Knowledge-Based Virtual Modeling and Simulation of Manufacturing Processes for Industry 4.0

Abstract

Industry 4.0 aims at providing a digital representation of a production landscape, but the challenges in building, maintaining, optimizing, and evolving digital models in inter-organizational production chains have not been identified yet in a systematic manner. In this paper, various Industry 4.0 research and technical challenges are addressed, and their present scenario is discussed. Moreover, in this article, the novel concept of developing experience-based virtual models of engineering entities, process, and the factory is presented. These models of production units, processes, and procedures are accomplished by virtual engineering object (VEO), virtual engineering process (VEP), and virtual engineering factory (VEF), using the knowledge representation technique of Decisional DNA. This blend of the virtual and physical domains permits monitoring of systems and analysis of data to foresee problems before they occur, develop new opportunities, prevent downtime, and even plan for the future by using simulations. Furthermore, the proposed virtual model concept not only has the capability of Query Processing and Data Integration for Industrial Data but also real-time visualization of data stream processing.     

土木工程施工课程线上平台教学实践

土木工程施工课程作为土木工程及工程管理专业的学科基础课和核心专业课程,在疫情防控期间"停课不停教""停课不停学"的要求下,通过线上平台进行授课。由于土木工程施工课程内容庞杂、综合性强、实践性强,且章节之间关联性较弱,探究既能使学生快速适应,又能保证教学质量的在线教学方法至关重要。以华南某高校土木工程施工课程为例,基于中国大学MOOC、建筑云课、腾讯课堂、QQ群等线上平台讲授教学内容,并运用问卷调查对课程线上教学效果进行评价。结果表明,线上教学为学生提供了丰富灵活的学习方式,显著提高了学生的自主学习能力,扩大了学生的知识面,达到了较好的学习效果。     

Crystal-field engineering of ultrabroadband mid-infrared emission in Co2+-doped nano-chalcogenide glass composites

Tunable and ultrabroadband mid-infrared (MIR) emissions in the range of 2.5–4.5 μm are firstly reported from Co²⁺-doped nano-chalcogenide (ChG) glass composites. The composites embedded with a variety of binary (ZnS, CdS, ZnSe) and ternary (ZnCdS, ZnSSe) ChG nanocrystals (NCs) can be readily obtained by a simple one-step thermal annealing method. They are highly transparent in the near- and mid-infrared wavelength region. Low-cost and commercially available Er³⁺-doped fiber lasers can be used as the excitation source. By crystal-field engineering of the embedded NCs through cation- or anion-substitution, the emission properties of Co²⁺ including its emission peak wavelength and bandwidth can be tailored in a broad spectral range. The phenomena can be accounted for by crystal-field theory. Such nano-ChG composites, perfectly filling the 3–4 μm spectral gap between the oscillations of Cr²⁺ and Fe²⁺ doped IIVI ChG crystals, may find important MIR photonic applications (e.g., gas sensing), or can be used directly as an efficient pump source for Fe²⁺: IIVI crystals which are suffering from lack of pump sources.     

课程群案例嵌入协同教学模式的探索

在课程群的教学中由于每门课程各自独立开展教学,缺乏知识的融合和衔接,导致学生运用综合知识解决问题的能力较弱。在课程群的教学中采用案例嵌入协同教学模式,将完整的工程案例嵌入到课程群各门课程的教学中,协同规划各门课程的教学任务,每门课程再围绕案例展开研究性教学。通过嵌入的工程案例衔接各门课程的知识点,帮助学生建构完整的知识体系,强化工程应用的概念；同时通过研究性教学,培养学生分析问题和解决问题的能力,两部分相结合,提高了学生运用综合知识解决复杂问题的能力。     

电路电磁兼容建模与仿真

提出了对暴露在任意外场中的传输线进行时频分析的新方法，这种方法非常稳定，它能够与任意的传输线模型和电路仿真方法兼容，并且使用这种方法得到的仿真值和实际值之间的差别小于1％。     

动态评价技术在塔河碳酸盐岩缝洞型油气藏中的应用

塔河油田奥陶系油气藏是大型碳酸盐岩溶洞型油气藏，其储渗空间主要为大小不同的溶洞、裂缝带、溶蚀孔隙等组成，该油气藏具有极强的非均质性，单纯用静态资料来认识这类油气藏是非常困难。文章提出利用生产动态资料和信息进行该类型油气藏研究的新思路，利用人工神经网络技术在处理非线性相关参数预测方面的优势，并以渗流理论为基础，结合试井成果，选用已知油井的产量、油嘴、油压、含水率、气油比、原油密度等6个开发动态参数作为样品输入数据，推导出影响油气藏开发的重要参数（地层系数）与生产信息的关系，建立了人工神经网络预测储层参数的结构模型。通过塔里木盆地塔河油气田实例研究，说明了利用动态信息评价油气藏技术在碳酸盐岩缝洞型油气藏储层预测和非均质性分析等方面具有较高的实用价值。     

基于承包商预期收益不变的不平衡报价模型

在招标实践中,通常采用最低价中标原则,使得投标人不得不压低其投标价格。基于承包商预期收益不变的不平衡报价模型,是在“工程量清单报价”的条件下,考虑到施工中工程量的变化及施工顺序的影响,体现了资金的时间价值,在保持承包商预期收益不变的前提下,通过调整各分项工程的单价,来降低工程报价,以增加中标机会而建立的。所建立的模型简单,易于操作,并配以具体的工程实例,通过计算机求得其最优解,可供承包商投标报价时参考。     

HEGF中CO井筒流动及扩散规律研究

目前,高能气体压裂广泛的应用于低渗透油气田,可以有效清除近井地带由于钻井、射孔和各种措施造成的污染和堵塞,达到油气井增产、注水井增注的目的。但最近一些低渗透油气田却出现了频繁的CO气体中毒事件,给油田及员工带来巨大的损失。针对这一现象,运用现场数据以及物理模拟和数学模拟方法首次通过对CO气体流动、扩散等的综合研究,建立了CO井筒流动及大气扩散模型。同时,也考察了井筒压力、气油比、风速、气体泄放速率、大气稳定度等主要因素对CO气体扩散的影响。通过现场实例计算,证实模型具有较高的准确性。此项工作的完成为建立监控系统提供基础技术依据,同时对合理、有效的开发油气田以及煤层气的开发将具有重要的实际意义。     

新一代IP QoS的实现

文章介绍了新一代IP骨干网上的IP QoS实现技术，论述了集成业务(IntServ)与差分业务(DiffServ)解决方案的特点，详细介绍了相关的队列管理与排队机制。并结合多协议标签交换（MPLS)技术的最新发展，阐述了综合多协议标签交换流量工程与DiffServ技术体系端到端IP QoS的实现。