融合了速度解算与全向移动算法,实现了小车全场定位的功能。测试结果表明:融合机器视觉算法的智能运动控制系统的物流小车能够实现自动搬运功能,抓取并放置一个物料耗时仅约6 s,物料摆放精度达到±2 mm。系统可准确操控速度和方向,且具有成本低、操控便捷等优势。
  • 姜朝宇, 徐高达
    工业技术创新. 2021, 8(4): 114-118. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.018
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    惯性匹配法等传统船体变形角估计方法存在建模困难、模型参数难以确定等问题。提出了一种基于BP神经网络的船体变形角估计方法,其以角速度匹配为导向,将两套惯性测量装置测得的三轴角速度作为BP神经网络输入;对应的船体变形角作为BP神经网络输出,训练得到关于角速度与船体变形角的函数映射关系。探讨了BP神经网络设计参数,构建具有四层神经网络、50个隐层节点的BP神经网络系统。开展仿真实验,对比了基于Kalman滤波的惯性匹配法和基于BP神经网络的船体变形角估计方法的估计精度。经验证,当基于Kalman滤波的惯性匹配法无误差时,二者估计精度相当;但当基于Kalman滤波的惯性匹配法含误差时,基于BP神经网络估计船体变形角的精度比之高46.07%,且具有更快的收敛速度。
  • 牛振州, 李小鹏, 贾启阳
    工业技术创新. 2021, 8(4): 119-123. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.019
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    传统PI控制方法在电动汽车永磁同步电机弱磁控制中存在转矩和转速脉动较大、波形畸形、稳态误差较高等问题。提出了一种基于滑模控制的永磁同步电机弱磁控制方法:首先构建永磁同步电机数学模型,以电流极限圆和电压极限圆为基础,分析嵌入式、表贴式电机转子的弱磁控制策略;然后以嵌入式电机转子为例,优选电压闭环反馈法作为弱磁控制方法,使用拉格朗日乘数法计算最大转矩电流比(MPTA)曲线,通过滑模控制理论得到滑模控制器的表达式;最后应用MATLAB/Simulink,搭建弱磁控制仿真模型,对PI控制器和滑模控制器性能进行对比。结果表明:滑模控制器电流、转矩、转速稳定性均显著增强。
  • 工业科学
  • 马晓昂, 牛哲哲, 于兴林, 徐良芝
    工业技术创新. 2021, 8(4): 124-130. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.020
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    烘干箱是锂电池极片制备过程中干燥工艺的关键设备之一。风刀作为烘干箱的重要执行元件,其选型对烘干箱内的空气流场分布具有重要影响。设计了4种不同的风刀结构型式,在Fluent软件中设定多孔网板进风面的进风速度为3 m/s;进行了数值模拟分析,通过CFD-Post对计算结果进行后处理;基于仿真结果确定了最优的结构设计。研究发现:1)Ⅰ、Ⅳ型风刀试验箱内热风流动迹线可以完全覆盖极片表面;2)Ⅳ型风刀试验箱风嘴内外热风的速度数值为2.2~2.5 m/s,明显高于其他模拟工况,并且风嘴内外高速微粒流覆盖和延伸的区域最多;3)Ⅳ型风刀试验箱极片表面高速波峰区域速度数值集中分布在0.8~1.2 m/s,明显好于其他模拟工况,并且极片长度方向上的速度分布连续性及一致性最好。所以Ⅳ型风刀作为锂电池极片干燥工艺的执行元件是最佳选择。相关设计思路和测试方法为烘干箱优化设计,乃至其他非标部件最优参数的确定提供了理论支撑。
  • 李海艳, 方沂, 张洪威
    工业技术创新. 2021, 8(4): 131-136. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.021
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    荷电状态(SOC)是新能源汽车电池包充放电控制策略的关键指标。基于扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,提出一种换电模式下动力电池包SOC估算方法:建立电池等效电路模型,标定不同充放电速率和温度下的模型参数;构建扩展卡尔曼滤波流程,将电池使用过程由非线性转化为线性,实现SOC估算。在MATLAB/Simulink平台下,以NCR18650B三元锂单体电池作为研究对象,搭建仿真模型进行验证,得到的SOC估算结果相对误差不超过1%。
  • 乔辛悦, 刘璐, 刘文霞, 吴明作, 张发文
    工业技术创新. 2021, 8(4): 137-141. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.022
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    选择绿藻“水华”污染严重的郑州市东风渠金水段表层沉积物作为研究对象,采用消解法、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析沉积物中Cd、Pb、Ni、Cu、Cr、Zn含量,采用原子荧光光谱法(AFS)分析Hg和As含量,运用Hakanson潜在生态风险指数法评价沉积物中8种重金属的生态风险。研究发现:1)沉积物中Hg、Cd、Pb、Zn含量超过土壤质量二级标准,超标倍数分别为1.71倍、0.85倍、2.94倍、0.09倍,Pb超标倍数最大。2)8种重金属平均潜在生态风险中,Hg为强生态风险,对潜在生态风险指数(ERI)的平均贡献率为56.1%,是主要的致险因子;Cd为中等生态风险,对ERI的平均贡献率为28.5%;其他重金属为轻微生态风险。结果表明:郑州市东风渠金水段表层沉积物中的重金属具有潜在的生态危害性。对污泥养分进行间接利用,避免产生二次污染,是改善生态环境、促进环境良性循环的良策。
  • 技改成本管理
  • 薛定国, 程绪
    工业技术创新. 2021, 8(4): 142-148. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.023
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    提高机组营收的利润水平,是提升火力发电企业竞争力的有效举措。由于可变要素多,可变成本在火力发电企业总成本中比重较大,且与机组营收利润水平呈现较强的相关性,提出一种基于可变成本的发电机组动态利润模型,即“关键要素—成本—利润”模型。考虑单位时间内关键要素,包括煤、油、水、电等消耗性指标,推导各自的动态计算方法,形成初步的发电企业供电利润模型;基于动态机制的分析,构建动态寻优模型,将当前单位时间内的机组利润值与比较利润进行对比,不断对利润值进行寻优,构建机组可控指标体系。模型实现了动态性和高效性,为机组运行优化和提高利润水平提供了定量的指导依据。
  • 袁正萍, 罗兴兵, 彭文俊, 徐贤, 赵峰
    工业技术创新. 2021, 8(4): 149-154. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2021.08.024
    摘要 ( ) PDF全文 可视化 收藏
    为了制定纯电商用车低能耗运行方案,提升整车制造商市场竞争力,以某纯电商用车为研究对象,基于能耗分布理论,在Cruise和Simulink联合仿真平台下开展建模仿真和经济性优化。建立整车模型,搭建Matlab Dll接口控制模型,实现模型集成和联合仿真;从整车阻力、电池充放电效率、驱动系统效率、高低压附件损耗等方面,分析纯电商用车实现低能耗的主要影响因素,明确了风阻、滚阻、转向泵功耗、空压机功耗、风扇功耗及驱动系统效率等主要影响参数及能耗分布。通过将同类型先进标杆车型参数和工程实际相结合进行对比,确定主要影响参数的优化值,并进行整车经济性优化。结果显示:得到了经济性总体提升18.5%的整车节能优化方案。为产业链相关企业提供了重要的理论依据。