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机电专业导论论文范文中的实验仿真模型

发布时间:2024-08-05 21:22:59

机电专业导论论文范文中的实验仿真模型

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机电专业导论论文范文中的实验仿真

摘要:机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。文章概述机电一体化的核心技术,分析机电一体化发展进程,提出机电一体化向智能化迈进的趋势。 关键词:机电一体化;核心技术;发展进程;发展趋势 机电一体化技术是面向应用的跨学科技术,是机械、微电子、信息和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。今天机电一体化技术发展飞速,机电一体化产品更日新月异。 一、机电一体化的核心技术 机械技术:是机电一体化的基础,机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应,利用其高、新技术来更新概念,实现结构上、材料上、性能上变更,满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。 计算机与信息技术:其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。 系统技术:即以整体概念组织应用各种相关技术,从全局角度和系统目标出发,将总体分解成相互关联的若干功能单元,接口技术是系统技术中一个重要方面,是实现系统各部分有机连接的保证。 自动控制技术:其范围很广,在控制理论指导下,进行系统设计,设计后的系统仿真,现场调试,控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。回答人的补充 2009-06-15 13:08 传感检测技术:是系统的感受器官,是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强,系统的自动化程序就越高。 伺服传动技术:包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置,伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。 二、机电一体化的发展进程 数控机床问世:自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已50个年头。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展阶段,尤其是在1999年后,国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金,使数控设备制造市场一派繁荣。 微电子技术的发展:我国的集成电路产业起步于1965年,经过30多年发展,已初步形成包括设计、制造、包装业共同发展的产业结构。回答人的补充 2009-06-15 13:08 可编程序控制器(PLC)的应用于工业:上世纪60年代后期,美国汽车制造业开发一种Modular DigitalController(MODICON)取代继电控制盘。MODICON是世界上第一种投入商业生产的PLC70年代是PLC崛起,并首先在汽车工业获得大量应用。80年代是它走向成熟,全面采用微电子及微处理器技术。90年代又开始了PLC的第三个发展时期。90年代后期进入了第四阶段。其特征是:在保留PLC功能的前提下,采用面向现场总线网络的体系结构,采用开放的通信接口,如以太网、高速串口;采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准;从而使PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统,正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展,趋向于建立同一硬件平台,运用同一个操作系统、同一个编程系统,执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的EIC三电一体化。激光技术、模糊技术、信息技术等新技术的出现:以激光技术为首的光电子技术是未来信息技术发展的关键技术,它集中了固体物理、波导光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就,成为电子技术与光子技术自然结合与扩展、具有强烈应用背景的新兴交叉学科,对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义。 三、机电一体化向智能化迈进 20世纪90年代后期,各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面,光学、通信技术等进入了机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头角,出现了光机电一体化和微机电一体化等新支;另一方面,对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时,由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地,也为产业化发展提供了坚实的基础。未来机电一体化的主要发展方向有:

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3 柴油机电控技术的特点柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似之处,整个系统都是由传感器、电控单元和执行器三部分组成。在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是,汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比(汽油与空气的比例),柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出油量的大小,且柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置(油门、供油拉杆位置)来决定的。柴油机电控技术有两个明显的特点:一是柴油喷射电控执行器复杂,二是柴油电控喷射系统的多样化。1柴油机是一种热效率比较高的动力机械柴油机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点。其喷射压力高达200MPa,为汽油机喷射压力的百倍以上。对燃油高压喷射系统实施喷油量的电子控制,困难大得多。而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高,相对于柴油机活塞上止点的角度位置远比汽油机要求准确,这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。2由于柴油机的喷射系统形式多样传统的柴油机具有直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等结构完全不同的系统。实施电控技术的执行机构比较复杂,形成了柴油喷射系统的多样化;同时柴油机需要对油量、定时、喷油压力等多参数进行综合控制,其软件的难度也大于汽油机。4 电控柴油喷射系统分类最先出现的是电控喷油泵技术,而后又发展了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术,后两种技术是现在最主要的柴油机电控喷射技术。其中,电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高,可以达到 200MPa,并且泵和喷嘴装在一起,所以只需要很短的高压油引导部分,泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量,其喷油特性是三角形的,并采用了分段式预喷射,这是很符合柴油机的要求 (大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受柴油机转速影响,使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题。它的喷油压力低于泵喷嘴系统,能达到 160MPa。有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节很宽泛的特点,逐步扩大其使用范围(最早使用高压共轨的轿车是阿尔法罗密欧156和奔驰C级别车)。1第一代柴油机电控燃油喷射系统也称位置控制系统,它用电子伺服机构代替机械调速器控制供油滑套位置以实现供油量的调整。其特点是保留了传统的喷油泵——高压油管—— 喷油器系统,只是对齿条或滑套的运动位置由原来的机械调速器控制改为计算机控制。这类技术已发展到了可以同时控制定时和预喷射的TICS系统。2第二代柴油机电控燃油喷射系统也称时间控制系统,其特点是供油仍维持传统的脉动式柱塞泵油方式,如博世公司的电控泵喷嘴系统,但供油量和喷油定时的调节则由电脑控制的强力快速响应电磁阀的开闭时刻所决定。一般情况下,电磁阀关闭时,执行喷油,电磁阀打开时,喷油结束;喷油始点取决于电磁阀关闭时刻,喷油量则取决于电磁阀关闭时间的长短。时间控制系统的控制自由度更大。3第三代也称为直接数控系统,它完全脱开了传统的油泵分缸燃油供应方式,通过共轨和喷油压力/时间的综合控制,实现各种复杂的供油回路和特性。因柴油机的喷射系统形式多样。国外柴油机的电控系统也型式多样,有直列泵和分配泵的可变预行程TICS系统,有基于时间控制的泵喷嘴系统,有蓄压共轨系统和高压共轨系统等。各种技术方案都在原有的基础上发展,但高压共轨系统是总的发展方向。5 高压共轨电控喷射系统1共轨(Common-rail)式电控燃油喷射技术的原理在汽车柴油机中,高速运转使柴油喷射过程的时间只有千分之几秒。实验证明,在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动,使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后使高压油管内的压力再次上升,达到令喷油器的针阀开启的压力,将已经关闭的针阀又重新打开,产生二次喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧,于是增加了烟度和碳氢化合物(HC)的排放量,油耗增加。此外,每次喷射循环后高压油管内的残余压力都会发生变化,随之引起不稳定的喷射,尤其在低转速区域容易产生上述现象,严重时不仅喷油不均匀,而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷,现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。共轨技术是指由高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中,将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式,由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管,通过对公共供油管内的油压实现精确控制,使高压油管压力大小与发动机的转速无关,可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化,因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量,喷油量大小取决于共轨管(公共供油管)压力和电磁阀开启时间的长短。共轨式电控燃油喷射技术,通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油分送到每个喷油器,并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合,定时定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量,从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化,以及最佳的着火时间、足够的着火能量和最少的污染排放。其主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵,高压油泵将燃油加压送入高压共油轨,高压共油轨中的压力由电控单元根据共油轨压力传感器测量的共油轨压力以及需要进行调节,高压共油轨内的燃油经过高压油管,根据柴油机的运行状态,由电控单元从预设的MAP图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入汽缸(见图4)。2共轨式电控燃油喷射技术的特点柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术,集计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油器结构于一身。它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制,而且还能实现预喷射和分段喷射,从而优化喷油特性、减低柴油机噪声和大大减少废气有害成分的排放量。其特点为:(1)采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀,使得喷油过程的控制十分方便,并且可控参数多,利于柴油机燃烧过程的全程优化。(2)采用共轨方式供油,喷油系统压力波动小,各喷油器间相 互影响小,喷射压力控制精度较高,喷油量控制较准确。(3)高速电磁开关阀频率高,控制灵活,使得喷油系统的喷射压力可调范围大,并且能方便地实现预喷射等功能,为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段。(4)系统结构移植方便,适应范围广,尤其是与目前的小型、 中型及重型柴油机均能很好匹配,因而市场前景广阔。3高压共轨电控燃油喷射技术的发展前景高压共轨系统被认为是20世纪内燃机技术的3大突破之一。目前,有待研究的有:(1)高压共轨系统的恒高压密封问题。(2)高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量 不均匀问题。(3)高压共轨系统三维控制数据的优化问题。(4)微结构、高频响应电磁开关阀在制造过程中的关键技术问 题。综上所述,共轨式电控燃油喷射技术有助于减少柴油机的有害尾气排放量,并具有降低噪声、降低燃油耗、提高动力输出等方面的综合性能。高压共轨电控燃油喷射技术的应用有利于地球环境保护,加速促进柴油机工业、汽车工业,特别是工程机械相关工业的向前发展。参考文献 李春明《汽车发动机燃油喷射技术》主编 北京理工大学出版社 蒋向佩《汽车柴油机构造与使用》主编 机械工业出版社 朱仙鼎《特种发动机》主编 机械工业出版社

机电一体化技术发展历程及其趋势 自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,"机电一体化"技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意 (一)机电一体化"的发展历程数控机床的问世,写下了"机电一体化"历史的第一页;微电子技术为"机电一体化''带来勃勃生机; 可编程序控制器、"电力电子"等的发展为"机电一体化"提供了坚强基础;激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使"机电一体化"跃上新台阶(二)机电一体化"发展趋势 光机电一体化一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统光机电一体化是机电产品发展的重要趋势自律分配系统化——柔性化未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”,有较强的“柔性”,能较好地应付突发事件,被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中,各个子系统是相互独立工作的,子系统为总系统服务,同时具有本身的“自律性”,可根据不同的环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息,在总的前提下,具体“行动”是可以改变的。这样,既明显地增加了系统的适应能力(柔性),又不因某一子系统的故障而影响整个系统。全息系统化——智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显,智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外,其系统的层次结构,也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。“生物一软件”化—仿生物系统化。今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大,并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定,但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物:当控制系统(大脑)停止工作时,生物便“死亡”,而当控制系统(大脑)工作时,生物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物——系统”,而生物的特点是硬件(肌体)——软件(大脑)一体,不可分割。看来,机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋,但有一段漫长的道路要走。微型机电化——微型化。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时,就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”,机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起,体积很小,并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。二、典型的机电一体化产品机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有:数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD/CAM系统等。典型的机电一体化元、部件有:电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。三、我国发展“机电一体化”面临的形势和任务机电一体化工作主要包括两个层次:一是用微电子技术改造传统产业,其目的是节能、节材,提高工效,提高产品质量,把传统工业的技术进步提高一步;二是开发自动化、数字化、智能化机电产品,促进产品的更新换代。(一)我国“机电一体化”工作面临的形势 我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广,有难度 我国用机电一体化技术加速产品更新换代,提高市场占有率的呼声高,有压力。 我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、扰民产品的责任重,有意义。在我国工业系统中,能耗、耗水大户,对环境污染严重的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整,但由于多种原因,成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题,有企业的“故土难离”“死守故业”问题,但不可否认也有优化不出理想的产业,优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前,这就是发展机电一体化,开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低,且具有柔性,可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革,而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时,可为传统的机械工业注入新鲜血液,带来新的活力,把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来,实现文明生产。另外,从市场需求的角度看,由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长,差距较大,许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求,每年进口量都比较大,因此亟需发展。(二) 我国“机电一体化”工作的任务我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话:一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业;另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品,促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整作贡献。总之,机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力,又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。四、我国发展“机电一体化”的对策(一)加强统筹安排,协调发展计划目前,我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套自己的发展策略。各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制,难免只考虑局部利益,各主管部门的有关计划和规划,也有统一考虑不足,统筹安排不够的问题,同时缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划。因此,建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上,制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划,避免开发上重复,生产上撞车!(二)强化行业管理,发挥“协会”作用目前,我国“机电一体化”较热,而按目前的行业划分方法和管理体制,“政出多门”是难哆的。因此,我国有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构,根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神,以及机电一体化行业特点,我们建议,尽快加强北京机电一体化协会的建设,赋予其行业管理职能。“协会”要进一步扩大领导机构——理事会的代表层面和复盖面,要加强办公室、秘书处的建设;要通过其精明干练的办事机构、经济实体,组织“行业”发展计划、战略规划的拟制;指导行业布点布局的调整,进行发展突破口的选择,抓好重点工程的试点和有关项目的发标、招标工作……(三)优化发展环境、增大支持力度优化发展环境指通过宣传群众,造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围,如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化”产业提供方便;尽可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯;尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等。增大支持力度,在技术政策上,要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展,对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰;大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造,对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造,对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持,对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。(四)突出发展重点,兼顾“两个层次”机电一体化产业复盖面非常广,而我们的财力、人力和物力是有限的,因此我们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙,而应分清主次,大胆取舍,有所为,有所不为。要注意抓两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作,即用电子信息技术对传统产业进行改造,在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机)装置,使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高”工作,即在新产品设计之初,就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑,使“机械”与“电子”密不可分,深度结合,生产出来的新产品起码正做到机电一体化。结束语:本论文在各位老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间,也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀,我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里,本设计能够顺利的完成,也归功于各位任课老师的认真负责,使我能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以体现。同时我在网上也搜集了不少资料,才使我的毕业论文工作顺利完成。在此向学院工程系的全体老师表示由衷的谢意。

机电专业导论论文范文中的实验仿真是什么

仿真学,是指仿真技术随需求发展,提出了大量共同性的理论、方法和技术问题,从而逐步形成的一门独立的学科。

仿真学简单来说就是通过计算机软件的计算来模拟工程应用的实际情况,解决工程中的潜在问题。一般科学方法分为:理论分析、仿真模拟和实验探究三种方法。在学术研究中,一般理论先行,为仿真和应用奠定理论基础。基于理论模型,建立仿真模型,通过数值模拟进行初步分析,发现和探究实际应用中存在的潜在问题,属于工程应用的前期可行性分析。最后在模拟结果的基础上进行实验探究,一般是在实验室进行,实验室可行后,最后在进入工业生产。仿真模拟现主要为有限元、离散元、边界元、有限差分等等,根据不同的工程条件选择不同的软件进行计算。

利用计算机辅助分析,模拟出运动规律,受力的变化等

系统仿真是20世纪40年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。仿真(Simulation)就是通过建立实际系统模型并利用所见模型对实际系统进行实验研究的过程[2]。最初,仿真技术主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大、实际系统试验难以实现的少数领域,后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门,并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。可以说,现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成为任何复杂系统,特别是高技术产业不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段。其应用范围在不断扩大,应用效益也日益显著。 1.系统仿真及其分类 系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算机初等理论基础之上的,以计算机和其他专用物理效应设备为工具,利用系统模型对真实或假设的系统进行试验,并借助于专家的经验知识、统计数据和信息资料对实验结果进行分析研究,进而做出决策的一门综合的实验性学科。从广义而言,系统仿真的方法适用于任何的领域,无论是工程系统(机械、化工、电力、电子等)或是非工程系统(交通、管理、经济、政治等)。 系统仿真根据模型不同,可以分为物理仿真、数学仿真和物理—数学仿真(半实物仿真);根据计算机的类别,可以分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真;根据系统的特性;可以分为连续系统仿真、离散时间系统(采样系统)仿真和离散事件系统仿真;根据仿真时钟与实际时钟的关系,可以分为实时仿真、欠实时仿真和超实时仿真等。 2.系统仿真的一般步骤 对于每一个成功的仿真研究项目,其应用都包含着特定的步骤,见图9-2。不论仿真项目的类型和研究目的又何不同,仿真的基本过程是保持不变的,要进行如下9步: 问题定义 制定目标 描述系统并对所有假设列表 罗列出所有可能替代方案 收集数据和信息 建立计算机模型 校验和确认模型 运行模型 分析输出 下面对这九步作简单的定义和说明。它不是为了引出详细的讨论,仅仅起到抛砖引玉的作用。注意仿真研究不能简单遵循这九步的排序,有些项目在获得系统的内在细节之后,可能要返回到先前的步骤中去。同时,验证和确认需要贯穿于仿真工程的每一个步骤当中。 (1)问题的定义 一个模型不可能呈现被模拟的现实系统的所有方面,有时是因为太昂贵。另外,假如一个表现真实系统所有细节的模型也常常是非常差的模型,因为它将过于复杂和难于理解。因此,明智的做法是:先定义问题,再制定目标,再构建一个能够完全解决问题的模型。在问题定义阶段,对于假设要小心谨慎,不要做出错误的假设。例如,假设叉车等待时间较长,比假设没有足够的接收码头要好。作为仿真纲领,定义问题的陈述越通用越好,详细考虑引起问题的可能原因。 (2)制定目标和定义系统效能测度 没有目标的仿真研究是毫无用途的。目标是仿真项目所有步骤的导向。系统的定义也是基于系统目标的。目标决定了应该做出怎样的假设、应该收集那些信息和数据;模型的建立和确认考虑到能否达到研究的目标。目标需要清楚、明确和切实可行。目标经常被描述成像这样的问题“通过添加机器或延长工时,能够获得更多的利润吗?”等。在定义目标时,详细说明那些将要被用来决定目标是否实现的性能测度是非常必要的。每小时的产出率、工人利用率、平均排队时间、以及最大队列长度是最常见的系统性能测度。 最后,列出仿真结果的先决条件。如:必须通过利用现有设备来实现目标,或最高投资额要在限度内,或产品订货提前期不能延长等。 (3)描述系统和列出假设 简单点说,仿真模型降低完成工作的时间。系统中的时间被划分成处理时间、运输时间和排队时间。不论模型是一个物流系统、制造工厂、或服务机构,清楚明了的定义如下建模要素都是非常必要的:资源、流动项目(产品、顾客或信息)、路径、项目运输、流程控制、加工时间,资源故障时间。 仿真将现实系统资源分成四类:处理器,队列,运输,和共享资源如操作员。流动项目的到达和预载的必要条件必须定义,如:到达时间、到达模式和该项目的类型等属性。在定义流动路径时,合并和转移需要详细的描述。项目的转变包括属性变化、装配操作(项目和并)、拆卸操作(项目分离)。在系统中,常常有必要控制项目的流动。如:一个项目只有在某种条件或某一时刻到来时才能移动,以及一些特定的规则。所有的处理时间都要被定义,并且要清楚表明那些操作是机器自动完成,哪些操作是人工独立完成,哪些操作需要人机协同完成。资源可能有计划故障时间和意外故障时间。计划故障时间通常指午餐时间,中场休息,和预防性维护等。意外故障时间是随机发生的故障所需的时间,包括失效平均间隔时间和维修平均间隔时间。 在这些工作完成之后,需要将现实系统作模型描述,它远比模型描述向计算机模型转化困难。现实向模型的转化意味着你已经对现实有了非常彻底的理解,并且能将其完美的描述出来。这一阶段,将此转换过程中所作的所有假设作详细说明非常有必要。事实上,在整个仿真研究过程中,所有假设列表保持在可获得状态是个很好的主意,因为这个假设列表随着仿真的递进还要逐步增长。假如描述系统这一步做得非常好,建立计算机模型这一阶段将非常简便。 注意,获得足够的,能够体现特定仿真目的的系统本质的材料是必要的,但是不需要获得与真实系统一一对应的模型的描述。正如爱因斯坦所说“做到不能再简单为止”。 (4)列举可能的替代方案 在仿真研究中,确定模型早期运行的可置换方案是很重要的。它将影响着模型的建立。在初期阶段考虑替代方案,模型可能被设计成可以非常容易的转换到替换系统。 (5)收集数据和信息 收集数据和信息,除了为模型参数输入数据外,在验证模型阶段,还可以提供实际数据与模型的性能测度数据进行比较。数据可以通过历史纪录、经验、和计算得到。这些粗糙的数据将为模型输入参数提供基础,同时将有助于一些需要较精确输入参数数据的收集。 有些数据可能没有现成的记录,而通过测量来收集数据可能要费时、费钱。除了在模型分析中,模型参数需要极为精确的输入数据外,同对系统的每个参数的数据进行调查、测量的收集方式相比,采用估计方法来产生输入数据更为高效。估计值可以通过少数快速测量或者通过咨询熟悉系统的系统专家来得到。即使是使用较为粗糙的数据,根据最小值、最大值和最可能取值定义一个三角分布,要比仅仅采用平均值仿真效果都要好得多。有时候采用估计值也能够很好的满足仿真研究的目的。例如,仿真可能被简单的用来指导人员了解系统中特定的因果关系。在这种情况下,估计值就可以满足要求。 当需要可靠数据时,花费较多时间收集和统计大量数据,以定义出能够准确反映现实的概率分布函数就是非常必要的。需要的数据量的大小取决于变量的变异程度,但是也有通用的规则,大拇指法指出至少需要三十甚至上百的数据。假如要获得随机停机时间的输入参数,必须要在一个较长时间段内捕获足够多的数据。 (6)建立计算机模型 构建计算机模型的过程中,首先构建小的测试模型来证明复杂部件的建模是合适的。一般建模过程是呈阶段性的,在进行下一阶段建模之前,验证本阶段的模型工作正常,在建模过程中运行和调试每一阶段的模型。不会直接将整个系统模型构建起来,然后点击“运行”按钮来进行系统的仿真。抽象模型有助于定义系统的重要部分,并可以引导为后续模型的详细化而进行的数据收集活动。我们可能想对同一现实系统构建多个计算机模型,每个模型的抽象程度都不相同。 (7)验证和确认模型 验证是确认模型的功能是否同设想的系统功能相符合。模型是否同我们想构建的模型相吻合,产品的处理时间、流向是否正确等。确认范围更广泛。它包括:确认模型是否能够正确反映现实系统,评估模型仿真结果的可信度有多大等。 (8)验证 现在有很多技术可以用来验证模型。最最重要的、首要的是在仿真低速运行时,观看动画和仿真钟是否同步运行,它可以发现物料流程及其处理时间方面的差异。 另一种验证技术是在模型运行过程中,通过交互命令窗口,显示动态图表来询问资源和流动项目的属性和状态。 通过“步进”方式运行模型和动态查看轨迹文件可以帮助人们调试模型。运行仿真时,通过输入多组仿真输入参数值,来验证仿真结果是否合理也是一种很好的方法。在某些情况下,对系统性能的一些简单测量可以通过手工或使用对比而来获得。对模型中特定区域要素的使用率和产出率通常是非常容易计算出来的。 在调试模型中是否存在着某种特定问题时,推荐使用同一随机数流,这样可以保证仿真结果的变化是由对模型所做的修改引起的,同时对随机数流不做改动,有时对于模型运行在一些简单化假设下,非常有帮助,这些假设是为了更加简便的计算或预测系统性能。 (9)确认 模型确认建立模型的可信度。但是,现在还没有哪一种确认技术可以对模型的结果作出100%的确定。我们永远不可能证明模型的行为就是现实的真实行为。如果我们能够做到这一步,可能就不需要进行仿真研究的第一步(问题的定义)了。我们尽力去做的,最多只能是保证模型的行为同现实不会相互抵触罢了。 通过确认,试着判断模型的有效程度。假如一个模型在得到我们提供的相关正确数据之后,其输出满足我们的目标,那么它就是好的。模型只要在必要范围内有效就可以了,而不需要尽可能的有效。在模型结果的正确性同获得这些结果所需要的费用之间总存在着权衡。 判断模型的有效性需要从如下几方面着手: ①模型性能测度是否同真实系统性能测度匹配? ②如果没有现实系统来对比,可以将仿真结果同相近现实系统的仿真模型的相关运行结果作对比。 ③利用系统专家的经验和直觉来假设复杂系统特定部分模型的运行状况。 对每一主要任务,在确认模型的输入和假设都是正确的,模型的性能测度都是可以测量的之前,需要对模型各部分进行随机测试。 ④模型的行为是否同理论相一致?确定结果的理论最大值和最小值,然后验证模型结果是否落入两值之间。 为了了解模型在改变输入值后,其输出性能测度的变化方向,可以通过逐渐增大或减小其输入参数,来验证模型的一致性。 ⑤模型是否能够准确的预测结果?这项技术用来对正在运行中的模型进行连续的有效性验证。 ⑥是否有其他仿真模拟器模拟了这个模型?要是有的话那就再好不过了,可以将已有模型的模拟结果同现在设计的模型的运行结果进行对比。 (10)运行可替代实验 当系统具有随机性时,就需要对实验做多次运行。因为,随机输入导致随机输出。如果可能,在第二步中应当计算出已经定义的每一性能测度的置信区间。可替代环境能够单独构建,并可以通过使用WITNESS软件中的“Optimizer”模块来设置并自动运行仿真优化。 WITNESS软件的“Optimizer”模块为了执行优化操作,通过选择目标函数的最大化或最小化,定义需要实验的许多决策变量,需要达到的条件变量,需要满足的约束等,然后让优化模块负责搜索变量的可替换数字,来运行模型。最终得出决策变量集的优化解决方案,和最大化或最小化的模型目标函数。“Optimizer”模块设置了一套优化方法,包括遗传算法、仿真处理、禁忌搜索、分散搜索和其他的混合法来得出模型的优化配置方案。 在选择仿真运行长度时,考虑启动时间,资源失效可能间隔时间,处理时间或到达时间的时间或季节性差异,或其他需要系统运行足够长时间才能出现效果的系统特征变量,是非常重要的。 (11)输出分析 报表、图形和表格常常被用于进行输出结果分析。同时需要于今年用统计技术来分析不同方案的模拟结果。一旦通过分析结果并得出结论,要能够根据模拟的目标来解释这些结果,并提出实施或优化方案。使用结果和方案的矩阵图进行比较分析也是非常有帮助的。

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电子信息科学与技术专业本科毕业设计(论文)选题指南 一、电子信息科学与技术专业的学科领域 电子信息科学与技术专业属于电子信息科学类专业。电子信息科学类专业还包括:微电子学(071202);光信息科学与技术(071203)。 二、电子信息科学与技术专业的主要研究方向和培养目标 1、电子信息科学与技术专业的主要研究方向 (1) 电路与系统 (2) 计算机应用 2、电子信息科学与技术专业的培养目标 本专业培养具备电子信息科学与技术、计算机科学与技术的基本理论和基本知识,受到严格的科学实验训练和科学研究初步训练,能在电子信息科学与技术、计算机科学与技术及相关领域和行政部门从事科学研究、教学、科技开发、产品设计、生产技术或管理工作的电子信息科学与技术高级专门人才。 本专业学生主要学习电子信息科学与技术的基本理论和技术,受到科学实验与科学思维的训练,具有本学科及跨学科的应用研究与技术开发的基本能力。 毕业生应具备以下几方面的知识、能力和素质: (1) 掌握数学,物理等方面的基本理论和基本知识,; (2) 掌握电子信息科学与技术,计算机科学与技术等方面的基本理论,基本 知识和基本技能与方法; (3) 了解相近专业的一般原理和知识; (4) 熟悉国家电子信息产业政策及国内外有关知识产权的法律法规; (5) 了解电子信息科学与技术的理论前沿,应用前景和最新发展动态,以及 电子信息产业发展状况; (6) 掌握现代电路设计自动化技术。 (7) 掌握资料查询,文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法;具有一定的技术设计,归纳、整理、分析实验结果,撰写论文,参与学术交流的能力; (8) 具备善于运用已有知识来学习挖掘新知识,能够将所学知识运用到实践活动中去和运用科学知识分析解决实际问题的能力; (9) 具有独立观察,分析问题,敢于标新立异,勇于置疑,具备开展科学创新活动的基本能力; (10) 善于自我设计、自我推销,协调和处理人际关系,能够及时掌握人才市场需求的信息,具有自主择业的能力。 三、毕业设计(论文)选题原则 本专业毕业论文(设计)题目的选择要遵循以下原则: 1、要结合所学专业 毕业论文主要用来衡量学生对所学知识的掌握程度,所以论文题目不能脱离所学的专业知识。有些学生工作与所学专业没有关系,而本人对所从事的工作有一定的探索或研究,毕业论文就写了这方面的内容。这只能算是工作总结,但不能算是一篇毕业论文。 工科学生学习的专业往往和他们从事的工作有教紧密的关系,他们有教丰富的实验经验和感性认识,经过几年的系统学习,可以学到相应的理论知识,使他们对自己的工作有一种新的认识,他们可以利用所学知识对原来的工作方式、工作程序、工作工具进行改进,以提高工作效率。 2、内容要新 工科论文除了具有理论性之外,更重要的是它的实践性和实际操作性。工科各学科发展非常之快,往往教科书刚进入课堂,内容就已经落后了。待学生毕业时,所学知识可能几近淘汰,所以学生选题要注意所用知识不能陈旧,要能跟上学科的发展。 3、题目要大小适当,难易适度 论文题目不宜过大,否则必然涉及的范围大广。学生处涉科研,普遍存在着知识面窄、理论功底不足的问题,再加上学生主要以业余学习为主,题目太大,势必讲得不深不透,乃至丢三落四,难以驾驭。因此,选题必须具体适中。 题目选择要难易适度。过难,自己不能胜任,最后可能半途而废,无法完成论文;太容易,则论文层次太低,不能很好地反映几年来的学习成绩和科研水平,同时自己也得不到锻炼。 选题最好能合乎个性兴趣爱好,如果自己对论题兴趣很高,就会有自发的热情和积极性,文章就容易写出新意来。 四、毕业设计(论文)选题 选题是决定毕业设计(论文)训练成败与质量好坏的关健之一。 1、电子信息科学与技术专业本科从选题的内容上可以分为理论型毕业设计(论文)和应用型毕业设计(论文)两大类。 2、从本科毕业设计(论文)课题的来源,也可以分为科研开发型和自确定型毕业设计(论文)两大类。 3、从电子信息科学与技术专业本科毕业设计(论文)所涉及的研究领域来看,又可以将其划分为如下一些领域: (1) 集成电路的测试与故障诊断 (2) 集成电路的设计与分析 (3) ARM的设计与应用 (4) 信号与信息处理 (5) 单片机应用系统开发 (6) 仪器、仪表的设计开发与改进 (7) 视频、音频信号处理技术 (8) 可编程器件、EDA技术 (9) 新型电源的开发与应用 (10) 各种电子电路的设计 (11) 微机接口电路的设计 (12) 电子电路的软件仿真技术 (13) 太赫兹电子技术 (14) 测试控制系统的设计与仿真 (15) 数据采集系统设计 (16) 虚拟仪器

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