仿真模型范文

導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇仿真模型，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

    概念模型作為真實(shí)世界向仿真實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的一個(gè)階段,在仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著極其重要的作用,但前提是其本身是正確且可信的。概念模型表達(dá)真實(shí)世界的可信程度如何,是否建立了正確的模型,這些問(wèn)題往往需要通過(guò)概念模型驗(yàn)證來(lái)實(shí)現(xiàn)。概念模型驗(yàn)證是確保仿真可信度的基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于概念模型驗(yàn)證已有一些研究成果。美國(guó)國(guó)防部建模與仿真辦公室(DMSO)頒布了VV&ARPG,用于指導(dǎo)仿真系統(tǒng)的校核、驗(yàn)證和確認(rèn)(Verification,ValidationandAccreditation,VV&A)工作。許多仿真界的專家如OsmanBalci、DaleK.Pace、RobertG.Sargent等也在論文中討論了概念模型的驗(yàn)證問(wèn)題[1-3]。從目前的研究情況來(lái)看,關(guān)于概念模型驗(yàn)證的層次、內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題討論得較少,許多學(xué)者都給出了概念模型驗(yàn)證的方法,但對(duì)于如何選擇這些方法、如何將驗(yàn)證方法與驗(yàn)證的內(nèi)容相關(guān)聯(lián)等問(wèn)題研究得較少。因此,本文將在綜述國(guó)內(nèi)外概念模型驗(yàn)證方法的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)探討概念模型驗(yàn)證方法的選擇問(wèn)題。

    2概念模型驗(yàn)證概述

    2.1概念模型驗(yàn)證的定義和任務(wù)概念模型驗(yàn)證(ConceptualModelValidation,CMV)是仿真系統(tǒng)VV&A過(guò)程中的重要階段和基本活動(dòng),其目的和結(jié)果是為了得到優(yōu)質(zhì)的概念模型。概念模型驗(yàn)證試圖發(fā)現(xiàn)并糾正概念建模階段中出現(xiàn)的錯(cuò)誤,確保問(wèn)題域的特征和結(jié)果都全面而準(zhǔn)確地得到認(rèn)可。在明確了概念模型驗(yàn)證的作用后,可以對(duì)其定義如下:定義1:概念模型驗(yàn)證是以概念模型為輸入,概念建模和驗(yàn)證人員采用一定的驗(yàn)證方法和驗(yàn)證工具,在領(lǐng)域?qū)＜业墓餐瑓⑴c下,通過(guò)一系列檢查、比較、驗(yàn)證和修改等活動(dòng),最終得到優(yōu)質(zhì)概念模型的過(guò)程。概念模型驗(yàn)證的主要任務(wù)是根據(jù)特定的建模目的和目標(biāo),考察概念模型在其作用域內(nèi)是否準(zhǔn)確地代表了實(shí)際系統(tǒng),確定模型描述真實(shí)世界預(yù)定目的的程度,也就是說(shuō)模型的輸出在多大程度上與人們對(duì)真實(shí)世界相關(guān)對(duì)象領(lǐng)域的理解一致。概念模型驗(yàn)證的具體任務(wù)是檢驗(yàn)概念模型的完備性、一致性、正確性。完備性是指所構(gòu)建的概念模型對(duì)系統(tǒng)完成使命是否充分;一致性是指所構(gòu)建的概念模型是否相互一致且不相互矛盾;正確性是指所構(gòu)建的概念模型是否保證正確完成系統(tǒng)使命。

    2.2概念模型驗(yàn)證的層次和內(nèi)容概念模型驗(yàn)證具有一定的層次性。羅愛(ài)民博士在博士論文中基于認(rèn)識(shí)論以及信息科學(xué)理論指出,系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)所蘊(yùn)含的信息包括三個(gè)層次:語(yǔ)法信息、語(yǔ)義信息和語(yǔ)用信息[4],以語(yǔ)法、語(yǔ)義和語(yǔ)用這三個(gè)層次來(lái)劃分體系結(jié)構(gòu)分析與驗(yàn)證。本文采納羅愛(ài)民論文的分法,將概念模型驗(yàn)證劃分為語(yǔ)法層概念模型驗(yàn)證、語(yǔ)義層概念模型驗(yàn)證和語(yǔ)用層概念模型驗(yàn)證三個(gè)層次。下面針對(duì)每個(gè)層次的特點(diǎn),分析其具體的驗(yàn)證內(nèi)容:1)語(yǔ)法層概念模型驗(yàn)證是指從概念模型的描述樣式來(lái)考慮,只注重概念模型在形式上的正確與否,而不關(guān)心概念模型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。根據(jù)概念模型的描述方法和語(yǔ)言不同,語(yǔ)法層驗(yàn)證的內(nèi)容和重點(diǎn)也各不一樣[5]。2)語(yǔ)義層概念模型驗(yàn)證是指檢查概念模型是否客觀地反映了真實(shí)世界中的過(guò)程、實(shí)體、交互等要素,在語(yǔ)義上是否有沖突,是否符合邏輯。它主要包括:語(yǔ)義的正確性、語(yǔ)義的完整性和語(yǔ)義的一致性。語(yǔ)義正確性驗(yàn)證是指在模型中的對(duì)于待開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能、行為、性能的表述必須與用戶對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的期望相吻合,即分析模型中所描述的每一項(xiàng)內(nèi)容都代表了對(duì)于待開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的真實(shí)要求;語(yǔ)義完整性驗(yàn)證是指檢查概念模型所表達(dá)的內(nèi)容是否完整,是否缺少相關(guān)的描述要素;語(yǔ)義一致性驗(yàn)證是指檢查描述系統(tǒng)各種特征的概念模型是否存在不一致的現(xiàn)象。3)語(yǔ)用層概念模型驗(yàn)證是指在語(yǔ)法、語(yǔ)義層次的信息都正確、一致、完備的前提下,檢查概念模型所發(fā)揮的效用是否滿足需求以及滿足需求的程度。由于概念模型處在仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的初期階段,對(duì)功能的驗(yàn)證很難進(jìn)行。容易陷入兩難境況:一是陷入冗余和瑣碎,一是遺漏重要需求。充分且必要的功能要求的界限很難把握,缺少嚴(yán)格的判斷標(biāo)準(zhǔn)。目前主要是人工審閱,依靠專家的經(jīng)驗(yàn)來(lái)主觀判定功能需求的正確性和完備性[6]。

    3概念模型驗(yàn)證方法的現(xiàn)狀分析目前,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多關(guān)于概念模型驗(yàn)證方法的研究成果。美國(guó)國(guó)防部(DoD)建模與仿真辦公室(DMSO)在VV&ARPG中總結(jié)了76種驗(yàn)證方法[7]。許多仿真界的專家如OsmanBalci、DaleK.Pace、RobertG.Sargent等也在論文中討論了概念模型的驗(yàn)證方法[1,2,3,8]。通過(guò)總結(jié),可以將概念模型的驗(yàn)證方法分為專家評(píng)審法、折衷分析法、形式化驗(yàn)證方法和可執(zhí)行驗(yàn)證方法四類。

    3.1專家評(píng)審法專家評(píng)審法是目前廣泛使用的概念模型驗(yàn)證方法。該方法實(shí)施的主要過(guò)程是:組織一個(gè)由領(lǐng)域?qū)＜医M成的評(píng)審小組,專家依據(jù)自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),采用閱讀的方法檢查概念模型的設(shè)計(jì)文檔。這種方法雖然比較常用,而且簡(jiǎn)單易行,但它存在著以下三個(gè)主要問(wèn)題:第一,難以處理大型、復(fù)雜的概念模型文檔。對(duì)于大型的仿真系統(tǒng),其概念模型可能是一份多達(dá)幾百頁(yè)的文檔。面對(duì)這樣龐大的文檔,由于精力問(wèn)題,極少有人能夠認(rèn)真地檢查每一部分、每一細(xì)節(jié),從而使得概念模型驗(yàn)證過(guò)程僅僅是一種形式,不能達(dá)到其原本目的。第二,這種方法的主觀性較強(qiáng),往往由于專家的知識(shí)結(jié)構(gòu)、經(jīng)驗(yàn)水平等因素影響,驗(yàn)證結(jié)果存在一定偶然性。第三,驗(yàn)證過(guò)程需要較長(zhǎng)的時(shí)間。組織多人參加的評(píng)審會(huì)議,由于受時(shí)間、地域等因素限制,往往比較困難。同時(shí),多個(gè)專家對(duì)于許多問(wèn)題難以達(dá)成一致意見(jiàn),這也在一定程度上延長(zhǎng)了驗(yàn)證的過(guò)程。

    3.2折衷分析法折衷分析法是由美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)軟件工程研究所首先提出的,該方法可以用于對(duì)概念模型的各種非功能性指標(biāo)(如性能、可更改性、可靠性、安全性等,也稱為質(zhì)量屬性)進(jìn)行折衷分析。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在系統(tǒng)各類相關(guān)角色的參與下,確定各類質(zhì)量屬性的一個(gè)折衷方案,有利于模型設(shè)計(jì)在相關(guān)各方達(dá)成共識(shí);但其缺點(diǎn)是建立與實(shí)際系統(tǒng)吻合的質(zhì)量屬性模型非常困難,但卻是得出正確評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)鍵,另外,該方法無(wú)法對(duì)模型的行為特性進(jìn)行驗(yàn)證[9-10]。

    3.3形式化驗(yàn)證方法形式化驗(yàn)證方法是通過(guò)嚴(yán)格的邏輯運(yùn)算或推理來(lái)發(fā)現(xiàn)概念模型的問(wèn)題,是最精確、最嚴(yán)格的方法。對(duì)于采用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定理表達(dá)式描述的概念模型,一般采用這種方法。比較常見(jiàn)的形式化驗(yàn)證方法有:基于Statecharts的形式化驗(yàn)證方法[11]、模型檢測(cè)方法(ModelChecking)[12]、基于本體的形式化驗(yàn)證方法[13]等。形式化驗(yàn)證方法的優(yōu)點(diǎn)是具有嚴(yán)格的語(yǔ)義規(guī)則,驗(yàn)證過(guò)程嚴(yán)密,不過(guò)也存在以下不足:一是因?yàn)檠芯勘容^初步,還只是側(cè)重于完備性、一致性等比較容易的驗(yàn)證內(nèi)容,但是對(duì)于邏輯性、合理性等比較復(fù)雜的驗(yàn)證則沒(méi)有涉及;二是定義在核心實(shí)體上的驗(yàn)證規(guī)則很不全面,而且依賴于體系結(jié)構(gòu)的形式化描述,不具有通用性。目前對(duì)于形式化驗(yàn)證方法的研究還比較少,研究深度也不夠,不過(guò)該方法的精確性和嚴(yán)密性等特點(diǎn)也決定了它將是以后概念模型驗(yàn)證方法研究的主要發(fā)展方向。

    3.4可執(zhí)行驗(yàn)證方法可執(zhí)行驗(yàn)證方法是一種人機(jī)交互的驗(yàn)證方法,模型按照過(guò)程邏輯進(jìn)行“執(zhí)行”,其結(jié)果正確性依賴領(lǐng)域?qū)＜业呐袛唷Ｔ摲椒ㄊ紫扔蓡讨?梅森大學(xué)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室提出的,可以用于驗(yàn)證模型的邏輯性、合理性等動(dòng)態(tài)特性,即側(cè)重于模型驗(yàn)證的語(yǔ)法和語(yǔ)用層次。其基本思路是以概念模型為基礎(chǔ),轉(zhuǎn)換為某種可執(zhí)行模型(如有色Petri網(wǎng)(CPN)、增強(qiáng)型功能流框圖等),添加某些信息后,運(yùn)行該可執(zhí)行模型,驗(yàn)證概念模型描述中的動(dòng)態(tài)行為是否按預(yù)期的順序執(zhí)行,是否有邏輯沖突,能否達(dá)到預(yù)期的效果,另外,還可以通過(guò)模型運(yùn)行收集數(shù)據(jù),對(duì)概念模型的部分性能參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前關(guān)于可執(zhí)行驗(yàn)證法主要有三種思路,分別從不同方面對(duì)概念模型的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行驗(yàn)證:思路一:從概念模型的結(jié)構(gòu)化描述中,利用活動(dòng)模型、數(shù)據(jù)模型的組合構(gòu)建CPN可執(zhí)行模型[4,14]。其主要思想是以IDEF0進(jìn)行結(jié)構(gòu)化描述,把每個(gè)活動(dòng)變?yōu)镻etri網(wǎng)的轉(zhuǎn)移,每個(gè)連接兩個(gè)活動(dòng)的IDEF0箭頭用“弧線-位置-弧線”來(lái)替換,信息用于規(guī)定令牌的顏色設(shè)置,最后通過(guò)CPN模型的執(zhí)行結(jié)果來(lái)判斷其是否符合需求。由于IDEF0是靜態(tài)模型,缺少對(duì)輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)等時(shí)序關(guān)系的描述,因此,在生成對(duì)象Petri網(wǎng)模型中,缺少相關(guān)信息,需要人工干預(yù)的因素較多。思路二:從基于UML的概念模型面向?qū)ο竺枋鲋?利用UML的類圖、活動(dòng)圖、協(xié)作圖的組合構(gòu)建CPN可執(zhí)行模型。其主要思想是首先將UML類圖中的類轉(zhuǎn)化為兩種類:一種是只有屬性沒(méi)有操作的“屬性類”,另一種是只有操作沒(méi)有屬性的“操作類”,如果一個(gè)類既有屬性又有操作,則要轉(zhuǎn)換成兩個(gè)類;然后將關(guān)聯(lián)類置換為位置,關(guān)聯(lián)類中屬性設(shè)置為位置中令牌的顏色,又將操作類置換為轉(zhuǎn)移,如果類中有多個(gè)操作,則可建立轉(zhuǎn)移的子轉(zhuǎn)移;再次是根據(jù)協(xié)作圖或活動(dòng)圖確定弧線的方向,最后利用規(guī)則模型中的規(guī)則產(chǎn)生弧線標(biāo)識(shí)、規(guī)則模塊。該方法相對(duì)于思路一的優(yōu)勢(shì)在于:CPN模型中的位置、轉(zhuǎn)移和令牌的設(shè)置都來(lái)源于類圖,而第一種思路則來(lái)源于不同的模型,增加了模型的構(gòu)造難度,但該思路的缺點(diǎn)是UML的描述方法不如結(jié)構(gòu)化的描述方法形象直觀,而且UML類圖和IDEF0模型類似,也是靜態(tài)模型,需要較多的人工干預(yù)。思路三:利用相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)概念模型的可執(zhí)行驗(yàn)證,例如Telelogic公司的TAUG2軟件。這種思路提出了將不同作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)圖進(jìn)行連接,然后根據(jù)不同的想定將其以時(shí)序圖的方式進(jìn)行執(zhí)行,具有一定的可操作性和實(shí)用性,但其主要問(wèn)題是無(wú)法對(duì)概念模型的行為特性進(jìn)行完整的評(píng)價(jià),且該方法只能以UML的描述為基礎(chǔ),不具有通用性。

篇2

關(guān)鍵詞： 玫瑰線； 軌跡； 仿真實(shí)驗(yàn)； Mathematica軟件

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）04-01-03

Model of rose curve trajectory and simulation experiment

Wang Fugui1， Wang Jianwei2

（1. College of Arts and Sciences， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi 030801， China；

2. College of Information Science and Engineering， Shanxi Agricultural University）

Abstract： The model of rose curve trajectory is given in this paper in which it is proven theoretically. A simulation experiment has been done using mathematical software. Both the theory and experiment indicate that when ， ρ=acosnθ can be achieved. The formation rule of the rose curve is revealed based on motion. Theoretical evidence for related mechanical drawing is provided.

Key words： rose curve； trajectory； simulation experiment； Mathematical softwares

0 引言

玫瑰線的極坐標(biāo)方程為ρ（θ）=acosnθ，如ρ（θ）=acos3θ表示3葉玫瑰線，ρ（θ）=acos2θ表示4葉玫瑰線等[1，2]。由于玫瑰線的曲線美觀，所以使用玫瑰線可以設(shè)計(jì)出許多非常漂亮的幾何圖案[3]。許多學(xué)者對(duì)玫瑰線的幾何特性作了研究，熊作朝先生研究了玫瑰線的周長(zhǎng)[4]，潘陸益先生等研究了玫瑰線的花瓣數(shù)及周期性等[5，6]，李星秀先生等研究了逐點(diǎn)生成算法[7]。玫瑰線有許多實(shí)際應(yīng)用，如掃描瞬時(shí)視場(chǎng)[8]，安全底紋的設(shè)計(jì)[9]等。本文建立了玫瑰線的軌跡模型，并使用Mahtematica程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)了玫瑰線軌跡仿真程序[10，11]。

1 軌跡模型

1.1 模型描述

如圖1所示，設(shè)動(dòng)圓半徑為，動(dòng)圓圓心初始位置為A（，0），動(dòng)圓上的動(dòng)點(diǎn)Q的初始位置為B（a，0），動(dòng)圓的圓心P繞著原點(diǎn)O（0，0）勻速公轉(zhuǎn)，角速度為ω（ω>0時(shí)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，ω

1.2 模型證明

由于P點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，Q點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角速度為kω，故在t時(shí)刻時(shí)∠AOP=ωt，∠BPQ=kωt，如圖2所示。所以動(dòng)點(diǎn)Q在t時(shí)刻的直角坐標(biāo)為：

⑴

t時(shí)刻Q點(diǎn)與原點(diǎn)之間距離平方為：

⑵

假設(shè)t時(shí)刻Q點(diǎn)在極坐標(biāo)系下的極角為θ（t），則

⑶

當(dāng)t充分小時(shí)，與均位于第1或第4象限，故。

取，從而有：

⑷

下面驗(yàn)證對(duì)于任意的時(shí)刻t時(shí)，⑷式均成立。現(xiàn)把⑷式轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系下坐標(biāo)。

⑸

⑹

由⑸式與⑹式可知，Q運(yùn)動(dòng)軌跡的極坐標(biāo)方程為

⑺

1.3 模型應(yīng)用

從⑺式知，模型中的參數(shù)k取不同的值，將得到不同的玫瑰線軌跡。令，得，故當(dāng)模型中的參數(shù)時(shí)，即得到模型中Q點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為玫瑰線ρ（θ）=acos（nθ）（n≠1）。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 仿真程序

我們?cè)贛athematica7.0環(huán)境下編寫(xiě)了模型仿真函數(shù)roseLineTrajectory，函數(shù)roseLineTrajectory輸出動(dòng)點(diǎn)Q的運(yùn)動(dòng)軌跡。源代碼如下：

roseLineTrajectory[a_， k_， Dynamic[t_]] ：=

DynamicModule[{angleCalc， p， q， tt， g}，

g[] ：= （p = RotationMatrix[t].{a/2， 0}；

（*點(diǎn)P在t時(shí)刻位置*）

q=RotationMatrix[k t].{a/2， 0}；

（*點(diǎn)Q在t時(shí)刻相對(duì)于P點(diǎn)的偏移量*）

Show[Graphics[{{Dashed， Circle[{0， 0}， a/2]

（*P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡*）}，

{Dotted， Circle[p， a/2]}，

Circle[p， a/2， {Min[k t， 0]， Max[k t， 0]}]，

Circle[{0， 0}， a/2， {Min[0， t]， Max[0， t]}]，

PointSize[Medium]，

Point[p]，

Point[p+q]，

Arrow[{{0， 0}， p}]， Arrow[{p， p + q}]}，

PlotRange->{{-a-0.1， a+0.1}，{-a-0.1，a+0.1}}，

Axes -> True，

AxesLabel -> {x， y}]，

ParametricPlot[

RotationMatrix[u].{a/2， 0} +

RotationMatrix[k u].{a/2， 0}， {u， -10^-8， t}，

PlotStyle -> Thick，

PerformanceGoal -> "Quality"]]）；

LocatorPane[Dynamic[tt，

（angleCalc @@ Normalize /@ {#， tt}） &]，

Dynamic[g[]]， Appearance -> None]，

Initialization ：> （tt = {1， 0}； t = 0；

angleCalc[newp_， oldp_] ：= （t = t +

ArcCos[newp.oldp] Sign[Cross[newp].（newp-oldp）]；

tt={Cos[t]， Sin[t]}））

]

2.2 仿真程序測(cè)試

要得到3葉玫瑰線軌跡，可取參數(shù)k=-2，故調(diào)用模型仿真函數(shù)如下：

roseLineTrajectory[1， -2， Dynamic[t]]

輸出仿真交互界面如圖3所示。

使用鼠標(biāo)在圖3中拖動(dòng)點(diǎn)P，可使點(diǎn)P繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，程序?qū)?dòng)態(tài)地輸出動(dòng)點(diǎn)Q所劃過(guò)的軌跡，如圖4所示。

當(dāng)P點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周以上時(shí)，得到Q點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一條封閉的3葉玫瑰線ρ（θ）=cos（3θ），如圖5所示。

取參數(shù)時(shí)，輸入：

roseLineTrajectory[1， -4/3， Dynamic[t]]

可得到如圖6所示的7葉玫瑰線。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文建立了玫瑰線的軌跡模型，對(duì)模型進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論的正確性。通過(guò)調(diào)整模型中參數(shù)k的值，可以得到不同的玫瑰線軌跡，故該模型可以應(yīng)用于機(jī)械繪制任意玫瑰線，可使玫瑰線的應(yīng)用更加廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1] 同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)教研室.高等數(shù)學(xué)上冊(cè)（第4版）[M].高等教育出版社，1996.

[2] 李億民.關(guān)于多葉玫瑰線的一個(gè)注記[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009.23（2）：88-90

[3] 楊濤，王坤茜，徐人平等.函數(shù)圖形中的玫瑰線在紡織中的應(yīng)用[J].毛紡科技，2008.10：40-43

[4] 熊作朝.關(guān)于玫瑰線周長(zhǎng)的一個(gè)恒等關(guān)系[J].思茅師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011.27（3）：13-14

[5] 潘陸益.玫瑰線及其應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2008.25（10）：236-238

[6] 金義明，張三元.廣義玫瑰線及其應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2004.3：170-171

[7] 李星秀，康寶生.玫瑰線和普通旋輪線的逐點(diǎn)生成算法[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006.27（5）：746-748

[8] 張磊，裘雪紅.一種新的確定"玫瑰線"掃描中瞬時(shí)視場(chǎng)的方法[J].紅外技術(shù)，2003.25（1）：44-47

[9] 亓文法，李曉龍，楊斌等.動(dòng)擺線及其在安全底紋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2008.20（2）：267-272

篇3

“俄羅斯現(xiàn)代級(jí)Ⅱ型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦”模型的構(gòu)件均由塑料注塑而成，所有零件都在注塑件模板上。盡管大多數(shù)零件需要涂膠進(jìn)行組裝，但尚有一些零件是通過(guò)緊密配合組裝的，如炮臺(tái)、甲板等可隨時(shí)拆卸轉(zhuǎn)動(dòng)。在制作過(guò)程中，用膠粘接小零件時(shí)，涂膠要盡量少，可用針、牙簽蘸取膠水再涂在粘接點(diǎn)上；粘接微小零件時(shí)，可用鑷子夾著，并注意手要穩(wěn)、防止夾取物崩掉。

單個(gè)零件的噴涂（圖1～圖7）應(yīng)在粘接之前，遵循“先上色后粘接”原則。上色時(shí)，可先為模板上色，待干后再將零件剪下來(lái)粘接；也可將零件剪下修飾后，用鑷子夾住一個(gè)個(gè)上色；或把小零件先膠粘于相應(yīng)位置再進(jìn)行噴涂，如果粘接點(diǎn)上有漆則應(yīng)先用刀刮掉。

塑料模型一般用塑料噴涂顏料噴涂上色，優(yōu)點(diǎn)是噴涂效果好，缺點(diǎn)是需使用氣泵和噴筆，成本較高。初學(xué)者可用罐噴漆進(jìn)行噴涂，雖然效果不很理想，但成本低。

“俄羅斯現(xiàn)代級(jí)Ⅱ型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦”模型除了船體的水下部分需要套色噴涂，其余部分均為單一上色。

噴漆上色的第一道工序，是用底漆噴一遍（田宮自噴漆B-505-1000漆號(hào)）。第一次噴涂既要薄還要均勻，這樣干得快，有利于第二次和第三次的噴涂。通過(guò)三次噴涂，模型的顏色會(huì)均勻、光澤度好。

船體的水下部分需要套色噴涂。噴涂前先把不上色的部分用膠帶遮住，注意膠帶邊緣粘貼密實(shí)，不要留有縫隙和褶皺。為達(dá)到最好的上色效果，噴涂的地方可用刀或細(xì)砂紙先修整磨平，顏料則要少噴、勤噴，防止一次性噴漆過(guò)多留下流淌痕跡，影響外觀質(zhì)量。待顏料干后，把遮擋膠帶取下。取下時(shí)切忌快速撕拉，應(yīng)沿著上色邊緣輕輕將其向外翻轉(zhuǎn)，這樣噴涂上的色皮就不容易被撕掉了 。

對(duì)仿真模型來(lái)說(shuō)，除了準(zhǔn)確的拼裝外，正確的涂裝同樣十分重要，也是整個(gè)模型制作的關(guān)鍵步驟。噴涂上色時(shí)需要注意幾點(diǎn)。

第一點(diǎn)是噴涂時(shí)各種顏料的粘稠度。模型上色時(shí)，既要讓噴涂的涂層薄而勻，又不至影響零部件的精細(xì)程度，因此粘稠度要調(diào)配得適當(dāng)。較稠涂料噴出的涂層十分粗糙，用高倍放大鏡看時(shí)表面都是細(xì)小的顆粒，影響模型美觀，此時(shí)可在顏料中加入適量稀釋劑。

第二點(diǎn)是噴槍或噴筆與模型的距離。如果太近，會(huì)因漆量過(guò)多導(dǎo)致顏料下淌；如果太遠(yuǎn)，則會(huì)造成顏料的浪費(fèi)。

第三點(diǎn)是套色噴涂時(shí)的上色順序。若噴涂帶迷彩的艦船模型，遮擋物非常關(guān)鍵。一般可選擇低粘度的膠帶紙，如電工用膠布、不干膠紙等，模型商店則有專門的遮擋用紙出售。噴涂迷彩時(shí)要仔細(xì)研究噴涂顏色的順序，即先噴什么顏色，后噴什么顏色。順序不合理會(huì)造成遮擋困難和重復(fù)施工。

噴涂小零部件時(shí)可用鑷子夾住進(jìn)行。相同顏色的零件，最好粘在貼有雙面膠的木片或紙板上一起噴涂。而且，要注意粘牢零部件，否則它們?nèi)菀妆粐姌尩母邏簹饬鞔底撸斐蓙G失。

小零部件的組裝

組裝小零部件時(shí)，也可用鑷子進(jìn)行。為了不使模型零件漆層表面損壞，可在鑷子尖處用布膠帶（俗稱橡皮膏）纏繞一下。裝配較大的零部件時(shí)，則應(yīng)戴布質(zhì)細(xì)線手套，防止污染模型表面。萬(wàn)一發(fā)現(xiàn)有些零部件涂裝失敗，可用涂料的稀釋劑將涂層洗去，再重新噴涂。如果發(fā)現(xiàn)零件上有細(xì)小漏漆的地方，可用毛筆蘸取顏料補(bǔ)漆。在兩種漆層交界的部位，如有一種漆多余，則可用另一種顏色的漆遮擋，或用極細(xì)的水砂紙磨掉。

在模型套材的裝配圖中，標(biāo)有模型各處顏色的標(biāo)號(hào)和要求。同一品牌的模型顏色標(biāo)號(hào)可從該模型廠家出品的模型樣本或手冊(cè)中查找。如有需要調(diào)配的涂料顏色，應(yīng)盡量達(dá)到說(shuō)明書(shū)中的要求。

模型上的天線，可充分利用模型套材，如不同直徑的細(xì)棍、細(xì)絲，用“拉絲”方法獲得。具體做法是：在模型塑料框架上取一小段塑料棍，先用蠟燭或酒精燈微微加熱，然后用雙手將其輕輕拉長(zhǎng)，一條粗細(xì)均勻的細(xì)絲就做成了。當(dāng)然也可選用其他材料，如塑料片、金屬片、金屬絲、金屬管等，通過(guò)粘制或焊制而成。艦艇模型上的雷達(dá)天線、欄桿等，可先用金屬絲焊制（圖8），涂裝后再與主體裝配。

模型船體的總體組裝

把模型船體和甲板上建筑的每個(gè)零部件都粘接完成后，即要對(duì)其進(jìn)行整體組裝。組裝前先把電源部分安裝完畢，打開(kāi)開(kāi)關(guān)調(diào)試好。對(duì)整體進(jìn)行組裝時(shí)，需關(guān)注模型的美化裝飾（圖9），上甲板時(shí)應(yīng)特別注意在組合邊緣處涂上硅膠，保證不漏水。至此，一條完整的F4模型就完成了，接下來(lái)便可開(kāi)始航行訓(xùn)練。

篇4

關(guān)鍵詞：后勤仿真；后勤保障行動(dòng)；組件化

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2013）001-0096-02

0引言

當(dāng)前，后勤模擬已成為后勤訓(xùn)練、后勤保障方案驗(yàn)證、后勤裝備論證等必不可少的手段。通過(guò)模擬，可以得到與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)全似或相似的仿真系統(tǒng)，利用仿真系統(tǒng)的可重復(fù)性和可調(diào)整性來(lái)研究有關(guān)的后勤問(wèn)題值得關(guān)注。實(shí)踐證明，后勤仿真模型作為后勤模擬仿真系統(tǒng)的核心，其質(zhì)量對(duì)模擬仿真和訓(xùn)練效果起著至關(guān)重要的作用。

我軍后勤已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了各種專業(yè)的模擬系統(tǒng)，積累了不同種類的后勤專業(yè)模型，例如后勤指揮模擬系統(tǒng)、油料保障模擬系統(tǒng)、衛(wèi)勤保障模擬系統(tǒng)等。這些模擬仿真系統(tǒng)和模型種類繁多、專業(yè)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涵蓋面寬，為我軍后勤的模擬仿真建設(shè)提供了有力的支持。20世紀(jì)90年代后，現(xiàn)代高新技術(shù)武器廣泛進(jìn)入作戰(zhàn)領(lǐng)域，使得戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)、作戰(zhàn)環(huán)境發(fā)生了重大變化，由此引發(fā)了作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)方法和后勤保障的革命性變化，這一切向我軍的軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備后勤保障問(wèn)題研究和后勤仿真模擬訓(xùn)練，以及后勤保障仿真模型的研究工作提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1后勤仿真模型體系結(jié)構(gòu)

原后勤仿真模型體系的特點(diǎn)是模型沒(méi)有獨(dú)立性、與應(yīng)用緊密結(jié)合、相關(guān)性強(qiáng)。新的后勤仿真模型體系結(jié)構(gòu)劃分為5個(gè)層次：粒度層、形式層、功能層、用途層、表達(dá)層。

（1）粒度層：元模型、實(shí)體模型、動(dòng)作模型、任務(wù)模型、系統(tǒng)模型。

元模型是粒度最小的模型，也稱顆粒模型。分物元模型、動(dòng)元模型和數(shù)元模型。物元模型有燃燒室、變速箱、管線等模型；動(dòng)元模型有氣動(dòng)模型、散布模型、探測(cè)模型、流模型；數(shù)元模型有數(shù)學(xué)函數(shù)、基本方程式等。

實(shí)體模型是最小的受控后勤行動(dòng)單元模型。如各類運(yùn)輸工具、裝卸設(shè)備、手術(shù)臺(tái)、單兵等。

動(dòng)作模型是最基本的戰(zhàn)術(shù)科目模型。如抽組、各類運(yùn)輸保障、加油、裝載、卸載、手術(shù)等。

任務(wù)模型是完成預(yù)定的后勤保障行動(dòng)模型，如派出運(yùn)輸分隊(duì)、前送物資、前接傷員等。

系統(tǒng)模型是復(fù)雜系統(tǒng)模型，分為單專業(yè)模型和多專業(yè)綜合模型。單專業(yè)模型有后勤指揮和后勤各專業(yè)勤務(wù)保障模型系統(tǒng)，多專業(yè)綜合模型有聯(lián)合作戰(zhàn)后勤綜合演練保障模型系統(tǒng)等。

（2）形式層：概念模型、數(shù)學(xué)模型、邏輯模型、程序執(zhí)行模型。

概念模型：對(duì)客觀世界的第一次抽象，用文字方式定性描述。

數(shù)學(xué)模型：對(duì)客觀世界的第二次抽象，用數(shù)學(xué)符號(hào)方式定量描述。

邏輯模型：對(duì)客觀世界的第二次抽象，用邏輯符號(hào)方式定量描述。

程序執(zhí)行模型：對(duì)客觀世界的再現(xiàn)，用視覺(jué)、聲覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等人類感官能感受的方式描述。

（3）表達(dá)（描述）層：實(shí)物模型、機(jī)電模型、外觀幾何模型、數(shù)字解析模型。

實(shí)物模型：用按比例縮放方式對(duì)客觀事物再現(xiàn)的模型。

機(jī)電模型：用機(jī)械和電器設(shè)備對(duì)客觀事物再現(xiàn)的模型。

虛擬幾何模型：用三維動(dòng)畫(huà)或虛擬現(xiàn)實(shí)方式對(duì)客觀事物再現(xiàn)的模型。

數(shù)字解析模型：用數(shù)學(xué)式和邏輯式方式對(duì)客觀事物描述的模型。

（4）功能層：優(yōu)化計(jì)算模型、判斷決策、行動(dòng)仿真模型、效果評(píng)估模型。

計(jì)算模型：用于戰(zhàn)術(shù)或后勤勤務(wù)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型。

判斷決策：用于后勤指揮決策計(jì)算的優(yōu)化模型。

行動(dòng)仿真模型：用于后勤保障行動(dòng)模擬的仿真模型。

效果評(píng)估模型：用于評(píng)估后勤訓(xùn)練效果或后勤保障效果的計(jì)算模型。

（5）應(yīng)用層：后勤指揮模擬訓(xùn)練及后勤專業(yè)模擬訓(xùn)練等。

2后勤仿真模型柔性構(gòu)造技術(shù)

在柔性模型框架下，調(diào)用不同粒度的多個(gè)模型，依據(jù)其相互間的依賴或控制關(guān)系，根據(jù)軍事知識(shí)和規(guī)則建立邏輯關(guān)聯(lián)，形成仿真應(yīng)用系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)仿真應(yīng)用。

模型的基本組成形式是：輸入口、輸出口、控制口、基礎(chǔ)環(huán)境和模型本體。分別包括：輸入口：輸入模型運(yùn)行必需的初始數(shù)據(jù)或信號(hào)；基礎(chǔ)口：提供模型運(yùn)行所需的公共數(shù)據(jù)；控制口：輸入運(yùn)行控制指令或數(shù)據(jù)；輸出口：輸出結(jié)果數(shù)據(jù)或情況報(bào)告。

模型一般由柔性框架和多個(gè)元模型及下級(jí)模型組件，按照內(nèi)在關(guān)系和運(yùn)行規(guī)則組合構(gòu)成。柔性框架依據(jù)任務(wù)，按照軍事規(guī)則和知識(shí)，順序調(diào)度相關(guān)模型組件，形成模型功能。

3基于組件化的后勤仿真模型構(gòu)建

3.1構(gòu)建組件化的后勤仿真模型基本思路

面向?qū)ο蠹夹g(shù)（ObjectOriented）盡可能按照人類認(rèn)識(shí)世界的方法和思維方式來(lái)分析和解決問(wèn)題，具有對(duì)象封裝性和類的繼承性，開(kāi)發(fā)的軟件具可復(fù)用、易擴(kuò)展、易維護(hù)、易集成等特性。

隨著軟件科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，要求軟件能在更為廣闊的環(huán)境中應(yīng)用，面向?qū)ο蟮乃枷胍呀?jīng)難以適應(yīng)這種分布式軟件模型，于是組件設(shè)計(jì)思想得到了迅速的發(fā)展。組件技術(shù)的基本思想是：將大而復(fù)雜的軟件應(yīng)用劃分為一系列功能獨(dú)立、可先行實(shí)現(xiàn)、易于理解、開(kāi)發(fā)和調(diào)整的組件。

比較成熟的組件技術(shù)規(guī)范有：OMG（ObjectManangementGroup，對(duì)象管理組織）頒布的CORBA（公共對(duì)象請(qǐng)求構(gòu)架）、微軟公司推出的組件對(duì)象模型DCOM/COM、SUN的JavaBeans。

構(gòu)建組件化后勤仿真模型具有下列優(yōu)點(diǎn)：①組件可以先行開(kāi)發(fā)，提高模型的開(kāi)發(fā)效率；②各個(gè)組件提供標(biāo)準(zhǔn)化接口，對(duì)模型的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了規(guī)范；③后勤各專業(yè)對(duì)組件模塊的開(kāi)發(fā)實(shí)行分工負(fù)責(zé)，避免開(kāi)發(fā)的不必要重復(fù)，提高組件的可重用性，降低開(kāi)發(fā)成本。

3.2構(gòu)建組件化后勤仿真模型的步驟

構(gòu)建組件化后勤仿真模型分為下列3個(gè)階段：

（1）需求分析階段。通過(guò)需求分析確定系統(tǒng)的總體目標(biāo)，并把系統(tǒng)劃分成一系列易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)的模型組件。

（2）組件模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)階段。主要建立模型，進(jìn)行模型驗(yàn)證、校核和確認(rèn)（VV&A），設(shè)計(jì)和定義模型組件的接口。

（3）模型組件的使用管理階段。主要是進(jìn)行組件入庫(kù)，通過(guò)調(diào)用組件的接口實(shí)現(xiàn)組件的使用。

3.3構(gòu)建基于組件化的后勤保障行動(dòng)模型

通過(guò)吸收組件思想，將模型系統(tǒng)劃分成一系列模型模塊；然后通過(guò)模型的實(shí)現(xiàn)工具OMDT和編程語(yǔ)言，把模塊實(shí)現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)的組件，并將各組件存入模型庫(kù)；再通過(guò)選擇組件，調(diào)用組件的接口，以使用模型組件提供的全部或者部分功能，從而實(shí)現(xiàn)后勤模型系統(tǒng)的特定功能。

建立標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)、規(guī)范合理和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的各類后勤專業(yè)不同應(yīng)用層次的仿真模型庫(kù)，能夠全方位支撐學(xué)院研究性演習(xí)、示范性演習(xí)和檢驗(yàn)性演習(xí)、想定作業(yè)、戰(zhàn)例研究等實(shí)踐性教學(xué)方式，在學(xué)院綜合演習(xí)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)后勤指揮活動(dòng)和環(huán)境進(jìn)行模擬仿真，模擬后勤所屬分隊(duì)執(zhí)行后勤保障任務(wù)，輔助后勤各專業(yè)的勤務(wù)計(jì)算以及任務(wù)預(yù)計(jì)等功能，達(dá)成練謀略、練指揮的訓(xùn)練目的。在軍隊(duì)院校聯(lián)合演習(xí)中，實(shí)現(xiàn)與其它軍兵種模型之間的數(shù)據(jù)交互，在聯(lián)訓(xùn)中體現(xiàn)后勤對(duì)作戰(zhàn)的制約作用。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：沙盤(pán)仿真模型；建筑材料管理；節(jié)約成本

在城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快的背景中，建筑工程的數(shù)量發(fā)生了顯著增加。在這種情況下，建筑材料管理工作逐漸暴露出一些問(wèn)題。對(duì)于建筑企業(yè)而言，這些問(wèn)題的存在不僅會(huì)增加采購(gòu)建筑材料的成本支出，還會(huì)對(duì)其經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)的獲取產(chǎn)生干擾作用。因此，應(yīng)在充分意識(shí)到當(dāng)前建筑材料管理不足的基礎(chǔ)上，引入新的管理模式與方法。

1建筑材料管理現(xiàn)狀

由于受到管理方法不當(dāng)、管理觀念不合理等因素的影響，當(dāng)前我國(guó)的建筑材料管理工作中仍然存在一些問(wèn)題，如建筑材料浪費(fèi)、建筑材料儲(chǔ)存環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題等。這種狀況對(duì)建筑工程施工產(chǎn)生了一定的干擾作用，甚至影響建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在這種情況下，提升建筑材料管理質(zhì)量的重要性不言而喻。

2沙盤(pán)仿真模型在材料管理中的應(yīng)用

2.1采購(gòu)管理方面。從成本角度來(lái)講，建筑材料在整個(gè)建筑工程項(xiàng)目成本中所占的比重約在40%左右。因此，對(duì)于建筑企業(yè)而言，建筑材料的采購(gòu)無(wú)疑是其主要支出項(xiàng)目之一。當(dāng)建筑材料采購(gòu)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工程施工需求或材料使用過(guò)程中存在材料浪費(fèi)等問(wèn)題時(shí)，將引發(fā)資源浪費(fèi)。為了改善這種狀況，可將沙盤(pán)仿真模型引入建筑材料的實(shí)際管理工作中。在制定建筑材料采購(gòu)計(jì)劃前，根據(jù)當(dāng)前建筑工程的實(shí)際施工需求及相關(guān)信息，建立基于材料的沙盤(pán)仿真模型。確保沙盤(pán)模型與實(shí)際狀況符合后，參照沙盤(pán)仿真模型修正現(xiàn)有采購(gòu)計(jì)劃中的不足，提升采購(gòu)計(jì)劃與建筑材料需求之間的契合性水平，以降低采購(gòu)環(huán)節(jié)的資金投入，保障建筑企業(yè)的利益不受損害。2.2儲(chǔ)存管理方面。結(jié)合我國(guó)傳統(tǒng)建筑材料的儲(chǔ)存管理工作來(lái)看，由于受到管理疏忽、管理方法不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊懀糠纸ㄖ牧线M(jìn)入工程施工現(xiàn)場(chǎng)前，會(huì)產(chǎn)生不同程度的損壞及缺失問(wèn)題。為了改善這種狀況，提升儲(chǔ)存管理質(zhì)量，可將沙盤(pán)仿真模型引入儲(chǔ)存管理的數(shù)據(jù)信息錄入環(huán)節(jié)中，將傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄或信息化記錄模式轉(zhuǎn)化為雙重記錄模式：即在運(yùn)用計(jì)算機(jī)錄入相關(guān)建筑材料數(shù)據(jù)的同時(shí)，構(gòu)建儲(chǔ)存材料信息的沙盤(pán)仿真模型，為儲(chǔ)存管理人員提供更加直觀、立體的信息成果。在日常工作中，管理人員可通過(guò)沙盤(pán)仿真模型迅速判斷各種建筑材料的剩余量，抑制儲(chǔ)存管理中的偷竊材料或不恰當(dāng)儲(chǔ)存導(dǎo)致材料損壞問(wèn)題。例如，在建立沙盤(pán)仿真模型時(shí)，可根據(jù)各類建筑材料水泥、工程塑料、木材等的儲(chǔ)存條件要求，將其在模型中表示出來(lái)。在儲(chǔ)存條件檢查過(guò)程中，管理人員可迅速完成沙盤(pán)仿真模型與建筑材料儲(chǔ)存條件要求的對(duì)比，進(jìn)而檢查出不恰當(dāng)?shù)膬?chǔ)存條件問(wèn)題，保障各類建筑材料的儲(chǔ)存質(zhì)量。2.3使用管理方面。傳統(tǒng)建筑材料使用管理要求管理人員按照限額領(lǐng)料制度，細(xì)化完成每一種建筑材料的領(lǐng)取及使用記錄。這種管理模式耗時(shí)較長(zhǎng)，且很容易產(chǎn)生漏洞及問(wèn)題。在建筑材料管理中引入沙盤(pán)管理模型后，可將傳統(tǒng)的使用管理調(diào)整為模型動(dòng)態(tài)化變更管理。當(dāng)施工單位提出某種或多種建筑材料的使用申請(qǐng)后，管理人員可以直接對(duì)當(dāng)前沙盤(pán)仿真模型進(jìn)行調(diào)整。在整個(gè)建筑工程施工過(guò)程中，施工單位提交申請(qǐng)后，管理人員能夠迅速通過(guò)沙盤(pán)仿真模型判斷其所需建筑材料的剩余量，并及時(shí)制定采購(gòu)計(jì)劃[1]。若施工單位存在虛報(bào)材料消耗量、故意隱瞞材料使用狀況等問(wèn)題時(shí)，沙盤(pán)仿真模型可以為管理人員的判斷提供可靠的參照依據(jù)，進(jìn)而提升建筑材料的使用率，保障建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益不受損害。2.4材料整理方面。當(dāng)建筑工程項(xiàng)目進(jìn)入竣工階段時(shí)，建筑材料管理的工作量將迅速增加。在這一期間，管理人員需要負(fù)責(zé)完成建筑工程項(xiàng)目建筑材料計(jì)劃使用量、材料實(shí)際使用量的核對(duì)，總結(jié)二者產(chǎn)生差距的原因；分類統(tǒng)計(jì)剩余的建筑材料，并開(kāi)展材料入庫(kù)工作；開(kāi)展建筑殘料、廢料的處置與清理工作，在節(jié)約工程項(xiàng)目材料成本的同時(shí)，提升建筑工程項(xiàng)目施工的環(huán)保性水平。出于縮短竣工階段建筑材料整理工作時(shí)間、提升管理工作效率的目的，可運(yùn)用沙盤(pán)仿真模型對(duì)這項(xiàng)工作進(jìn)行改善與優(yōu)化。例如，可分別于建筑工程項(xiàng)目施工前、施工開(kāi)始時(shí)，建立建筑材料計(jì)劃使用沙盤(pán)仿真模型及動(dòng)態(tài)性材料實(shí)際使用模型。相對(duì)于竣工階段的繁瑣性核對(duì)工作而言，沙盤(pán)仿真模型可有效縮短管理人員的核對(duì)時(shí)間，且核對(duì)過(guò)程中錯(cuò)誤的幾率將顯著降低。

3沙盤(pán)仿真模型的應(yīng)用策略

3.1管理人員培訓(xùn)策略。目前，傳統(tǒng)建筑材料管理工作對(duì)管理人員的專業(yè)性要求相對(duì)較低。相比之下，基于沙盤(pán)仿真模型的建筑材料管理則對(duì)管理人員提出了較高的要求。為了保障沙盤(pán)仿真模型的有效應(yīng)用，需根據(jù)管理人員的專業(yè)性水平、知識(shí)基礎(chǔ)等要素，開(kāi)展沙盤(pán)仿真模型應(yīng)用的針對(duì)性培訓(xùn)工作。從沙盤(pán)仿真模型的介紹、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)入手，結(jié)合實(shí)例演示幫助管理人員建立正確的認(rèn)知，更新其管理觀念，使其對(duì)沙盤(pán)仿真模型管理模式形成一定的認(rèn)同[2]。為了保證培訓(xùn)效果，還根據(jù)建筑企業(yè)的實(shí)際建筑材料管理需求，設(shè)置考核問(wèn)卷，評(píng)估管理人員的學(xué)習(xí)質(zhì)量，為沙盤(pán)仿真模型在建筑材料管理的應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。3.2強(qiáng)化施工監(jiān)管策略。除了采購(gòu)管理與儲(chǔ)存管理外，后期的材料使用管理及核對(duì)管理直接受到建筑工程施工狀況的影響。當(dāng)施工單位并未按照建筑材料使用計(jì)劃進(jìn)行施工時(shí)，將會(huì)為材料管理工作帶來(lái)一定的難度。因此，在引入沙盤(pán)仿真模型這種新型管理模式的同時(shí)，還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)建筑工程施工監(jiān)管工作的重視，協(xié)同材料外部管理與工程內(nèi)部使用管理，縮小材料實(shí)際消耗與預(yù)期材料使用計(jì)劃間的差距，間接提升沙盤(pán)仿真模型管理模式的管理效率。當(dāng)監(jiān)管中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)在詢問(wèn)材料管理人員的建議后，采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行糾正，以提升建筑材料的利用率，遏制材料浪費(fèi)等問(wèn)題的發(fā)生。

4結(jié)束語(yǔ)

沙盤(pán)仿真模型的引入可以有效改善建筑材料管理質(zhì)量，提升管理工作的效率。沙盤(pán)仿真模型的應(yīng)用具體體現(xiàn)在建筑材料的采購(gòu)管理、儲(chǔ)存管理以及使用管理等方面。為了促進(jìn)沙盤(pán)仿真模型作用的有效發(fā)揮，需要借助管理人員培訓(xùn)策略、強(qiáng)化施工監(jiān)管策略，為這種新型管理模式的引入營(yíng)造良好的環(huán)境。

作者:陳立峰 單位:江蘇省徐州技師學(xué)院

參考文獻(xiàn)：

篇6

關(guān)鍵詞：地鐵列車；空氣制動(dòng)；仿真模型；AMESim軟件

地鐵列車中使用的制動(dòng)系統(tǒng)是空氣制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常采用微機(jī)控制，通過(guò)直通電進(jìn)行空氣制動(dòng)。地鐵制動(dòng)系統(tǒng)中包括下列幾個(gè)主要的組成部分：制動(dòng)指令發(fā)出與傳輸單元、BCU（制動(dòng)控制）單元、基礎(chǔ)單元以及供風(fēng)單元。傳統(tǒng)的列車空氣制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行制動(dòng)特性檢驗(yàn)時(shí)，往往采用的是實(shí)際試驗(yàn)方法。近年來(lái)，仿真模擬技術(shù)受到了更多的歡迎。國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者們利用MATLAB軟件和數(shù)值分析方法構(gòu)建出了具體的數(shù)學(xué)模型，發(fā)明了全新的針對(duì)性氣路仿真軟件AMESim。下面我們對(duì)典型的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行AMESim仿真模擬，并進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證。

1.空氣制動(dòng)系統(tǒng)

地鐵列車采用的制動(dòng)系統(tǒng)通常為電空直通系統(tǒng)，是一種典型系統(tǒng)的的原理模型。整個(gè)系統(tǒng)中包括控制氣路以及動(dòng)力氣路兩大部分，其中，控制氣路中有制動(dòng)、緩解、緊急電磁閥以及空重車閥組成，通過(guò)控制各個(gè)電磁閥完成在中繼閥上方預(yù)控不同壓力的任務(wù)；動(dòng)力氣路中包括中繼閥、副風(fēng)缸、管道以及制動(dòng)缸，中繼閥可以通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉制動(dòng)缸控制氣路，進(jìn)而達(dá)到緩解和制動(dòng)的基本作用。

當(dāng)?shù)罔F列車收到司機(jī)室傳來(lái)的常用制動(dòng)指令時(shí)，BCU就可以根據(jù)具體的制動(dòng)要求以及氣壓實(shí)時(shí)調(diào)整具體的壓力輸出，空氣進(jìn)入到制動(dòng)缸以后制動(dòng)缸中的活塞開(kāi)始作用于閘片，進(jìn)一步對(duì)踏面進(jìn)行制動(dòng)作用，通常這種制動(dòng)發(fā)生在車速小于12km/h的低速過(guò)程中，整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中會(huì)有拖車動(dòng)作。若是地鐵列車收到緊急停車指令，那么BCU將會(huì)輸出最大壓力，進(jìn)行摩擦制動(dòng)。另外，停放制動(dòng)通常用在防止遛坡事故中。所以，分析地鐵列車的空氣制動(dòng)系統(tǒng)，主要分析重點(diǎn)應(yīng)該是氣制動(dòng)回路。

2.仿真模型的構(gòu)建

2.1基本原理

AMESim軟件中有多個(gè)元件庫(kù)，包括電子、液壓、氣動(dòng)、控制、機(jī)械等等，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣動(dòng)元件的組合搭配，可以建立起相應(yīng)的列車空氣制動(dòng)系統(tǒng)模型，并不需要相對(duì)復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程。

模型構(gòu)建的基本原理基于三個(gè)基本單元，包括容性、阻性以及感性單元。其中，容性單元中有著氣體的容腔，模型傳熱期間其內(nèi)部氣體便會(huì)發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化，所以，容性單元的模擬模型是瞬時(shí)的。具體的壓力變化如式（1）所示：

（1）

式中，p表示的是容腔中的氣體產(chǎn)生的壓力， 分別表示有氣體質(zhì)量、溫度、體積變化導(dǎo)致的容腔氣體產(chǎn)生壓力。

阻性單元中不包含容腔，那么不涉及傳熱效應(yīng)，氣體壓強(qiáng)和溫度瞬間表示如式（2）所示：

（2）

式中，qm表示阻性單元的質(zhì)量流量， 表示元件兩端的壓差，兩者呈非線性關(guān)系。

感性單元?jiǎng)t主要用于描述氣體具體的宏觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和慣性，管道中的氣體運(yùn)動(dòng)特性可以通過(guò)伯努利方程表達(dá)。但是，通常情況下，氣體具有的質(zhì)量以及黏性都很低，慣性效應(yīng)并不予以考慮。

2.2模型構(gòu)建

空氣制動(dòng)系統(tǒng)比較復(fù)雜，系統(tǒng)中涉及到的緊急、制動(dòng)、緩解電磁閥可以統(tǒng)一采用通用型電磁閥代替，但是中繼閥以及空重車閥仍然需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)模擬。采用AMESim軟件，依據(jù)上文中的基本原理，可以構(gòu)建出空氣制動(dòng)系統(tǒng)的基本模型。模型中包含了系統(tǒng)中涉及到的所有元件裝置，信息流有氣動(dòng)和控制信息，氣動(dòng)信息由管路相連接，控制信息可以通過(guò)電磁閥控制。另外，f（x）表示的是空重車閥的輸出信號(hào)，其變化與空氣彈簧的壓力值有關(guān)。

EP單元為控制閥，可以根據(jù)制動(dòng)指令調(diào)節(jié)中繼閥中的CV；空重車閥則表現(xiàn)出受到車輛載重的影響，CV壓力的具體變化；中繼閥的作用是將壓縮空氣的具體流量進(jìn)行放大，可以等效為活塞缸，兩邊分別是制動(dòng)缸產(chǎn)生壓力以及CV壓力。另外，對(duì)于該系統(tǒng)中的管路、風(fēng)閥、防滑閥等元件，由于其容積變化相對(duì)較小，可以采用固定容積進(jìn)行模擬。

3.結(jié)果驗(yàn)證分析

構(gòu)建出仿真模型以后，便可以進(jìn)行實(shí)際工況模擬，常見(jiàn)的工況包括常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)以及階段制動(dòng)。設(shè)計(jì)常用制動(dòng)壓力CV為250kPa，時(shí)間為10s，將0-2s規(guī)定為緩解，2-6s規(guī)定為常用制動(dòng)，6s以后則規(guī)定為再次緩解直到仿真結(jié)束，根據(jù)常用制動(dòng)模擬仿真結(jié)果可以看出，CV壓力的變化要快于制動(dòng)缸壓力響應(yīng)速度。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是因?yàn)橹欣^閥會(huì)受到結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的背壓，同時(shí)，在制動(dòng)緩解時(shí)CV壓力同樣下降速度要快于制動(dòng)缸的壓力，二者之間出現(xiàn)的最大延時(shí)不大于0.5s。

緊急制動(dòng)模擬時(shí)，將CV壓力設(shè)計(jì)為500kPa，根據(jù)仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)CV壓力變化與常用制動(dòng)的變化趨勢(shì)是相同的，但是制動(dòng)缸的壓力上升速度要大于常用制動(dòng)工況。

階段制動(dòng)工況下，設(shè)計(jì)仿真時(shí)間為20s，發(fā)現(xiàn)0-2s為緩解，2-12s表示階段制動(dòng)，12s以后則是再次緩解直到仿真結(jié)束，結(jié)果顯示該過(guò)程中，制動(dòng)缸壓力反應(yīng)慢于CV壓力。經(jīng)對(duì)比分析，該結(jié)果和常用制動(dòng)以及緊急制動(dòng)的結(jié)果是相同的。

4.結(jié)語(yǔ)

地鐵列車空氣制動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)仿真模擬后，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)常用制動(dòng)以及緊急制動(dòng)的制動(dòng)缸壓力變化時(shí)間比仿真時(shí)間長(zhǎng)1/10，滿足系統(tǒng)的功能條件。制動(dòng)結(jié)束以后，中繼閥內(nèi)部元件可以起到有效的阻尼租用，進(jìn)而誤差并不影響列車的正常使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]左建勇，王宗明，吳萌嶺.地鐵列車空氣制動(dòng)系統(tǒng)仿真模型[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2013（02）.

篇7

關(guān)鍵詞：雷諾應(yīng)力模型；標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型；有限體積法；計(jì)算流體力學(xué)；轎車；外流場(chǎng)

中圖分類號(hào)：U467.13；TP391.9；TB115；O35文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Modeling and simulation on outer flow field around sedan based on RSM

ZHU Hui, YANG Zhigang

(Shanghai Automotive Wind Tunnel Center, Tongji Univ., Shanghai 201804, China)

Abstract：The outer flow field over sedan is modeled and simulated based on Reynolds Stress Model (RSM) and Finite Volume Method (FVM). 3D steady numerical simulation is carried out for 1∶1 sedan model in 20 m/s velocity value. Especially, the mesh structure, boundary condition and choice of pressure-velocity coupling are specified. By comparison with the results of experiment and standard k-ε model simulation, it is showed that RSM model is better than standard k-ε model when they are adopted to simulate the separated outer flow field around sedan. The results are significant for the study of outer flow field over vehicles.

Key words：Reynolds stress model; standard k-ε model; finite volume method; computational fluid dynamics; sedan; outer flow field

0引言

空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)是轎車最重要的參數(shù)之一.[1]車輛空氣動(dòng)力學(xué)仿真借助計(jì)算流體力學(xué)(Computional Fluid Dynamics, CFD)方法研究車輛空氣動(dòng)力學(xué)的特性(如“六分力”等).目前計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間存在的誤差[2]可能由紊流模型和數(shù)值特征(網(wǎng)格類型和數(shù)量、數(shù)值方法、計(jì)算方案)所引起或由二者結(jié)合所致.

本文采用數(shù)值建模仿真法，通過(guò)比較兩種湍流模型(雷諾應(yīng)力湍流模型(Reynolds Stress Model, RSM)和標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型)的計(jì)算結(jié)果，并與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，揭示在描述轎車車外流場(chǎng)的分離特性時(shí)RSM模型優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型.

1湍流模型

計(jì)算實(shí)踐表明：對(duì)于三維性和各向異性較強(qiáng)，并伴有流動(dòng)分離的流場(chǎng)(如航空葉輪機(jī)械、旋風(fēng)分離設(shè)備、化學(xué)反應(yīng)裝置等)，雖然RSM模型計(jì)算量較大，但其計(jì)算結(jié)果優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型.[4，5]

文獻(xiàn)[6]將汽車尾跡中漩渦形成的機(jī)制歸納為5類，皆體現(xiàn)大分離和各向異性的特性，加之車體近壁面的特性，使得汽車?yán)@流的數(shù)值和實(shí)驗(yàn)分析非常復(fù)雜.標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型在模化時(shí)引入各向同性假設(shè)，勢(shì)必對(duì)流動(dòng)中強(qiáng)各向異性的特點(diǎn)體現(xiàn)不足.基于以上分析，本文采用RSM和標(biāo)準(zhǔn)k-ε兩種模型對(duì)轎車外流場(chǎng)進(jìn)行研究.

2幾何模型及網(wǎng)格說(shuō)明

為使計(jì)算結(jié)果具有普遍性(不局限于具體產(chǎn)品)，采用如圖1所示的轎車1∶1簡(jiǎn)化模型(忽略車窗、后視鏡和車門把手等表面附件)，其長(zhǎng)、寬、高分別約為4.6，1.7，1.6 m.

空間計(jì)算區(qū)域，長(zhǎng)22 m，寬10.4 m，高5.4 m.x正向?yàn)閺淖蟮接业目諝饬鲃?dòng)方向, y正向?yàn)閺淖蟮接覚M截方向, z正向垂直向上.網(wǎng)格劃分是數(shù)值分析過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一，其形式直接影響結(jié)果的合理性和精度[7，8].本文基于有限體積法(Finite Volume Method, FVM)對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行劃分和流場(chǎng)計(jì)算，所以網(wǎng)格方案為關(guān)鍵技術(shù)之一.為減輕數(shù)值黏性的影響，計(jì)算區(qū)域?yàn)?個(gè)長(zhǎng)方型區(qū)域，為不等間距結(jié)構(gòu)六面體網(wǎng)格，內(nèi)部為四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格.為了節(jié)約CPU時(shí)間，在流場(chǎng)變化較為劇烈的地方采用較密的網(wǎng)格,以提高計(jì)算精度,而在車體以外較遠(yuǎn)區(qū)域采用較稀的網(wǎng)格，總數(shù)320萬(wàn)單元.具體見(jiàn)圖2.

3物性、邊界條件及迭代方法

由于模擬計(jì)算的空氣流速較小,空氣的可壓縮性可以忽略，即認(rèn)為空氣的溫度、黏性和參考?jí)簭?qiáng)不變,表1列出計(jì)算條件下的各種參數(shù)值.

出口采用壓力出口邊界條件，表壓取0 Pa.K，ε及雷諾應(yīng)力的取法與進(jìn)口類似.

地面和車身皆采用無(wú)滑移邊界條件，其目的是與實(shí)驗(yàn)情況保持一致.計(jì)算域回型面采用對(duì)稱邊界.

迭代方法采用PATANKER[9]和SPALDING于1972年提出的分離式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation)算法，其核心為“猜測(cè)―修正”過(guò)程，在交錯(cuò)網(wǎng)格的基礎(chǔ)上計(jì)算壓力場(chǎng)，得出速度場(chǎng)，反復(fù)修正，從而達(dá)到求解控制方程組的目的.具體計(jì)算步驟見(jiàn)圖3.

4計(jì)算結(jié)果

(1)從對(duì)轎車外流場(chǎng)模擬的整體圖譜看，兩種模型給出的信息較為吻合.與文獻(xiàn)[6]所給出的測(cè)試圖譜比較，可見(jiàn)兩種模型對(duì)轎車外流場(chǎng)的總體描述(壓力梯度、速度等的分布)是可信的.

(2)轎車外流場(chǎng)的特征為：在前臉處存在氣流滯止區(qū)，由此氣流分開(kāi)繞流車體，下部氣流由于地面、車底部和車輪的相互作用，情況比較復(fù)雜；上部氣流在繞流車體時(shí)，于發(fā)動(dòng)機(jī)罩和擋風(fēng)玻璃之間發(fā)生局部氣流分離；氣流經(jīng)過(guò)頂蓋向后發(fā)展，與從車底部上卷氣流相互作用，在車體尾部發(fā)生較大分離；其渦形態(tài)，根據(jù)剪切層相互作用模型描述為車身尾部上下兩剪切層卷起一對(duì)上下漩渦，兩渦繼續(xù)向下游發(fā)展，以馬蹄渦的形式存在于分離區(qū)內(nèi).

(3)通過(guò)圖6～8之間及表2的比較可見(jiàn)，在同等網(wǎng)格質(zhì)量條件下，具有各向異性特質(zhì)的RSM模型在描述具有明顯分離特性的轎車外流場(chǎng)時(shí)，要優(yōu)于具有各向同性特質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型.所以，RSM結(jié)合FVM對(duì)車輛外流場(chǎng)研究具有借鑒意義.

參考文獻(xiàn)：

[1]姜樂(lè)華, 符正氣. CFD在汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究中的應(yīng)用[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 1997, 24(4): 52-56.

[2]張揚(yáng)軍, 呂振華. 汽車空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真研究進(jìn)展[J]. 汽車工程, 2001, 23(2): 82-91.

[3]陳義良. 湍流計(jì)算模型[M]. 合肥: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社, 1991.

[4]HOGG S, LESCHZINER M A. Computation of highly swirling confined flow with a Reynolds stress turbulence model [J]. AIAA J, 1989, 27(1): 57-63.

[5]CHOI Y D, LAUNDER B E. Numerical computation of turbulence flow in a square-section 180 degree bend [J]. J Fluids Eng, 1989, 111(1): 55-68.

[6]傅立敏, 張群鋒, 靳春寧. 汽車尾跡渦的形成及其控制[J]. 汽車工程, 2000, 22(1): 13-16.

[7]杜平安. 自動(dòng)分網(wǎng)中的幾何模型處理方法[J]. 計(jì)算機(jī)輔助工程, 1999, 8(4): 23-28.

[8]張立文, 齊少安, 劉承東, 等. 一種用于傳熱計(jì)算的有限元網(wǎng)格自動(dòng)剖分方法[J]. 計(jì)算機(jī)輔助工程, 2001, 10(4): 68-72.

篇8

關(guān)鍵詞：空氣系統(tǒng) 實(shí)時(shí)仿真 不可壓流體

中圖分類號(hào)：O351.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2012）11-0136-02

1、引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)是關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件冷卻的內(nèi)流系統(tǒng)[1]。空氣系統(tǒng)通常是從壓氣機(jī)的適當(dāng)位置抽取空氣，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)主通道的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的各種流動(dòng)元件按設(shè)計(jì)的流路及要求的流動(dòng)參數(shù)（壓力，溫度和流量）流動(dòng)并完成規(guī)定的各項(xiàng)功能：供給并控制渦輪冷卻葉片的冷卻空氣，保證葉片冷氣進(jìn)口具有要求的壓力和溫度；冷卻渦輪轉(zhuǎn)子、靜子等熱端部件，保持工作時(shí)允許的溫度狀態(tài)；控制壓氣機(jī)盤(pán)軸的溫度狀態(tài)；為軸承提供封嚴(yán)空氣；阻隔高壓熱氣入侵等。因此空氣系統(tǒng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中舉足輕重。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)一直以穩(wěn)態(tài)計(jì)算為主，一般留有很大域度。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，穩(wěn)態(tài)計(jì)算已經(jīng)不能滿足需求，空氣系統(tǒng)精確化設(shè)計(jì)成為一個(gè)不可避免的問(wèn)題。民用適航規(guī)章CCAR33部中有多個(gè)條款涉及到對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)的要求。

適航標(biāo)準(zhǔn)要求空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮飛行包線內(nèi)的工作特性，并且盡可能保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)工作循環(huán)中能過(guò)正常工作。這些要求都需要對(duì)空氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行瞬態(tài)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確掌握其在整個(gè)工作循環(huán)中的工作狀態(tài)，避免局部失效和瞬間失效，同時(shí)也可以為結(jié)構(gòu)、傳熱等設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)，便于其他部分的設(shè)計(jì)。因此空氣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真是亟待解決的問(wèn)題。

2、空氣系統(tǒng)瞬態(tài)計(jì)算方法

篇9

【關(guān)鍵詞】RePast 逃生模型 仿真

1 引言

煤炭行業(yè)是我國(guó)從業(yè)人數(shù)眾多的行業(yè)之一，與此同時(shí)，煤炭行業(yè)也是事故多發(fā)的行業(yè)之一。因此煤礦安全逃生就成為國(guó)內(nèi)外研究者重點(diǎn)研究的一個(gè)問(wèn)題，在我國(guó)尤其具有重大的研究意義。疏散模擬軟件、數(shù)W建模、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)建模技術(shù)等是研究煤礦安全問(wèn)題常見(jiàn)的研究方法。

2 模型簡(jiǎn)介

RePast由芝加哥大學(xué)社會(huì)科學(xué)計(jì)算研究中心[11]開(kāi)發(fā)研制，是一個(gè)開(kāi)源的仿真工具，支持Java語(yǔ)言，主要用來(lái)給復(fù)雜性個(gè)體行為建模。

礦井逃生模型中涉及到了RePast仿真的三要素：模型對(duì)象（Model Object）、空間對(duì)象（Space Object）和主體對(duì)象（Agent Object），在該模型中分別由CoalMineModel、CoalMineSpace和CoalMineAgent三個(gè)類實(shí)現(xiàn)。CoalMineModel類是模型對(duì)應(yīng)的仿真程序的起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)模型的控制，它是最優(yōu)先執(zhí)行的。CoalMineSpace類為模型中的Agent提供空間活動(dòng)環(huán)境，CoalMineAgent類實(shí)現(xiàn)模型中Agent的各種設(shè)置（如種類、屬性等）和Agent的控制。

包括CoalMineModel、CoalMineSpace和CoalMineAgent三個(gè)類的礦井逃生模型仿真程序包括Private void buildModel()方法、Private void buildDisplay()方法和Private void buildschedule()方法。

Private void buildModel()方法用于創(chuàng)建模型運(yùn)行的環(huán)境，包括主體對(duì)象和環(huán)境對(duì)象兩種。利用Private void addAgents()方法可以在模型中添加numAgents個(gè)Agent，再利用Private voidbuildModel()方法導(dǎo)入井下巷道地圖。除此以外，還可以在模型中設(shè)置災(zāi)害的初始發(fā)生坐標(biāo)，避災(zāi)點(diǎn)和出口位置等信息。

Private void buildDisplay()方法用于創(chuàng)建顯示界面和圖表。模型中需要顯示的主體和圖表都是通過(guò)這個(gè)方法進(jìn)行顯示的。模型運(yùn)行起來(lái)后，其顯示界面是一個(gè)二維的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，每一個(gè)網(wǎng)格代表一個(gè)Agent可以移動(dòng)到的位置，因此每一個(gè)網(wǎng)格都有對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。在Private void buildDisplay()方法中，可以記錄和報(bào)告Agent的活動(dòng)狀況；圖表用來(lái)記錄模型中每一個(gè)“tick”（RePast仿真平臺(tái)中的時(shí)間單位）所對(duì)應(yīng)的參數(shù)的值，在本模型中主要是同來(lái)統(tǒng)計(jì)逃生的Agent數(shù)量。通過(guò)Displaysurface對(duì)象可以實(shí)現(xiàn)顯示界面，Displaysurface對(duì)象通常放在一個(gè)預(yù)定義的setup()方法中，此方法常用來(lái)對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)配置。

Private void buildschedule()方法建立改變模型狀態(tài)的時(shí)間表，即模型在什么時(shí)間運(yùn)用什么方法調(diào)用什么對(duì)象。在模型中，每運(yùn)行一個(gè)“tick”,顯示界面和圖表都會(huì)相應(yīng)地進(jìn)行更新，本模型中用于記錄每一個(gè)時(shí)間段Agent的情況及災(zāi)害的蔓延情況。

CoalMineAgent類實(shí)現(xiàn)Agent的活動(dòng)，包括Agent的初始化、訪問(wèn)控制、所在空間的更新、Agent移動(dòng)的方向矢量設(shè)置、Agent的顯示以及狀態(tài)報(bào)告等內(nèi)容。CoalMineAgent類中包括了public void step()、public void setVxVy()、public void draw()、public void report()等方法，實(shí)現(xiàn)了Agent的設(shè)置、顯示和狀態(tài)報(bào)告等內(nèi)容。

CoalMineSpace類實(shí)現(xiàn)模型中空間活動(dòng)環(huán)境的初始化、災(zāi)害的初始發(fā)生地、Agent在空間中的初始化分布等情況設(shè)置。在空間活動(dòng)環(huán)境中，每一個(gè)柵格都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，可以用（x，y）來(lái)表示，Agent就在這樣的柵格單元上活動(dòng)，其坐標(biāo)與柵格單元的坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。CoalMineSpace類包括了public void setFire()，public boolean addAgent()，public int getTypeAt()，public boolean moveAgentAt()等方法，分別實(shí)現(xiàn)災(zāi)害初始發(fā)生地的設(shè)置、Agent的添加、災(zāi)害類型的設(shè)置及Agent的移動(dòng)位移的設(shè)置。

除了以上三個(gè)主要的類以外，還有兩個(gè)類Disaster和Point，用于設(shè)置災(zāi)害的基本信息和空間環(huán)境中的避災(zāi)硐室及出口位置等信息。

3 模型的仿真結(jié)果

礦井逃生模型的運(yùn)行界面如圖1所示。

模型界面包括六部分，分別是：

（1）RePast仿真平臺(tái)工具條，位于模型界面的最上方，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的運(yùn)行控制；

（2）Coal Mine Display，模型運(yùn)行的顯示界面，顯示模型運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)“tick”的狀態(tài)；

（3）RePast Output輸出窗口，輸出模型運(yùn)行過(guò)程中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；

（4）fireInSpace窗口，統(tǒng)計(jì)火災(zāi)蔓延情況；

（5）Coal Mine Model Setting窗口，設(shè)置和顯示模型中的參數(shù)；

（6）Amount Of Agent In Space窗口，火災(zāi)發(fā)生時(shí)Agent的逃生情況統(tǒng)計(jì)。從圖3的（6）窗口中可以看出，大部分Agent在火災(zāi)蔓延到自己所處的工作面時(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)成功逃生。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用基于RePast的仿真平臺(tái)對(duì)礦井逃生模型進(jìn)行仿真，給研究煤礦安全問(wèn)題提供了一個(gè)新視角。利用該模型能夠較好的實(shí)現(xiàn)井下逃生。下一步的研究將是對(duì)Agent的種類和決策及模型的運(yùn)行規(guī)則加以細(xì)化，并將針對(duì)不同災(zāi)害類型和Agent生成不同的逃生路線。

參考文獻(xiàn)

[1]Cotton S,Dennison-Johnson,A., Giraldo, L.Mine Escape Vehicle (MEV) concept development [C].// SME Annual Meeting and Exhibit 2010, February 28, 2010 - March 3, United States, 2010:206-209.

[2]Dziurzynski, W., Roszkowski, J., Tobiczyk, J. Monitoring and control of ventilation in polish coal mines[C]. //Australasian Institute of Mining and Metallurgy Publication Series.8th International Mine Ventilation Congress-Proceedings, 2005,309-315.

[3]Mironowicz.Wadystaw,Wasilewski.Stanisaw. Monitoring of natural hazards in the underground hard coal mines[C].//New Technological Solutions in Underground Mining International Mining Forum, Poland,2006:87-94.

[4]Papastefanou,Constantin.Escaping radioactivity from coal-fired power plants (CPPs) due to coal burning and the associated hazards:A review[J]. Journal of Environmental Radioactivity(S0265-931X), 2010,101(03):191-200.

[5]肖勇杰,封l兵,晁媛.基于LBM算法的大規(guī)模人群疏散研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2011,21(07):21-24.

[6]汪云甲,伏永明.礦井巷道三維自動(dòng)建模方法研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2006,31(12):1097-1100.

[7]仵自連,王德勇,樊繼.虛擬礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006,22(26):308-310.

[8]蔡林沁.基于Agent的煤礦智能虛擬環(huán)境研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),2007.

[9]蔡麗,童敏明.基于多Agent技術(shù)的煤礦安全生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2009,37(03):90-92.

[10]張俊瑞,鄧曦輝.基于多Agent的井下逃生仿真模型[J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,2012,25(04):27-28.

[11]郝成民,劉湘?zhèn)?郭世杰.Repast:基于Agent建模仿真的可擴(kuò)展平臺(tái)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2007,24(11):285-288.

作者簡(jiǎn)介

張俊瑞，女，碩士研究生學(xué)歷。主要研究方向?yàn)橹悄苘浖夹g(shù)。

王秀華，女，碩士學(xué)位。主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)與智能信息處理。

篇10

關(guān)鍵詞：元胞傳輸模型；元胞密度；交通流量；回滯現(xiàn)象

中圖分類號(hào)：TP391；U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2013）11-0046-02

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸問(wèn)題越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，交通仿真模型應(yīng)運(yùn)而生。利用交通仿真可以預(yù)測(cè)交通流在各種交通管理方案下的特性變化，從而對(duì)管理方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和改進(jìn)。其中，宏觀模型尤其是元胞傳輸模型，可以較好地模擬出激波、排隊(duì)形成、排隊(duì)消散以及多路段間的相互影響等交通動(dòng)力學(xué)特性。

元胞傳輸模型的研究仿真主要集中于元胞長(zhǎng)度不變，流量-密度的關(guān)系圖為理想的三角形，即無(wú)回滯現(xiàn)象。但是在實(shí)際中，城市路段多且長(zhǎng)度較短，長(zhǎng)短不一；此外，路段中的普通段和引道段長(zhǎng)度不一樣。對(duì)于這兩種情況，可以直接利用可變?cè)麄鬏斈Ｐ徒⒉煌L(zhǎng)度的元胞，并且流量-密度的關(guān)系圖中存在亞穩(wěn)態(tài)區(qū)，此區(qū)域的存在導(dǎo)致了回滯現(xiàn)象的發(fā)生。而這兩點(diǎn)將是本文研究的核心內(nèi)容。

1 路網(wǎng)選擇與符號(hào)定義

在一個(gè)含有匝道的雙向四車道的高速公路上，為了模擬高速公路上的交通流，將現(xiàn)實(shí)路網(wǎng)劃分如圖1所示的由相互連接的長(zhǎng)度可變的同質(zhì)小段（元胞）構(gòu)成的計(jì)算機(jī)仿真路網(wǎng)。

在道路狀態(tài)演化時(shí)間T內(nèi)，對(duì)t∈[0，T]引入如下變量：

L（i）：元胞i的長(zhǎng)度，每個(gè)元胞的長(zhǎng)度等于自由流交通在一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)行駛的距離。元胞長(zhǎng)度一般選擇為100～1000 m；

m：元胞數(shù)，本文m=13；

λ：元胞i的車道數(shù)，本文λ=2；

ρi（t）：t時(shí)刻元胞i的密度，單位是輛/km；

ρc1：流量密度關(guān)系中，車輛由自由流轉(zhuǎn)向擁擠的臨界密度；

ρc2：流量密度關(guān)系中，車輛由擁擠轉(zhuǎn)向自由流的臨界密度；

v：自由流速度，本文中每個(gè)元胞的自由流速度相等，單位為km/h；

ω：擁擠波波速，單位是km/h；

ρJ：擁擠密度，單位是輛/km；

qmax：元胞的最大通行能力，單位是輛/h；

Si（t）：t時(shí)刻元胞i-1流向元胞i的車流量，即發(fā)送量；

Ri（t）：t時(shí)刻元胞i能夠接受的車流量，即接收量；

fi（t）：t時(shí)刻元胞i-1能夠流入元胞i的實(shí)際車流量；

fi+1（t）：t時(shí)刻元胞i能夠流入元胞i+1的實(shí)際車流量；

Si（t）：t時(shí)刻駛出匝道車流量；

ki（t）：t時(shí)刻元胞i的狀態(tài)。

2 考慮回滯現(xiàn)象的可變?cè)麄鬏斈Ｐ?/p>

元胞傳輸模型是由LWR理論離散并求解該模型得到的。CTM假定流量與密度服從三角形形式的函數(shù)關(guān)系。實(shí)際上，自由流區(qū)與擁擠區(qū)不是完全孤立的，兩者之間存在著相互重疊的部分，這一區(qū)域成為亞穩(wěn)態(tài)區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，車流有可能處于自由流狀態(tài)，有可能處于擁擠狀態(tài)。亞穩(wěn)態(tài)區(qū)域的存在導(dǎo)致了回滯現(xiàn)象的發(fā)生，即自由流到擁擠流相變時(shí)的車流密度往往高于擁擠流到自由流相變的車流密度。本文對(duì)亞穩(wěn)態(tài)區(qū)域?qū)е碌幕販F(xiàn)象做了進(jìn)一步的說(shuō)明。

考慮回滯現(xiàn)象的流量-密度關(guān)系圖中，定義ki（t）為第t個(gè)時(shí)刻元胞i的車流狀態(tài)。假定ki（t）=0時(shí)，表示此元胞在此時(shí)刻處于自由流狀態(tài)。當(dāng)t時(shí)刻i元胞的密度大于ρc2時(shí)，ki（t）=1；當(dāng)t時(shí)刻i元胞的密度小于ρc1時(shí)，ki（t）=0；否則，密度處于兩臨界密度之間時(shí)，ki（t）=ki（t-1）。即：

而元胞密度可以根據(jù)離散化迭代公式計(jì)算得到。

3 仿真流程設(shè)計(jì)

根據(jù)考慮回滯現(xiàn)象的可變?cè)麄鬏斈Ｐ停贛atlab環(huán)境下建立交通流計(jì)算機(jī)仿真流程。在仿真中，用連接路段的交通流量和密度來(lái)模擬路網(wǎng)上的交通流狀況。在仿真開(kāi)始前根據(jù)高速公路上的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)初始化交通仿真路網(wǎng)所需的交通流仿真參數(shù)。仿真過(guò)程主要分為流量計(jì)算、更新模塊和密度計(jì)算。

在仿真中，利用外循環(huán)仿真一段時(shí)間的車流狀況，外循環(huán)次數(shù)為仿真總時(shí)間與仿真步長(zhǎng)dt的比值取整。在可變?cè)麄鬏斈Ｐ椭校抡娌介L(zhǎng)dt應(yīng)該取元胞長(zhǎng)度與自由流速度的比值中的最小值，這樣便可以更精確地模擬出交通流情況。在第一個(gè)循環(huán)體內(nèi)，考慮回滯現(xiàn)象的流量與密度的關(guān)系圖，根據(jù)公式計(jì)算并執(zhí)行每個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際流量，并記錄流入每個(gè)元胞的凈流量；在第二個(gè)循環(huán)體內(nèi)，根據(jù)LWR模型連續(xù)方程的離散化公式，執(zhí)行每個(gè)連接路段的車流密度。重復(fù)執(zhí)行上述兩個(gè)模塊，直到判斷外循環(huán)結(jié)束。最后畫(huà)出流量與密度的二維、三維圖，以便進(jìn)行分析。

4 仿真與結(jié)果分析

采用可變?cè)麄鬏斈Ｐ瓦M(jìn)行仿真，仿真對(duì)象為36.56 km的一段西安高速公路。利用可變?cè)麄鬏斈Ｐ偷脑韺⒋硕胃咚俟贩譃橛?2個(gè)元胞組成的模型，則此路段的元胞長(zhǎng)度的集合為：

L={0.96，1.0，1.12，1.12，…，1.12，1.12，1.0}km

且第19個(gè)節(jié)點(diǎn)處有分流匝道。其中，擁擠密度為480輛/km，自由流速度為39 km/h，路段的最大通行能力為774輛/ （h·車道），分流系數(shù)為0.5，進(jìn)入仿真路網(wǎng)進(jìn)口的平均車流量為1200輛/h。其仿真結(jié)果如圖2所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的仿真流程是基于可變?cè)麄鬏斈Ｐ停诖嘶A(chǔ)上模擬道路交通分、匯流對(duì)道路交通流的影響。采用長(zhǎng)度可變的元胞，并考慮回滯現(xiàn)象，可以更精確地模擬實(shí)際的道路交通流現(xiàn)象，更接近實(shí)際，因而可以仿真在不同交通管理方案下主干道交通流的變化和不同交通管理方案下主干道交通流的變化以及進(jìn)行不同服務(wù)水平下收費(fèi)站的瓶頸效應(yīng)等交通仿真。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳喜群， 楊新苗， 李力， 等. 基于智能交通信息的預(yù)期與適應(yīng)性元胞傳輸模型[J]. 控制理論與應(yīng)用， 2010， 27（12）： 1591-1597.

[2] KRAUTTER W， BLEILE T， MANSTETTEN D， et al. Traffic simulation with ARTIST [R]. 1997 IEEE Conference on Intelligent Transportation System. Boston， MA： ITSC， 1998： 472-477.

[3] Wang Ting-kai， Tang Shan-yu， Pan Pei-yuan. 3D urban traffic system simulation based on geo-data [J]. International Journal of Electrical Engineering Education， 2004， （4）： 59-63.