基于模型的优化设计范文第1篇
【摘 要】论文基于软土地基的施工问题和现实影响，探讨相应的处理对策，介绍了表层处理技术、安装桩基技术、加载法和挤密桩法等多种软土地基处理技术的有效应用，以期提高路桥工程的稳定性与安全性，推动我国道路桥梁建设行业以及交通运输行业的发展。
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【关键词】道路桥梁;施工管理;软土地基;关键技术;应用实践
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1 软土地基的特征概述
软土地基是以强度低、压缩量高、含有有机物质为特征，大范围分布的土层，主要指由淤泥、淤泥质土、冲填土、雜填土或其他高压缩性土层构成的地基，由于其土质结构不稳定，具有高压缩性、抗剪强度低、透水性低，除此之外，还包括流变性、触变性和不均匀性。因此，如果前期缺少相应的勘察设计和应对方案，地下水位升高、持续性降雨以及地震等外部因素会致使地基出现质量问题，造成路堤失稳，危及周围环境和建筑。软土土层在我国南方沿海等城市分布广泛，数量庞大，对于软土地基的处理必须完善细节，统筹规划，加强质量控制，基于根本原因和施工问题，进行计算探讨，从多个方面解决问题，加强关键技术的应用实践。
2 道路桥梁工程中软土地基的常见施工问题
第一，承载力问题是基于触变性、流变性和抗剪强度低的特性，软土由于土质松软、松散，导致承载力不高，如果经受长期高强度压力而不采取措施，地基土层内部结构就会崩塌，土层间互相挤压破坏，而道路桥梁工程投入使用必然会造成这种影响，因此，如果不对关键路段进行防护和治理，不仅后期施工方案会被迫更改调整，还会导致拆除重建、增加桥长的情况，而且会引起锥坡不均匀下沉。
第二，从压缩性问题来看，由于压缩性高，孔隙比大于1，导致土地出现路面沉降的概率高，路基不稳定的情况十分常见，存在大量的开裂、变形问题。
第三，含水量问题则是由于软土地基的透水性能较低，垂直层面几乎是不透水的，对排水固结不利，反映在建筑物沉降延续时间长。同时，在加荷初期，常出现较高的孔隙水压力，影响地基的强度。软土的渗透系数低使得土地沉降发生过程的时间较长，考虑到沉降速度与工程变形的联系性，如果沉降速度衰竭到一定程度后，差异沉降并不会再增加，所以对于减少工程项目的不均匀沉降，要加强软土的渗透和排水处理[1]。软土地基的处理问题要考虑到一些局限性和现实条件，在选择相应的处理技术时，要考虑到软土的物理特性以及软土分布的高度，对于地基下的软土层来说，沉降幅度与软土层深度是正比例对应的，软土层越浅，沉降幅度越小，所以破坏程度和危险性也较低，在处理时可以选用较为简单、成本较低的处理方法。
3 道路桥梁工程中软土地基的现实影响
我国公路行业对软土地基的定义区别于国外，并没有详细分类，日本高等级公路设计规范将其定义为：主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成，提出了类型概略判断标准[2]。在给出软土地基定义时指出：软土地基不能简单地只按地基条件确定，因填方形状及施工状况而异，有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上，判断是否应按软土地基处理。因此，很多施工单位在面对软土地基时要么矫枉过正，要么疏于防范。例如，一些地质环境导致软土地基的组成情况较为复杂，横向面积覆盖程度均匀不一，纵向土层也存在上下分布差异。软土薄厚不均要采取相对应的施工处理方式，而缺少准确真实的勘察资料，使得很多施工单位采用统一的施工处理方案，对一些常规土层结构也造成破坏，为后续路桥工程中的隐蔽性工程和支护工程的安全性和稳定性埋下隐患。软土土层松散、内部间隙大、砂粒混合等特点形成的压缩量大、承载力弱的特征，在施工过程中一旦遇到强降雨、降雪、大风等恶劣天气，会降低工程质量[3]。
路面硬化问题一方面软土地基在施工过程中与施工材料混合导致土地结构不稳定，降低使用效果形成的现实问题，另一方面是压实程度不足，再加上内部含水量高，透水性差的因素，整体工程路面质量降低。路面硬化问题在某种意义上是不能在施工中完全避免的，只能通过优化设计和技术应用来降低损失，杜绝质量问题，最大限度提升使用寿命。
路面沉降问题是软土地基最常见的现实问题，而软土地基由于土地特性，引起路面沉降的影响因素广泛且复杂，通常是一些连带反应造成路面沉降或塌陷问题。锥坡不均匀下沉、路堤滑坡、高填土的推力作用、排水固结成效有限等，都会对周边或其他强度低、灵敏性高的软土地基产生负面影响。探讨软土地基对路桥工程施工中的地基沉降问题的影响，要考虑到沉降规律、速度及时长，根据实际状况进行综合考量，优化处理技术。
4 道路桥梁施工中软土地基处理技术的应用实践
4.1 表层处理技术
软土地基的表层处理技术是增强土体强度、强化内部结构稳定性的重要方式，主要分为四类：一是砂粒垫层技术，通过铺设厚度为0.5～1.2m的砂粒垫层，提高软土地基的透水性，优化排水固结效果。同时，垫层还能对于一些机械设备和装配式构件的承载起到防护作用，防止出现大面积的土质结构性破坏。二是表层排水施工技术，其原理简单概述为软土地基在额外载荷的功效下，慢慢排出孔隙水，使孔隙比降低，造成固结变形。在这个过程中，伴随着土体超静孔隙水压力的慢慢消退，土层有效应力提升，地基抗剪强度相对提升，并使沉降提前完成或提升沉降速率，使得土地强度变化趋于稳定，土质结构成型。三是排水固结法，其主要由排水和加压两方面构成。排水能够运用天然土层自身的透水性，设置砂井、袋装砂井和塑料排水板这类的竖向排水体，提高透水性。四是加压法，其主要方法包括地面堆载法、真空预压法和井点降水法，为加固软弱的粘土，在一定的条件下，可采用电渗排水井点。
4.2 安装桩基技术
安装桩基技术是针对一些淤泥或淤泥土层的软土地基，由于施工过程中的灌注和材料制备等环节导致的泥浆污染现场，桩基底部的沉渣较多，使得桩基强度有限。因此，安装桩基技术的应用就必须克服现实困难，将桩基插入硬土层中，保持稳定性。就桩加固处理方式而言，首先，确保施工场地的平整性，将各种杂物进行清除，对于低洼施工场地，可以应用回填黏性土的方式处理;其次，要选取相应的技术。以强夯处理技术提升土地承载力，由重力机械设备从高空自由落体来打击软土地基的结构，让其破损的内部土层互相挤压，实现快速凝结，互相供力，提升有效承载力，便于桩基安装。强夯技术可以在低成本的条件下提高软土地基的性能，可以广泛应用于道路桥梁施工中。但这种方法在某种意义上有一定的局限性，并且限制条件较多，而且还要考虑相应的安全防护措施。
4.3 加载法
加载法是通过降低软土地基的压缩量，解决软土地质问题，通过运用重型压路机实施反复压实软土，以把软土中的空隙与水分排除，改变土层上层结构，将软土地基表面的质量提升至施工标准。在实际操作时，要确保在压实土壤的过程中，在每一部分施工作业中进行土质检验，确保压实工作到位的同时，保障施工质量和安全。
4.4 挤密桩法
挤密桩法是利用冲击或者振捣的方法，将圆柱形钢制桩打入原地基，拔出后将石灰土、水泥、灰土等材料混入桩孔。将密桩与原地基复合成新的地基。挤密桩法是通过稳固软土地基，提升上层荷载来达到强化地基强度的目的。挤密桩法的施工工作量较小，操作简单，工程造价较低。
5 结语
道路橋梁施工中的软土地基处理技术应用实践是根据施工现实情况因地处理的，地基稳定性和安全性决定了整个道路桥梁工程项目的质量，这类大型规模的基建工程，投入高、工期长，对质量要求高，整体工程的使用寿命和安全性务必作为施工的前提。
【参考文献】
【1】张辰.道路桥梁施工中软土地基处理技术应用实践[J].建筑工程技术与设计，2020（24）：654.
【2】武江博.道路与桥梁施工中软土地基施工技术应用[J].建筑工程技术与设计，2020（24）：4056.
【3】范红正.道路桥梁工程中软土地基施工处理措施[J].建筑工程技术与设计，2020（23）：1663.
基于模型的优化设计范文第2篇
企业的应收账款占营业收入的比例可以看出企业资金回收率的高低。它可以从静态与动态与静态两方面进行分析。
静态的应收账款占企业主营业务收入的比重正常情况下应控制在10%以下, 若达到30%以上的则应小心财务状况是否会恶化, 因为这样的企业每销售1元钱的商品, 就有0.3元挂账而拿不到现金, 如果达到50%就说明公司有一半的利润是赊销得来的, 说明企业的盈利质量是非常差的。反过来, 应收账款占主营业务收入的比重极小亦不正常。
动态的应收账款增幅与企业主营业务收入的增幅对比, 应该是同比例的增长。当应收账款增长率远高于营业收入的增长率时, 一方面会使企业的账款回收难度加大, 而另一方面则会使企业缺乏能够持续发展的现金流, 这就有可能是截留收入;如果是真实的发生了, 就应特别注意应收账款的收现性, 这说明应收账款的管理出现了问题;如果是虚假的, 应注意是否有虚增资产和利润之嫌。
2 相关函数介绍
2.1 INDEX () 函数
说明:返回表中或区域中的值或是对值的引用。
函数语法:INDEX (array, row_num, column_num)
返回数组中指定单元格或是单元格数组的值。
INDEX (reference, row_num, column_num, area_num) 返回引用中指定单元格或单元格区域的引用。
其中参数Array为单元格区域或是数组常数;Row_num为数组中某行的行序号, 函数从该行返回数值。
2.2 OFFSET () 函数
说明:返回对单元格或单元格区域中指定行数和列数区域的引用。返回的引用可以是单个单元格或单元格区域。也可以指定是要返回的行数和列数。
函数语法:OFFSET (reference, rows, cols, [height], [width]) Rows, 必需。需要左上角单元格引用的向上或向下行数。Cols, 必需。需要结果的左上角单元格引用的从左到右的列数。
高度与宽度可选, 但必须为正数。
2.3 IF () 函数
说明:根据指定的条件来判断其 (TRUE) 或 (FALSE) , 根据逻辑计算的真或假值返回相应的内容。
语法:IF (logical_test, value_if_true, value_if_fause)
IF (判断条件, 条件成立返回结果1, 条件不成立返回结果2)
IF函数如果需要多重嵌套, 则可以用IFS函数代替。
3 案例及模型设计
3.1 案例
某集团下设三个分公司, 2016年1至12月份的应收账款与营业收入数据如图1-1所示。要求分别建立按公司与按月查询应收账款与营业收入的动态比例表。
3.2 建立静态模型及相关公式, 如图1-2所示。
由控件控制C17:C29及D17:D29单元格区域动态显示出集团以及甲公司、乙公司、丙公司的应收账款、营业收入以及所占比重的动态值。并在F列自动做出相关的判断。
3.3 动态模型
根据上述同样的原理所建立的动态模型如图1-3所示。
4 结语
分公司查询表分析的重点在于关注每个公司在全年每个月份的数据变化, 侧重于公司自身在时间轴上的表现, 结合数据呈现结果和实际工作, 分析出不足月份的原因和良好成绩的经验。为一下年度的工作选准主攻方向。分月查询表分析的重点在于关注每个月中各个公司间的数据对比情况, 侧重于横向间的数据大小关系, 结合各个月份的公司排名情况, 给自己设定下一年度的追赶目标。
总之, 制作这样的动态模型, 需要以下操作:编制主营业务收入数据表与应收账款数据表;编制各个分公司的分月应收占收入分析表;绘制占比分析图;编制各个月份的每个公司应收占收入分析表;绘制占比分析图;从两个维度分析应收与收入的占比变化;根据不同公司全年的数据, 分析各月收入占应收款的比值, 分别观察各分公司全年的比值变化和各月中不同公司的比值变化, 从中观察数据变化的趋势, 找出存在的问题。
摘要：应收账款是企业流动资产除存货外的另一重要项目。企业的应收账款是流动资产的一个重要组成部分。应收账款如果能及时收回, 就会使企业的资金使用效率得到大幅度的提高。对企业应收账款的分析主要指标是应收账款周转率与应收账款财转速度。前者是反映一个公司应收账款周转速度的重要比率, 后者是用时间表示的平均应收账款回收期或是平均收现期。它表示公司从获得应收账款的权利开始, 到收回款项以及变成现金所需要的时间。本文以微软的EXCEL 2010为平台, 从横向与纵向两方面构建了动态的应收账款占营业收入的比率模型, 为企业的财务管理决策者提供参考。
关键词：EXCEL,应收账款,模型
参考文献
[1] 韩良智.Excel在财务管理中的应用[M].北京:清华大学出版社, 2016.
[2] EXCEL HOME网站
[3] 互联网http://wenku.baidu.c
[4] 互联网http://tech.ddvip.co
基于模型的优化设计范文第3篇
1 基于航空影像及VirtuoZo的选线技术研究
由于我们国家的基础测绘比较落后, 难以满足国民经济建设的需要, 我们手中的地形图大多数是十几年或几十年以前的。许多新的变化在地理信息图上得不到反映, 如果用它来进行选线, 只能是大概的, 在它上面做出的方案可能是很糟糕的。由于航空影像获取的便捷性、高效性和高信息容纳性, 用摄影测量的方法从影像进行电力线路规划, 将成为未来电力线路优化的主要途径。
1.1 航空影像的处理
(1) 新建测区。在VirtuoZo主界面上单击设置→测区参数菜单项, 系统弹出设置测区对话框, 在对话框中将影像类型选项设置为卫星影像, 无需设置相机检校参数文件。 (2) 新建模型。在VirtuoZo主界面上单击设置→模型参数系统弹出设置模型参数对话框。 (3) 定义影像参数。在VirtuoZo主界面上单击设置→影像参数系统弹出设置影像参数对话框, 进行影像参数的设置。 (4) 其他操作。对航片进行相对定向、量测控制点和绝对定向解算。
1.2 在航片上进行选线
在VirtuoZo主界面上单击→IGS测图, 调出航片的立体模型, 设计人员就可以在航片上进行选线, 在线路设计和勘测各专业人员的配合下, 依据航空影像图进行路径大方案的比选, 并根据收资和协议情况, 考虑路径方案沿线的城乡规划区、开发区、风景区, 以及军事和民用重要设施, 矿场等对线路路径选择有影响的地方, 在航空影像图上选择路径最短, 地质条件稳定, 跨越点最佳, 交通较方便的路线满足沿线规划要求、设施、环境等综合因素的需要。选线完毕后, 输出转角的坐标。最终生成1∶5万和1∶20万的航空影像路径方案图。
1.3 自动生成三线断面
转角确定后, 可自动生成三线平断面图, 设计人员就可以利用此初步的断面图进行排杆定位, 造价人员可以比较精确地进行“投标估算”。
2 基于航测影像及VirtuoZo的路径优化技术研究
在初步设计阶段, 国家电网公司已经有了新的航片, 勘测设计单位就可以利用航片进行优化选线。
2.1 镶嵌图的制作
镶嵌图的制作传统是用手工制作, 现在可以采用计算机进行制作。首先利用Photoshop软件把航空像片进行抽像素, 在利用VirtuoZo软件将Tiff格式的文件转化为VZ格式的文件, 再用Mzaix软件进行顺序排列, 最后用Cyberland软件将VZ格式的文件转化为Tiff格式的文件, 用Photoshop软件打开进行编辑。
2.2 航测外控
(1) 布设像控点。
像控点的设置应事先在室内在镶嵌图上做好布点方案, 初步确定像控点的位置作为外业选择控制点的依据。
(2) 像控点的施测。
(1) 室外选择像控点应注意避免选在高差很大的位置, 如房顶、塘埂等位置, 因为其阴影会给室内判读造成困难。 (2) 对做好的GPS外控点应在像片背面画出详细、准确的草图, 并配简要的文字说明, 描述点的明确位置。 (3) 像控点一般可使用三台GPS按静态测量模式测量, 一台作为参考站, 另两台作为流动站。基线观测时间一般为15min～20min, 当基线距离较长时可适当延长观测时间。
2.3 航测外业调绘
外业调绘的目的是为了内业成图的需要, 调绘内容主要是内业立体影像中无法判断的地物, 如:电力线、通信线;宽度较小的路、沟;经济林、经济作物;其他无法判断的地物。
(1) 调绘要求对沿线路左右两侧各300m宽范围内的交叉跨越物进行详细的描述。 (2) 对交叉跨越的电线应在像片上给出电压等级和杆位置、杆塔形式和杆号, 并给出杆高;对电压超过35kV (含35kV) 的电力线, 要用全站仪测出线高。 (3) 交叉跨越的通信线, 架空电缆、架空光缆应在像片上绘出其类型、等级、杆型、杆高。 (4) 交叉跨越的地下电缆、地下光缆应在像片上给出其类别及位置。 (5) 交叉跨越的架空索道、架空水渠等地物应在像片上给出其位置及高度, 河流应给出其名称;交叉跨越的道路应标出路面材料、通达最近城镇的名称。 (6) 居民地名称, 房屋结构和层次, 在调绘片上都要注明。已拆迁的建筑物和新增加的地物要补充调绘在航片上。
2.4 航测内业
(1) 数据输入。新建测区, 引入影像文件。 (2) 像片的内定向。内定向, 运行检查菜单, 对内定向超限的数据进行处理。 (3) 像片的相对定向。点的粗差检测, 像片的绝对定向, 生成水平核线。 (4) 进行影像匹配, 生成DEM模型, 拼接DEM模型。 (5) 打开PLD软件, 将定线时设计的转角坐标保存为路径文件, 打开整个测区的DEM模型和正射影像图, 将正射影像图叠加到DEM模型上, 这时路径将显示在立体影像上, 设计人员在上面进行路径调整和优化, 并将调整后的转角坐标保存在文本文件中, 还可生成房屋面积和交叉跨越等统计数据文件。
2.5 路径优化
利用VirtuoZo全数字摄影测量系统可使各专业人员协同作业, 在室内选线可获得室外选线难以达到的效果, 大大方便了勘测设计人员调整线路, 并可以合理避让房屋、优选杆塔位置, 大大降低了勘测设计人员的劳动强度。由于所使用的航片信息全面, 除能充分反映地貌、植被、沟渠、房屋外, 另叠加了调绘的交叉跨越信息, 使得优化路径考虑的因素更加全面。
选线时勘测设计人员在室内用偏正光立体镜可多人同时在显示器上看同一地面立体模型, 视野范围广, 且可随时显示任意点的坐标、高程及点与点之间的距离等。因而, 在正射影像图及地面立体模型上进行路径方案的选择, 如同从空中看地面, 可在较大范围内对路径方案进行优选, 并准确测出线路对地及房屋的距离、交叉跨越角度、各种建筑物及公路、铁路路面高程等。
3 结语
在送电线路工程勘测中应用VirtuoZo全数字摄影测量技术, 将大部分外业工作转化为内业工作, 大大提高工作效率。航测平断面图的平面精度完全满足规程规范要求, 高程精度尚有欠缺, 应在终勘定位时用GPS或全站仪测定直线桩、塔位桩的高程。
摘要：本文基于笔者多年从事航测技术应用的相关工作经验, 以基于航空影像及VirtuoZo的选线及路径优化为研究对象, 分析了航空影像的处理、航片选线, 航测外业调绘、路径优化等技术方法, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：航测,输电线路,优化设计,路径优化
参考文献
[1] 张帆.全数字摄影测量方法在空间数据生产中的应用研究[J].测绘科学, 2010 (6) :53～54
基于模型的优化设计范文第4篇
1 工程概况
长春市某学院工艺操作实习基地为门式刚架结构。房屋屋面采用彩钢屋面板, 刚架两端铰支于钢筋混凝土基础上, 刚架材料为Q235钢, 刚架横向跨度为18m, 房屋长度为64m, 刚架间距为6m, 房屋檐口高为9m, 屋面坡度为1/10。屋面活载为0.35kN/m2, 恒载为0.7 k N/m 2, 材料的弹性模量E=210GPa, 钢材的强度设计值f=215MPa, 应用有限元分析软件ANSYS对门式刚架结构进行截面优化设计。
2 结构计算简图
2.1 梁、柱截面布置
为了节省钢材, 门式刚架构件外形一般和弯矩包络图形状接近, 故主刚架采用变截面, 焊接工字型钢, 其截面布置如图1 (a) 所示。
2.2 荷载作用及工况
门式刚架在使用过程中, 承受的主要荷载作用有恒载、活载、风载和地震作用, 常用的4种工况如下。
工况1:1.2G (恒) +1.4L (活) ;工况2:1.2 G (恒) +1.4 W (风) ;工况3:1.2 G (恒) +1.4 L (活) +0.6×1.4 W (风) ;工况4:1.2 G (恒) +0.5×1.4L (活) +1.3E (地) , 本文只取工况1进行研究。
2.3 结构计算简图
把门式刚架空间结构分解成为平面结构, 取一榀刚架来考虑, 梁柱刚接、柱脚铰接, 计算简图如图1 (b) 所示。
3 ANSYS建模与求解
3.1 定义参数的初始值
腹板厚度均为6mm, 翼缘厚度均为8mm, 高度及宽度见表1。
3.2 定义单元类型及属性
梁柱采用2节点线性梁单元BEAM188来模拟。
3.3 建立有限元模型
采用建点 (Key point) —建线 (Line) —再网格化的由下而上的方法建立有限元模型如图2所示。
3.4 施加位移约束和荷载
在关键点1、8施加ROTZ不为零其它方向都为零的约束, 在关键点2、3、4、5、6、7、9施加ROTX、ROTY、UZ均为零的约束, 并在梁上施加工况1的均布荷载如图3所示。
3.5 求解模型
计算机自动进行有限元分析求解。
3.6 结果后处理
由于在后面进行的优化进程中, 需要根据刚架的变形和内力设置相关的状态变量, 所以在进入后处理器POST1后, 需要提取门式刚架受弯构件的竖向最大挠度值以及构件的最大正应力值等。工程优化的目的是使结构的体积和自重减小, 达到节约材料、节省成本的目的。所以, 在提取参数时, 应将单元体的体积进行求和并且赋给目标变量。
4 优化结构分析
4.1 设计变量
以梁、柱截面的腹板高度和翼缘宽度为设计变量。
4.2 状态变量
状态变量是设计要求满足的约束条件变量参数, 是设计的因变量。常见的为对最大应力和最大变形的约束。即构件内的最大正应力应小于材料的设计强度值215MPa受弯构件的挠度与跨度比≤1/180, 即该门式刚架的最大挠度为100mm。
4.3 优化目标
以结构用钢量最少为优化目标。
4.4 优化求解
指定一阶优化方法进行优化。
4.5 查看优化结果
ANSYS经过优化, 在求解的第十五次得到了较好的最优解, 其优化结果如表1所示。
4.6 结果分析
由表1可知:优化后刚架的最大挠度D M A X_Y=9 6 m m<1 0 0 m m, 最大应力SBZ_MAX=198MPa<215MPa, 满足刚度和强度要求。结构基本尺寸经过优化减小, 以H2为例减少了13.6%。单榀门式刚架原设计重量为1564kg, 经过优化设计后减小至1419kg, 节省钢材9.3%。优化结果用图像显示如图4所示。可见通过优化设计后, 在满足强度、刚度等条件的前提下, 能明显的节约钢材用量, 使得设计更趋于合理。
5 结语
本文借助于ANSYS中的优化模块对门式刚架截面进行优化设计, 经过优化设计结构的受力更加合理, 体积更轻盈, 达到了节省材料、合理设计的理想效果。若对建模部分程序进行修改, 则可用于类似的结构优化设计中, 通用性比较好。
摘要：运用大型有限元分析软件ANSYS对工程中广泛使用的门式刚架结构进行了截面优化设计, 得到了满足一定工程要求条件下的最优截面尺寸, 节省了大量的钢材。
关键词：ANSYS,门式刚架,有限元模型,优化设计
参考文献
[1] 张红松, 胡仁喜, 等.ANSYS12.0有限元分析从入门到精通[M].机械工业出版社, 2010, 1.
基于模型的优化设计范文第5篇
一、问题描述
再生铝是由废铝和合金材料或含铝的废料, 经重新熔化提炼而得到的铝合金或铝金属, 是金属铝的一个重要来源。国内再生铝行业经过多年的发展, 工艺技术及装备水平不断提高, 典型的作业流程包括预处理, 加料, 熔化, 扒渣, 精炼, 合金化处理, 铸造等工艺流程。
经过对某再生铝企业调查研究发现, 该企业再生铝生产原料复杂、种类繁多, 各种废料化学成分、表况质量、成本价格不一。目前生产均靠经验进行配料, 完全依靠炉前化学成分分析结果进行大幅度甚至多次补料调整, 工艺操作十分被动, 稍有不慎即出现不良品甚至废品, 而且是人为估算炉料成本, 仅考虑Mg、Si、Cu、Zn、Fe等5个基本控制元素, 要想全面综合各种不同的废铝状况进行相对精准配料, 人工计算量就相当大, 耗时耗力, 且很难计算出最优的配料方案。
二、配料优化问题建模
基于以上问题分析, 在再生铝配料计算中, 首先应考虑金属平衡, 其次要保证合金元素总量满足最终要求。据此编写成分约束条件、金属平衡条件分别见公式 (1) 、 (2) 。
式中, Xi为第i种炉料的加入量 (质量百分比) ;qji为第i种炉料中对应第j种控制合金元素的百分含量;qjl, qjr分别为第j种需控制合金元素最终成分上下限。进一步建立配料计算数据模型为:
Subject to:
模型中, Xi为第i种炉料的加入量 (质量百分比) , %;
pi为第i种炉料的工序成本, 元;
xi为第i种炉料的熔损, %;
Wj为第j种合金元素的熔损, %;
qji为第i种炉料中对应第j种控制合金元素的百分含量, %;
qj0为第j种控制合金元素最终成分配料值, %;
Si为第i中配料的实际库存量, kg
Q为本炉次原料总质量, kg
式 (3) 为模型的优化目标 (成本最低) ;
式 (4) 为模型的约束条件1 (成分控制) ;
式 (5) 为模型的约束条件2 (金属平衡) ;
式 (6) 为模型的约束条件3 (库存约束)
建立配料优化目标主要考虑炉料成本, 即生产的主要原材料成本, 故将成本最小化作为优化目标, 各炉料投入量即为决策变量, 控制成分元素的总质量百分比符合成分控制要求、炉料平衡、库存约束等作为约束条件。另外还要考虑实际冶炼过程中各种废铝原料和合金元素的熔损, 差异较大, 配料计算时必须考虑。在实际配料中, 对主要组元成分范围不取区间值, 而用中限值表示, 生产环节即使出现波动, 只要在允许范围, 合金的成分仍然合适。
三、系统设计及实现
本文基于对再生铝特点的理解以及配料计算的需求, 利用MySQL数据库和LINGO软件, 以B/S架构为基础设计出可以实现配料优化计算的信息管理系统, 整个再生铝配料系统流程如图2所示, 为了满足配料企业的要求, 本系统将会提供以下几个功能模块:用户登录, 用户管理, 数据库管理, 后台配料以及页面显示。
系统运行前将客户要求的再生铝元素标准数据传递给Web前端, 前端按要求进行后台计算, 将所得的计算结果通过Web端进行显示, 辅助操作人员进行合理配料。
四、系统优化效果对比
例:以文献[8]中生产再生铝ADC12为例, 设定10种配料, 6种需要达标的金属元素, 以在LINGO中运用@ole函数来调用数据为例。
通过系统界面在对应功能区选择所需要生产出的再生铝型号ADC12, 根据库存量来进行选择配料, 图3为LINGO中ADC12的配料配比计算结果, 图4为模型求解结果。
(注:X (J1-10) 对应表格中的前十种炉料)
统计熟练配料员用计算器的计算效率和计算结果, 并与配料系统进行对比发现, 配料系统的计算效率高, 仅用7秒, 人工计算平均约20分钟, 大大减少了计算的时间, 且准确率有显著提升, 另外与人工配料计算结果相比较, 节省成本约8.5%, 由于配料的准确性提升, 杜绝了重新进行配料计算的发生, 炉前补料的次数也明显减少, 一定程度上缩短的熔炼的周期, 从能源消耗方面也为企业节约了大量成本。
单位:元、%
五、总结
本文基于B/S结构结合LINGO软件设计的再生铝配料优化系统, 可以大大减少员工的计算时间、为企业节约原料成本和熔炼成本。此系统还能够解决大部分类似的组合优化问题。
另外从其长远拓展上看, 可跟自动化生产线相联系, 接入PLC (可编程逻辑控制器) 控制系统, 生产线实现自动配料, 实时监测反馈, 自动做出反应计划, 能使冶炼流程更加智能。
摘要：废铝回收再制造由于客户对铝锭质量要求的不同往往具有不同的废料组合方案, 不同方案之间存在着一定的成本差距, 如何快速制定出最优配料方案对此类企业具有很大的应用价值。本文针对某再生铝制造企业由于依据人工经验对废铝原料进行计算配比而出现的成本偏高、员工时间精力耗费过大等问题展开研究, 设计了基于B/S结构的配料系统, 将优化软件LINGO作为计算工具求解最优配料方案, 实际表明, 该系统能够有效提高系统配料方案的准确性, 减少废铝成本, 提高作业效率。
关键词：配料优化,线性规划,B/S结构,LINGO计算
参考文献
[1] 陈志伟, 陈坤, 马力.基于LINGO的冰淇淋配方模型研究[J].河南工业大学学报 (自然科学版) , 2009, 30 (06) :71-74.
[2] 张宇锋.基于多目标规划的Z公司啤酒配方优化研究[D].广州:华南理工大学, 2013.
[3] 吴有平, 刘杰, 何杰.多目标规划的LINGO求解法[J].湖南工业大学学报, 2012, 26 (03) :9-12.
[4] 吴隆, 余海明, 吴媛媛.基于Lingo的汽车装配线建模与平衡研究[J].工业工程与管理, 2008, 13 (06) :74-77
[5] 徐丽蕊.基于LINGO的城市物流配送路径优化[J].电子设计工程, 2013, 21 (22) :52-54
[6] 王鹏, 陈佳娟.基于LINGO的快递企业物流节点布局规划方法[J].物流技术, 2010, 29 (21) :94-95.
[7] 贾舒媛, 田亚凤, 彭玲玲, 杜倩, 顾永虎.Lingo法在装配线平衡设计中的应用[J].制造业自动化, 2018, 40 (10) :125-127.
基于模型的优化设计范文第6篇
1 基于Arc Engine的GIS应用系统开发原理
1.1 ArcGIS开发组件介绍
ArcObjects是ESRI公司ArcGIS系列产品的开发平台, 它是基于Microsoft COM技术所构建的一系列COM组件产品, 是专门为开发人员提供的二次开发软件, 通过ArcObjects, 用户可以非常方便地开发出功能强大的GIS应用系统。
ArcEngine是ArcGIS Engine的简称, 它是由ESRI公司基于ArcObjects开发的一套用于构建应用的嵌入式GIS程序的组件库。由于使用桌面版的ArcObject开发出来的程序仍然无法脱离ArcGIS平台, 因此ESRI将ArcObjects中的一些组建单独打包出来, 构成了ArcEngine开发包, 使用它开发的程序不需要安装ArcGIS桌面版程序, 运行只需要购买单独的Runtime就可以了, 这使得产品在灵活性和费用上都比较有优势。使用ArcEngine, 可以将GIS功能嵌入到已有的应用软件中, 自定义行业专用产品;或嵌入到商业生产应用软件中, 如Mirosoft Word和Excel。ArcEngine不仅支持COM开发, 同时支持.NET、C++和Java开发[6]。ArcEngine把GIS的各大功能模块划分为若干个组件, 每个组件完成不同的功能。各个GIS组件与其他非GIS组件之间, 可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来, 形成最终的GIS应用软件。组件如同一堆各式各样的“积木”, 它们分别实现不同的功能 (GIS功能和非GIS功能) , 根据需要把实现各种功能的“积木”合理搭建在一起, 就构成了具体的应用软件[7～10]。
1.2 软件开发环境
软件使用微软Visual Studio.NET 2005的集成开发环境, 注册ArcEngine开发组件, 然后建立一个基于窗体的应用, 添加ArcEngine组件并应用C#语言编写程序代码构建可视化软件。ESRI将众多的COM对象放置在不同的组件库中, 从.NET的角度看, 它们被组织到不同的命名空间 (NameSpace) 中。在本软件的开发过程中, 我们共应用了ArcEngine的八个组件库, 其中包括System、Carto、DataSourcesRaster、Geodatabase、Control四个基本组件库, 和Geoprocessor、Spatial Analyst Tools、Data Management Tools三个用于实现气候适宜性评价模型的特殊计算和分析的组件库。其中, System库 (即ESRI.ArcGIS.esriSystem名称空间) 是ArcGIS框架中最底层的一个库, 它提供了一些被其他组件库使用的组件;Carto库 (即ESRI.ArcGIS.Carto名称空间) 包含了为数据显示服务的各种组件对象;DataSourcesRaster库 (即ESRI.ArcGIS.DataSourcesRaster名称空间) 中的COM对象用于获取保存在多种数据源中的栅格数据, 同时还提供了用于栅格数据转换等功能的对象;Geodatabase库 (即ESRI.ArcGIS.Geodatabase名称空间) 中包含的COM对象是用于操作地理数据库的;Control库包含了在程序开发中可以使用的可视化组件对象, 如MapControl、LicenseControl、PageLayoutControl、TOCControl和ToolbarControl等组件对象, 我们用这些对象来组建GIS的主要界面和实现GIS的基本功能。Geoprocessor库 (即ESRI.ArcGIS.Geoprocessor名称空间) 提供了对toolboxes和tools的访问。SpatialAnalystTools (即ESRI.ArcGIS.SpatialAnalystTools名称空间) 包含了用于对栅格数据执行空间分析的对象。DataManagementTools库 (即ESRI.ArcGIS.DataManagementTools名称空间) 包含了用于对矢量数据或栅格数据本身进行投影变换、属性表管理等操作的对象[10]。
2 气候适宜性评价模型
气候条件主要由气压、气温、湿度、风力、日照和降水等要素组成, 在所有气象指标中, 气温和湿度对人体影响较大, 软件选取了上述2个要素为主要评价指标, 运用在国内外得到广泛应用的温湿指数 (THI) 的计算公式, 计算研究区每个栅格单元的温湿指数, 在此基础上, 计算出不同地区的气候舒适期, 最后对研究区的气候适宜性进行评价。
温湿指数 (THI) 由俄国学者的有效温度演变而来[11], 它的物理意义是湿度订正以后的温度, 综合考虑了温度和湿度对人体舒适度的影响。THI的计算公式如公式 (1) 。
公式中:THI为温湿指数;t为月均摄氏温度 (℃) ;T为华氏温度;f为月均空气相对湿度 (%) 。
基于温湿指数的区域气候舒适期划分标准如表1[12], 基于舒适期的气候适宜性评价标准如表2[5], 评价模型如图1所示。
在进入软件运算前, 需对气象数据进行预处理。我们选取研究区范围内一定数量的基准台站, 时间范围至少为近40年来月均值。先采用ARCINFO的地统计分析模块, 运用合理的插值算法, 分别获取研究区一年十二个月的温度和湿度的栅格图层, 再通过投影变换和重采样的空间处理, 保证其一致的栅格单元大小和坐标投影系统。
3 系统的设计与实现
3.1 系统体系结构
软件编写的最终目的是方便从事旅游、农业等领域区划的研究者, 考虑到面向的不是专业的GIS人员, 所以, 采用ArcEngine开发有针对性的应用软件, 实现部分需要的GIS功能, 而不必再使用原来庞大的专业GIS软件, 如arcgis desktop;在该软件中, 由于封装了全部的分析和计算的过程, 用户只需简单地依次输入十二个月的温度和湿度栅格图层, 即可得到最终的评价结果。系统结构如图2所示。
3.2 关键算法实现
经过了对研究区十二个月的温度和湿度栅格数据预处理后, 我们将这两组数据分别存储在两个字符串类型的数组中, 按照图1所示, 将进行温湿指数的计算、舒适期的判断、舒适期的累加、气候适宜性的评价四个步骤。接下来依次介绍四个步骤的实现方法。
(1) 温湿指数的计算:依据公式 (1) 进行循环栅格运算。得到研究区十二个月温湿指数的栅格图层, 将结果存储在一个包含十二个元素的字符型数组中。
(2) 舒适月的判断:将第一步得到的十二个月的温湿指数数组, 根据表1的标准, 判断每一个栅格值是否是属于舒适期, 是则赋值为1, 否则赋值为0。
(3) 舒适期的累加:将第二步得到的值为1或者0的栅格数据数组, 运用循环结构执行累加, 得到的栅格图层值即是研究区舒适月的数量。
(4) 气候适宜性的评价:将三步得到的栅格图层按照表2的判断标准, 评价得到气候适宜性的类型。
为了得到研究区整体的气候适宜性评价的结果, 将五个类型的栅格图层进行影像拼接, 得到最后的评价结果。
算法流程图如图3所示。
3.3 西北地区气候适宜性评价
本文研究的西北地区特指陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆五省。本区位于亚洲大陆内部, 地形复杂多变, 气候以温带大陆性干旱气候为主, 气温低, 降水少, 昼夜温差大, 日照时间长, 太阳辐射强。气温和降水时空分布不均是造成西北地区气候差异性的主要因素。
本区的气象数据来自于国家气象信息中心, 从国家730个基准台站中选取了西北地区180个台站, 时间范围为1961年至2001年月均值资料。通过空间插值运算模拟、投影变换和重采样, 得到西北地区十二个月的1km×1km温度和湿度栅格数据。将他们输入到气候适宜性评价模型软件中, 软件将执行图3的运算, 最终得出西北地区气候适宜评价结果如图4所示。结果表明气候条件是影响人口分布的重要因素, 全国人口明显集中分布于候适宜程度较高的地区, 具体而言:
(1) 不适宜地区面积193.63×104km2, 约占西北五省的46.5%, 主要集中在青藏高原、横断山区、祁连山和天山山区以及阿尔泰山边境地区。
(2) 临界适宜地区面积52.42×104km2, 约占西北五省的12.6%, 零星分布在青藏高原西南地区, 柴达木盆地周边、横断山区水源地和天山山区。
(3) 一般适宜地区面积116.8×104km2, 约占西北五省的28.07%, 主要集中在北疆盆地, 河西走廊, 陕甘黄土丘陵沟壑区以及青北高原等地。
(4) 比较适宜地区面积49.56×104km2, 约占西北五省的11.91%, 主要分布在南疆盆地和汾北谷底。
(5) 高度适宜地区面积3.64×104km2不到西北五省的0.9%, 主要分布在藏南谷底和关中平原的大荔县周边的少量地区。
4 结语
以栅格为评价单元, 使用ArcGIS Engine来建立气候适宜性评价模型软件在目前尚未发现先例, 由于ArcGIS Engine采用了嵌入式的开发技术, 使得建立的气候适宜性评价模型软件能更好地兼容到后续的管理系统中去, 以解决气候适宜性评价中效率低、费时费力等问题;以栅格为评价单元可以更精确地反映研究区气候条件的内部差异, 有利于气候数据的信息化、科学化。这一系统方法的建立和软件系统的开发, 对类似的人居环境自然适宜性评价工作有重要参考借鉴价值[13～14]为决策者提供必要的辅助依据。当然由于模型算法的优化性以及参数设置的差异性, 在处理时间、效率还有精度上会有些差异, 相信在以后会在这方面不断的改进。
摘要：气候适宜性评价已成为人居环境和旅游资源评价的一项重要内容。本文以栅格为评价单元, 以Visual Studio.NET 2005为开发平台, C#为开发语言, 开发了基于ArcEngine的气候适宜性评价模型软件, 将繁琐复杂的GIS空间分析过程封装起来, 用简洁友好的输入输出界面, 帮助研究者计算出研究区的温湿指数 (Temperature and Humidity Index, THI) 、气候舒适期, 从而得到研究区气候适宜性评价的结果。本文以西北地区为例, 输入温度和湿度的栅格数据, 该软件即能快捷地得到西北地区气候适宜性评价的结果。基于ArcEngine的气候适宜性评价模型软件设计与实现是计算机软件技术、GIS技术、气象学、区域规划等多学科技术融合的典型范例。
关键词：GIS,ArcEngine,组件,温湿指数,舒适期,气候适宜性
参考文献
[1] 刘梅, 于波, 姚克敏.人体舒适度研究现状及其开发应用前景[J].气象科技, 2002, 30 (1) :11～14.
[2] 谢雯, 任黎秀, 姜立鹏.基于MODIS数据的旅游温湿指数时空分布研究[J].地理与地理信息科学, 2006, 22 (5) :31～35.
[3] 徐军昶, 王永丽, 王菁, 等.陕西人居环境气候适宜度评价及人口分布[J].陕西气象, 2009 (1) :9～13.
[4] 高卫东, 姜巍, 胡莎莎.济南市旅游气候的舒适度研究[J].济南大学学报 (自然科学版) , 2009, 23 (1) :94～98.
[5] 唐焰, 封志明, 杨艳昭.基于栅格尺度的中国人居环境气候适宜性评价[J].资源科学, 2008, 30 (5) :648～653.
[6] 朱政.通过ArcGIS Engine构建GIS应用[Z].ESRI中国 (北京) 有限公司, 2004.
[7] 宋关福, 钟耳顺.组件式地理信息系统研究与开发[J].中国图象图形学报, 1998, 3 (4) :313～317.
[8] 谢小蕙, 等.基于ArcGIS Engine的开发原理和方法的探讨[J].城市勘测, 2006:46～48.
[9] 田波, 周云轩, 李俊红, 等.基于.NET和ArcGIS Engine开发上海市滩涂资源管理系统[J].工程与应用, 2007, 43 (14) :184～186.
[10] 兰小机, 刘德儿.ArcObjects GIS应用开发——基于C#.NET[M].江西:江西理工大学出版社, 2006:1～9.
[11] 范业正, 郭来喜.中国海滨旅游地气候适宜性评价[J].自然资源学报, 1998, 13 (4) :17～24.
[12] 刘清春, 王铮, 许世远.中国城市旅游气候舒适性分析[J].资源科学, 2007, 29 (1) :133～141.
[13] 汪宙峰, 何政伟, 黄润秋, 等.利用ArcGISEngine开发滑坡危险性评价系统[J].测绘科学, 2006, 31 (6) :103～104.