教学课程资源库 更多>>

关键词： 微小零件装配   模块化设计   自动装配设备   误差补偿模型   设备标定  

摘要： 微小惯性器件是惯性导航系统的核心元件,其性能优劣直接决定了系统的导航精度。装配作为微小惯性器件制造的最终环节,直接影响了器件的性能。目前国内生产微小惯性器件主要通过操作人员进行手工装配,自动化装配技术和设备有着广阔的应用前景,同时随着日益变化的微小型产品制造需求,模块化的微小/精密装配设备成为微装配领域的一个研究方向。本文针对微小惯性器件的特点和装配需求,提出了一种模块化微小器件装配系统结构及软件架构。装配系统包括基于机器视觉的精密测量模块、装配作业模块和作业工作台模块,精密测量模块和装配作业模块具有通用性,可根据装配需要形成系列化设计,作业工作台模块根据具体装配作业任务设计。软件架构分为系统控制层、模块策略层和模块执行层,并对模块策略层内的功能函数库进行了开发。针对某型号微小加速度计的装配任务,研制微小型加速度计装配设备。基于模块化微小器件装配系统结构,设备划分为精密测量模块、装配作业模块、作业工作台模块、作业工具库模块、螺纹副装配模块和系统控制模块六部分。精密测量模块用于零件的特征检测,采集得到的图像经由图像滤波、形态学变换等图像处理技术,使用霍夫变换和连通域查找轮廓的方法对零件的直线、圆和矩形特征识别,实现零件的位姿测量;装配作业模块可换接作业工具、装配零件和控制接触力;作业工作台模块实现零件装夹、姿态调整和上料任务;作业工具库模块集成了多种吸附作业工具,通过装配作业模块可实现工具的换接;螺纹副装配模块可拧紧螺母和实时检测其锁紧力矩;系统控制模块实现装配过程的控制和人机交互功能。分析影响设备装配精度的主要因素,基于刚体运动假设,使用误差矩阵法建立设备具有误差补偿的运动学模型。设计标定方案,标定模型中的未知参数并进行补偿和实验验证。经过标定,装配设备的精密测量模块和装配作业模块在装配作业空间内的相对运动误差小于3.5μm。最后对装配设备的线性运动平台重复定位精度、接触力控制精度以及扭矩控制精度进行测试并随机抽取加速度计进行装配实验,实验结果表明设备能够满足装配要求。

关键词： 道路桥梁工程   结构化设计   设计要点  

摘要： 道路桥梁设计工作的开展,在现代社会的背景下越来越重视其结构的合理性,因为结构问题不仅会对道路桥梁的功能发挥产生重要的影响,对于道路桥梁的运行安全也会产生重要的影响,结构设计工作的具体开展中,设计人员不仅要考虑实际应用需求,更要从设计专业的角度上对设计环节工作的科学性进行研究和衡量.只有把握住设计工作的要点,才能为取得更为突出地设计效果起到促进作用.

关键词： 硫化物固态电解质   掺杂改性   液相合成机理   锂金属负极   亲锂位点  

摘要： 近年来,用无机固态电解质代替液体电解质以解决锂离子电池安全性问题,受到越来越多的关注。硫化物固态电解质相比于氧化物具有更高的离子电导率、较低的硬度以及较好的界面接触,被认为是最有前景的固态电解质材料之一。然而,硫化物固态电解质也存在较多缺点:（1）、液相法合成的硫化物离子电导率普遍不理想,反应机理也不明确;（2）、与高电压正极材料、锂金属负极直接兼容性差,有副反应发生导致界面电阻增大;（3）、对于空气中水、氧等的稳定性较差。近年来,阴/阳离子掺杂常备用来提高电解质的离子电导率,降低界面电阻并改善固体电解质的化学稳定性,从而有效地解决电解质/电极界面问题。然而,掺杂对固态电解质的影响缺乏系统性的研究,并且掺杂对电解质/锂金属界面及锂沉积稳定性的影响机制也不明确。因此深入研究掺杂对硫化物固态电解质的影响以及硫化物固态电解质的液相合成机理是非常有必要的。此外,为了提高能量密度,固态电池必须采用锂金属作为负极才能达到与传统液态电池相当的水平。然而众所周知,锂金属存在固体电解质界面（SEI）膜不稳定、锂枝晶不受控制地生长、死锂的形成以及沉积/剥离过程无限的体积膨胀等问题,严重阻碍了锂金属负极的应用。因此想要获得高性能的固态锂金属电池,那么对锂金属负极的改性研究就显得尤为重要。因此本文将从硫化物固态电解质和锂金属负极两方面展开研究,主要内容如下:（1）以固相法合成Li7P3S11电解质为研究对象,采用Zn2+、Mo4+、Fe2+、Sn4+、和Si4+进行掺杂以研究阳离子掺杂对硫化物电解质的影响。首先,以Mo掺杂为例,分子动力学（AIMD）计算和实验表明,MoS44-将优先取代Li7P3S11中的P2S74-基团,从而拓宽Li+通道并产生Li空位,从而提高离子电导率。但是过量的掺杂以及掺杂阳离子半径的增大会导致Li7P3S11的体心立方结构被破坏而导致离子电导率降低。研究表明,阳离子的掺杂将导致掺杂元素的单质或合金被引入到固体电解质/Li界面层（SEI）中。金属单质或合金的引入将引起电子的聚集、加速Li金属的不均匀沉积,从而促进Li树枝状晶体的生长。此外,还会将SEI变为离子和电子的混合导体,引起电解质与Li金属的持续反应。不同阳离子掺杂的电解质（LPS-0.2Y）的临界电流密度也表明,临界电流密度与锂离子电导率无直接关系,而随掺杂元素的电阻率的增加而增加,而非金属硅的掺杂不会导致临界电流密度的降低。因此非金属掺杂才能够有效提高Li7P3S11的离子电导率并改善界面的稳定性。这项工作为固体电解质掺杂剂的选择和电解质/Li界面SEI的构建提供了重要的证据和指导。（2）细致研究了Li7P3S11固态电解质的液相合成机理。通过观测P2S5和Li2S在乙腈（ACN）体系液相反应过程中的物相变化以及不同比例下的产物,发现液相反应主要是Li2S的孤对电子攻击P2S5上的桥键S以获得不同元素比的化合物的过程。发现唯一的沉淀相是Li3PS4·ACN,它可以与较高P含量的可溶相(例如Li2P4S11,Li4P4S12等)反应生成Li4P2S7,以保证最终Li3PS4·ACN和Li4P2S7·CAN的摩尔比为1:1。最后,在煅烧期间通过上述两种化合物的等摩尔反应形成Li7P3S11。XPS和Raman结果表明,液相合成的Li7P3S11固体电解质中残留部分Li4P2S6,导致离子电导率低于固态球磨工艺产物。这是由于凝胶状Li4P2S7无法均匀地包覆Li3PS4沉淀,导致Li4P2S7在热处理过程中发生脱硫反应导致的。（3）采用电共沉积方法在导电碳纤维（CP）表面均匀地沉积了薄层的CuSn合金,该CuSn/CP被用作锂（Li）金属沉积骨架,有效地抑制了锂枝晶的生长。电共沉积的CuSn合金具有较高的结构稳定性和低的成核势垒,合金中高电负性的Cu能够降低Sn的电子云密度,缺电状态下的Sn与锂原子表面的电子亲和力增加从而增加了与锂原子的结合能,降低锂成核势垒。Cu骨架还能够抑制Sn在嵌锂过程的巨大体积膨胀,防止了亲锂位点的不均匀分布导致的不均匀的锂沉积行为。另外,高导电性的Cu可以均化电荷分布,使锂沉积的电场分布更加均匀,促进锂金属的均匀沉积。而均匀分布的亲锂性Sn可以减少Li成核的过电位,以形成大的锂核,避免枝晶的形成。因此,所制备的CuSn/CP电极在1 mA/cm2的电流密度下表现出超过1000 h的循环寿命。CuSn/CP-Li负极与磷酸铁锂正极组装的全电池也具有出色的倍率和循环容量保持率,2C放电比容量为132.5 mAh/g。（4）提出一种充分利用三维骨架降低局部电流密度的锂沉积策略。以泡沫铜（CF）为集流体,在上层原子层沉积（ALD）一层亲锂性较弱的ZnO,下层溅射一层亲锂性较强的Au得到ZnO/CF/Au电极。虽然上层的锂离子传输电阻低于下层,但是Au

关键词： 军民融合   空天运输   遥操作系统   净评估   可信度   形式化方法   国产自主可控  

摘要： 为了统筹经济建设与国防建设协同发展,我国提出了“军民融合”国家战略,其核心是促进军民两个领域双向技术交流。空天运输是军民融合发展的重点领域和先导行业,在空天运输嫦娥系列任务中,一个关键组成部分是地面控制中心通过空天运输遥操作系统推送操控信息实现月面巡视器无人自动巡视和科学就位探测。但是,针对我国空天运输领域信息技术国产、自主和可控的发展需求,我国还没有相当的空天运输遥操作系统设计、实施、测试和维护等方面的质量评估方法、技术、体系和标准,在技术层面还缺乏军民融合准入/准出评估机制。围绕上述研究背景和研究问题,本文应用净评估理论,提出了空天运输遥操作系统系统净评估方法,定量认定了探月工程嫦娥系列任务遥操作系统的可信度,建立了空天运输遥操作系统净评估体系,意图保障嫦娥五号任务万无一失,为空天运输领域军民融合战略落地提供技术保障。本文的主要研究工作和创新点如下:(1)首次将净评估理论引入空天运输领域,提出了利用形式化方法建立空天运输遥操作系统净评估指标体系数学模型,借助自主可控的自动化工具采集系统可信证据,从而实现遥操作系统可信度认定的净评估方法。在嫦娥五号任务联调联试过程中,通过净评估方法准确定位了遥操作系统全生命周期的不可信因素,解决了系统质量不可控的问题,实现了遥操作系统联调联试零差错。(2)以遥操作系统相关的软件过程文档、国家军用标准和空天运输领域特性作为净评估指标来源,利用形式化Z语言构建了遥操作系统净评估指标体系数学模型,保障了评估指标的准确性和全面性,解决了嫦娥四号和嫦娥五号任务遥操作系统净评估指标二义性和需求动态变化的问题,为遥操作系统可信证据自动化采集打下基础。(3)以遥操作系统净评估指标体系数学模型为输入,搭建了国产自主可控的空天运输遥操作系统可信证据自动采集平台。在嫦娥四号任务执行前,该平台自动采集了科学客观的嫦娥四号遥操作系统可信证据,确保了嫦娥四号遥操作任务圆满完成。(4)利用偏差最小化方法提出了层次分析法和熵权法结合的组合赋权法。针对数学理论赋权方法的不实际性问题,在航天信息资源国产化的前提下,借助可视化技术实现了近十年来国家载人航天和探月工程历次航天任务数据的长期保存,完成了净评估前期知识积累。同时,构建了遥操作系统净评估虚拟仿真环境,通过回放和论证净评估过程,实现了工程实践数据持续优化数学理论赋权模型的研究方案,提高了净评估指标赋权的可靠性和可信性。(5)针对空天运输领域信息技术自主可控的核心需求,在Windows和国产麒麟操作系统上完成了探月工程嫦娥系列任务遥操作系统的设计、开发、测试、维护和评估,实现了跨平台且具有自主知识产权的航天任务信息推送平台,为嫦娥系列任务执行提供了安全保障。上述研究成果经探月工程二期实战检验,实现了遥操作系统可信度认定,精准实施并圆满完成了嫦娥三号和嫦娥四号任务,并通过了GJB 9001C-2017武器装备质量管理体系认证,为探月工程后续任务和火星探测任务信息系统的开发、质量评估和改进提供了技术框架。

关键词： 石墨烯气凝胶   3D打印   结构化设计   负泊松比   氧化石墨烯溶液  

摘要： 石墨烯优良的力、电、热学特性赋予其在新型超材料领域广阔的应用前景。基于“增材制造”原理的3D打印石墨烯气凝胶，由于精确的多尺度结构剪裁和可控的几何形态设计,使石墨烯优异本征属性在宏观尺度具有多功能化的应用。同时，通过多尺度结构化设计，可实现性能的可控调变和改性优化。这对推动石墨烯在防护材料、电子器件、智能传感和功能材料等多个领域的应用具有重要意义。本论文通过开展基于直接书写式的3D打印石墨烯超材料研究，打印制备具有可调谐负泊松比效应的三维石墨烯超材料结构(内凹四边形、内凹六边形、手性结构)。并结合有限元建模分析，揭示结构多尺度特征对材料负泊松比变形行为的影响规律和力学性能的调控机理。此外，本文探索了高分子材料柔性封装后三维石墨烯基材料的力学行为及力电响应特性。本文具体研究内容如下：　　首先，基于氧化石墨烯前驱体溶液直接书写式3D打印方法，实现了具有可调谐负泊松比效应3D打印石墨烯超材料的多尺度可控构筑。实验结果表明，当出墨速率保持为80~90μL/min时，3D打印石墨烯超材料具有较好的成型精度。当氧化石墨烯溶液浓度在8~10mg/mL范围时，制备得到的3D打印石墨烯超材料具有良好的大压缩应变和明显的负泊松比变形特性。　　其次，结合理论建模分析与力学性能实验，通过对多尺度结构化参数设计，研究该材料的负指数力学行为的可调控性。实验结果表明，3D打印石墨烯超材料具有优异的弹性性能(最大压缩应变可达90%)。曲线内凹四边形与反手性四切向杆结构的泊松比分别可达到-0.22和-0.34。　　最后，采用聚二甲基硅氧烷高分子材料将3D打印石墨烯超材料进行柔性封装。通过对材料的几何结构参数设计，研究对材料力学及力电响应特性的影响规律。实验结果表明，该材料具有优良的压缩特性，在经历大压缩应变(90%)后仍表现出良好的弹性恢复性能。另外，该复合体系可实现更大的力学负指数(曲线内凹四边形和反手性向杆结构的泊松比分别可达到-0.43和-0.47)。

关键词： 道路桥梁   结构化设计   应用研究  

摘要： 道路桥梁在桥梁建设当中发挥着举足轻重的作用。道路桥梁的设计是一个体系化复杂化的过程,必须同时考量到实用性与安全性,此外还需对成本加强管控。采用传统方式对道路桥梁展开设计,尽管能够降低设计成本,可对桥梁结构布局中的不确定因素无法有效控制,在施工安全与质量方面风险性也较高。所以结构设计应用尤为重要。本文以此为背景,展开对道路桥梁设计中结构化设计的运用分析。

关键词： 充电桩   构件技术   半实物仿真技术   微内核架构  

摘要： 传统汽车行业迅速发展引发的能源危机和环境污染问题已成为制约我国经济发展的巨大压力,为此我国政府及各大汽车厂商开始推广以电动汽车为主的新能源汽车。功能完善、安全稳定的电动汽车充电桩是保证电动汽车广泛推广的必要条件。目前随着功能需求的不断增加和变更,充电桩控制软件变得复杂、不稳定且难以维护;同时大量充电桩厂商由于缺乏测试手段在出厂前并未对其所生产充电桩进行系统完善的测试。这些缺陷致使市场上投入运营的充电桩真实可用率很低,难以满足大量充电汽车的充电需求,严重阻碍了电动汽车与充电桩的产业化发展与推广。为改善这种情况,下面先后从充电桩开发和测试两个角度出发寻求解决问题的方法。首先从充电桩开发角度出发,选择基于构件技术开发一套充电桩控制软件。所做的工作主要有:基于MVC分层结构确立充电桩软件体系架构,继而利用领域工程对充电桩功能需求进行分析,进而依据分析结果对功能模块进行划分。之后提出一套适用于充电桩领域的构件模型,在此基础上完成充电桩软件的设计开发。最后为能对软件模块代码质量进行评估,基于内聚和耦合提出了构件评估模型并利用模糊理论对其进一步优化。之后从充电桩测试角度出发,选择基于半实物仿真技术开发一个充电桩控制系统仿真测试平台。所做的主要工作有:分析不同类型充电桩的工作原理及硬件外设组成,制定上位机和下位机相结合的总体设计方案。之后为实现测试配置的灵活性,使用微内核架构作为上位机总体架构并在此基础上完成核心系统和插件模块的设计。最后完成下位机(即数据采集板)的软硬件设计,硬件设计主要是对实际交流桩和直流桩的控制导引电路、接触器及通信接口进行模拟;软件设计采用双缓冲队列与ISR(中断服务程序)结合的通信结构。源于与企业合作的开发项目背景,基于构件技术编写的两套充电桩软件迅速投入实际使用。以河南济源充电站为例,利用仿真测试平台对充电桩软件依次进行单元测试和集成测试实验,实验表明测试平台对充电桩软件测试高效快捷。同时使用构件评估模型对新旧充电桩软件进行评估对比,测试评估结果表明基于构件技术开发的充电桩软件可维护性和可复用性改善明显。综上,开发一套低耦合、高内聚且易于功能拓展的充电桩控制软件和一个高效率低成本的充电桩控制软件测试系统具有重大意义。

关键词： 循环不变式   组合数学   形式化方法   数列问题   排列问题  

摘要： 随着计算机应用的日益普及,计算机软件的正确性和可靠性在各个领域中都受到高度重视,尤其在一些关键领域如市场经济、交通安全、航空航天等领域中更是至关重要。算法是软件的核心,它在软件开发中占有不容忽视的地位。形式化方法是保证算法正确性和可靠性的有效途径之一。而循环不变式在算法形式化方法中具有至关重要的作用,它是理解、开发和证明一个算法程序的关键。循环不变式的开发一直是形式化领域中最具挑战性、最富创造性的问题之一,寻找循环不变式开发策略一直存在较多难点。组合数学是计算机出现以后迅速发展起来的一个数学分支,它在理论方面的推进也促进了计算机科学的迅速发展,在计算机科学领域中许多问题的算法求解以组合数学为基础,因而组合数学问题的算法研究已成为计算机科学中重要的研究领域。在组合数学问题中,数列问题和排列组合问题是最经典和最具有代表性的两类问题,因此本文重点研究了数列问题和排列问题算法程序的循环不变式开发技术。本文首先进一步探究了循环不变式在算法形式化方法中的作用,并对现有的循环不变式开发技术和策略进行了分析和比较。其次,通过对组合数学问题中卡特兰数列和斐波那契数列问题进行深入研究,根据这两类数列问题的数学性质和求解特征,提出了一种数列问题的循环不变式开发策略;同时,根据对组合数学中排列问题求解过程的深入分析,基于对所求解问题的分解,通过刻画已处理完成部分和未处理部分的性质以及它们之间所存在的关系,提炼出问题求解过程中所存在的不变性质,提出了排列问题循环不变式的两个具体开发策略,从而为两类组合数学问题循环不变式的开发提供了有效途径。论文将所提出的循环不变式开发策略应用于若干数列问题和排列问题循环不变式的开发,并基于所开发的循环不变式完成了这些问题算法程序的形式化推导过程,从而在获得这些问题求解算法程序的同时,也有效保证了这些算法程序的正确性。

关键词： 异构多核处理器   形式化方法   离散控制器合成   机器学习   映射和调度  

摘要： 当前,嵌入式系统已被广泛运用于人们生活的方方面面,包括航空、汽车、消费电子产品等,而在广泛的应用场景下也产生了多样化的应用程序。这些针对不同应用场景开发的应用程序往往具有不同的性能、功耗和可靠性需求,面对这种需求,新兴的异构多核处理器因其高性能、低功耗的显著优势已经成为现代嵌入式系统的主流方案。这类系统所面临的一个重要挑战就是如何在运行时根据不同应用在性能需求、行为表现等方面的差异对系统资源进行动态的管理分配从而满足系统及其所运行应用的需求。典型的嵌入式系统应用可以分为两类,一类是那些对安全性和可靠性要求较高的安全应用,比如汽车、飞机中的管理和控制应用,对这类应用由于任何错误的出现都可能导致致命的后果,用户需要确保其可靠性被严格满足;另一类是对安全性和可靠性要求相对较低的非安全关键应用,比如消费类电子产品中的多媒体应用,对于这些应用用户往往希望在尽量保证其稳定运行的情况下能够获得尽量好的性能或服务质量。为此,本文针对异构多核处理器系统中这两类应用的动态资源管理分别展开研究。针对安全应用的动态资源管理,提出了一种基于离散控制器合成(Discrete Controller Synthesis,DCS)技术的方法来对异构多核处理器系统的资源管理部件进行自动、可靠的设计,将形式化的、能够自动构造管理控制部件的离散控制器合成技术应用到异构多核系统的在线资源管理部件设计当中。该方法通过采用形式化模型来描述异构多核系统的资源管理行为(如何为应用分配处理核),并将在线资源管理问题转换为一个面向某个系统管理目标(例如最大化应用性能)的离散控制器合成问题,从而可以使用已有的合成算法和工具来自动的生成一个管理部件,为资源管理器的可靠性提供了形式化的保证。针对非安全关键应用的动态资源管理,为了尽可能的优化系统性能、减少在线计算的开销,本文提出了一种基于机器学习模型进行应用性能预测的在线资源管理方法。该方法一方面构建了一个基于机器学习技术的性能预测器来对应用进行快速高效的性能预测;另一方面通过将应用执行的阶段检测技术与基于竞争交换的策略相结合构建了一个轻量级的在线资源管理算法。实验表明,该方法与常用的完全公平调度(CFS)算法相比,能够在较低的算法复杂度下有效提升异构多核处理器系统的总体性能。

关键词： 移动政务   协同系统   UML建模   流程优化   工作流  

摘要： 2019年12月,中共中央、国务院最新印发了《长三角洲区域一体化发展规划纲要》,提出开放合作协同高效,“最多跑一次”、“不见面审批”等改革方案,构建区域创新共同体。党中央、国务院近年来一直高度重视“互联网+政务服务”工作。《民航十三五规划》提出坚持以信息技术在民航领域进行整合应用,以云计算、大数据、移动应用等技术加速民航业信息化建设。随着政务工作模式不断转变,在民航信息的智能化、信息交互、共享等方面创新成为重要发展趋势。论文以民航华东地区管理局为研究背景,作为华东地区民用航空综合管理机构,其行业会议众多、辖区内管理监察工作业务繁杂,日常政务工作由于时间、空间的限制,导致一些紧急文件和事务无法及时签发和办理,以及传统行政的审批费时费力,所以仅仅通过PC端已经不能满足现代政务发展需求,需要依靠移动端进行政务办理。同时,各个行业由原先简单政务信息服务逐步发展延伸到各项管理活动环节。对于华东地区民航单位而言,目前辖区内各民航单位业务系统不互通,且政务工作无法实现辖区内协同,办理过程冗长复杂且需要人工跟踪。所以在辖区内需要建设一套基于移动端的民航政务协同系统。论文针对华东地区民航政务系统无法实现移动端政务协同办理、以及单位内部一些业务流程缺少全程电子化管理等问题,提出建设辖区内民航移动政务协同系统。首先通过对国内外政务系统研究综述以及民航华东管理局政务工作的实证研究,运用基于J2EE的技术架构、工作流等技术进行系统的分析设计;通过对现行系统的业务流程进行分析和建模,对存在的业务流程问题进行分析,运用Petri网模型进行业务流程建模,并利用ECRSI方法对业务流程进行流程优化,确定建设新系统业务流程及需求,对系统用户角色进行分析建模,对系统公共政务中心、流程审批等功能性需求进行需求背景分析和UML用例建模,对系统安全性、身份统一认证、系统运行等性能进行需求分析;根据系统可定制化、可集成化等设计原则,对系统进行总体设计,对移动架构进行分析设计,基于B/S结构、MVC模式进行系统设计,以及对系统各功能模块进行设计和UML建模,以及基于工作流对系统协同进行设计,利用MD5加密算法对数据传输等系统安全性进行分析设计,以及利用用户名密码、动态密码方案对系统用户登录身份验证的设计,还通过对数据库进行结构设计及部分数据库表设计,基于聚合词树算法对信息敏感词过滤进行设计;最后对系统外部接口与通讯录、短信等进行对接,对内部的授权、认证、日志等模块进行对接实现,对系统用户登录和系统主要功能模块进行实现。最终实现辖区内民航移动政务协同办理、以及对单位内部一些业务流程进行全程电子化管理。