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ETO型复杂装备制造企业多级生产计划研究

ETO型复杂装备制造企业多级生产计划研究

作者：董家伟大连理工大学

学位级别：硕士

随着中国经济的高速发展,复杂装备制造业在国民经济增长中的地位日益显著,但同时也面临着激烈的全球化竞争压力。在激烈的市场竞争环境下,大批量制造模式已无法很好地满足客户的个性化需求,以客户需求为驱动的ETO(Engineering to Order... 详细信息

随着中国经济的高速发展,复杂装备制造业在国民经济增长中的地位日益显著,但同时也面临着激烈的全球化竞争压力。在激烈的市场竞争环境下,大批量制造模式已无法很好地满足客户的个性化需求,以客户需求为驱动的ETO(Engineering to Order,面向订单设计)模式呈现出了明显的优势,大型水电设备、航空航天系统等大型复杂装备制造企业均采用ETO生产模式。由于这类企业的生产过程复杂程度高且具有项目型制造特点,其生产计划管理存在较大的难度,MRP等传统生产计划理论不能很好地适应其生产特点。因此,为提高ETO型复杂装备制造企业的生产计划管理水平,本文对其以项目为驱动的多级生产计划管理方法展开研究,具体包含以下三方面内容:(1)建立了适应ETO型复杂装备制造企业生产特点、以产品项目为驱动的多级生产计划体系。在对生产计划管理理论和相关文献进行分析后,本文在传统MRPII计划体系的基础上进行改进,并结合网络计划技术,从产品结构和生产组织结构两个维度出发构建了ETO型复杂装备制造企业多级生产计划体系,使传统的以MRP/MRPII为基础的生产计划管理模式向面向项目的生产计划管理模式转变,实现项目驱动的计划、控制与面向产品物料和制造资源的生产计划相结合。(2)构建了面向多级生产计划体系的产品数据和资源管理模型。针对不同层级计划对于产品和制造资源的内容和粒度需求存在差异,导致不同层级计划之间连贯性差的问题,本文构建了面向多级生产计划体系的产品数据和资源管理模型。基于BOM的思想,分别构建加工装配单元级期量标准与零部件级制造BOM数据,并给出两类产品数据间的映射关系;此外,从特征属性、组织层次和计划层级三个维度出发,构建了面向多级计划的制造资源立方体模型,将不同层级计划所需要的不同制造资源进行整合。(3)提出了基于产品数据和资源管理模型的多级生产计划的具体编制方法和实现技术。将产品项目层计划编制抽象为关键资源约束下的多项目调度问题,建立了以最小化提前拖期成本为目标函数、加工装配单元的工艺时序和关键设备资源为约束的数学模型,运用智能算法对该问题进行求解,并通过实例分析验证了该模型的合理性。然后,将产品项目层计划编制得到的结果输入给分厂零部件计划层,在传统MRPⅡ的基础上进行改进,计算得到了零部件及其关键工序的计划开始与计划结束区间。本文所提出的多级生产计划管理方法适用于ETO型复杂装备制造企业,对已有生产计划理论和相关文献进行了补充,同时可以为企业提高生产计划管理水平提供支持。

关键词：面向订单设计装备制造企业生产计划网络计划

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湿法烟气脱硫pH值的模型预测控制

湿法烟气脱硫pH值的模型预测控制

作者：董家伟北京工业大学

学位级别：硕士

随着中国社会经济的蓬勃发展,对能源方面的需求也日益攀升。近年来,诸如风电、核电、光伏发电等新能源应用规模持续扩大,但火力发电量的市场占比依然超过70%。由于用电需求的不断增加,燃煤火力发电厂随着机组负荷的提升也引起了更多的SO... 详细信息

随着中国社会经济的蓬勃发展,对能源方面的需求也日益攀升。近年来,诸如风电、核电、光伏发电等新能源应用规模持续扩大,但火力发电量的市场占比依然超过70%。由于用电需求的不断增加,燃煤火力发电厂随着机组负荷的提升也引起了更多的SO2排放,对自然环境和人类身体健康带来了不可估量的损害。为了调和不断提升的电力需求同自然生态可持续发展之间的矛盾,国家近年来积极出台了多项污染物限定排放政策,强制要求火力发电厂配备脱硫装置以实现超净排放目标。因此,采取何种手段以实现火力发电厂脱硫装置高效的运作已逐步成为了多个学科的研究热点。本文以火力发电机组中的最常见的石灰石湿法烟气脱硫(WFGD,Wet Flue Gas Desulfurization)工艺流程为研究对象,在深入分析影响其工艺脱硫效率关键因素的基础上,基于模型预测控制算法进行了如下4部分研究工作:(1)分析燃煤电厂湿法烟气系统的结构与组成,根据主要发生的化学反应简要阐述了该工艺的脱硫原理,进而针对单个关键因素对整体脱硫效率的影响进行了简要的分析,为后续的研究工作提供理论基础。(2)以某1000MW燃煤机组为研究对象,首先通过厂级监控系统获取脱硫系统运行的历史数据,并将经过预处理的实验数据导入到MATLAB系统辨识工具箱,得到吸收塔浆液pH值的Hammerstein-Wiener非线性模型,为后续控制仿真研究提供了模型基础。(3)通过分析脱硫吸收塔系统的控制难点和浆液pH值模型的动静态特性,设计了一种基于Hammerstein-Wiener逆模型补偿的预测控制变换策略。利用动态矩阵算法的基本原理,通过加入非线性环节的逆模型,使得整体控制对象呈现出线性或近似线性的特点,从而避免了求解非线性模型所需的大量在线计算。此外,该控制策略同时考虑了实际系统中存在的输入约束,使得控制效果更接近实际工况。(4)为验证该逆模型补偿预测控制策略的有效性,对吸收塔浆液pH值的Hammerstein-Wiener模型进行了跟踪控制仿真研究。实验结果表明,相比于传统PID控制器,本文提出的逆模型补偿预测控制策略更好地适用于浆液pH值变化的非线性过程,其跟踪控制结果中的各项性能均好于最优参数下的PID控制器。最后,通过仿真实验重点研究了4个主要参数对预测控制器跟踪性能的影响,验证了系统稳定性分析的理论研究。

关键词：湿法烟气脱硫模型预测控制 Hammerstein-Wiener模型逆模型补偿

汽车发动机电动冷却水泵的硬件在环测试系统研究

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汽车发动机电动冷却水泵的硬件在环测试系统研究

作者：董家伟武汉理工大学

学位级别：硕士

电动水泵能根据发动机工况调节转速,具备输出特性可控的明显优势,可以显著减少燃油车暖车时间,提高冷却系统效率。因此,电动水泵开始逐步取代传统机械水泵,成为车用冷却水泵的主要型式,也成为保障发动机冷却系统性能的关键环节。各主机... 详细信息

电动水泵能根据发动机工况调节转速,具备输出特性可控的明显优势,可以显著减少燃油车暖车时间,提高冷却系统效率。因此,电动水泵开始逐步取代传统机械水泵,成为车用冷却水泵的主要型式,也成为保障发动机冷却系统性能的关键环节。各主机厂家对于不同型号的电动冷却水泵有着不同的性能要求,需搭建试验台架来模拟发动机运行工况,验证电动冷却水泵性能。但水泵型号的快速迭代,以及各主机厂家不一致的性能需求,提升了测试系统的开发难度。具备硬件在环能力的测试系统能显著提升电动水泵开发效率,降低开发成本。为此,本文开展了“针对电动冷却水泵的硬件在环测试系统”的研究工作,主要包含:(1)设计了一种适用于电动水泵的硬件在环测试系统架构。分析了常见水泵测试的测试流程与标准,对测试系统的测试接口与功能进行了通用化定义;(2)设计了基于主从式通信网络的硬件在环测试系统软件架构,定义了各层次软件的功能;分析了主从式通信网络系统的软件响应机制,通过设计标准化的硬件驱动接口、总线协议与协议解析机制,设计了底层硬件驱动的结构;(3)设计了一种适用于电动水泵硬件在环测试的模块化底层控制器的硬件平台设计方案,通过“处理器板”和“多功能模块接口板”的组合板卡结构设计,完成不同测试需求的硬件系统的构建,提高了硬件在环测试系统的可重构性。文中详细介绍了硬件接口电路的设计、计算与分析过程;(4)设计了硬件在环测试系统的功能模块试验方案,验证了模块功能。基于设计的系统架构搭建了硬件在环电动水泵性能测试系统,进行实物试验研究。通过对试验结果与数据的分析,证实了测试系统的测试精度与可靠性,从而验证了本文设计方案的可行性。本文的创新工作在于,通过建立电动水泵环境软件模型,利用简易台架实现不同发动机应用工况的硬件在环模拟,例如冷却回路结构、散热结构,流体特性性能等,并基于硬件在环测试的方式建立电动水泵性能测试的参数与标准。

关键词：电动水泵硬件在环测试可重构模块化硬件主从式网络架构

多晶硅刻蚀中静电吸盘对产品的影响及其寿命的提高

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多晶硅刻蚀中静电吸盘对产品的影响及其寿命的提高

作者：董家伟上海交通大学

学位级别：硕士

在超大规模集成电路制造过程中,静电吸盘(ESC)以其良好的热传导性及较少的缺陷产生率已经广泛应用于ETCH,CVD等制造工艺中。ESC除了有夹持晶圆,冷却晶圆的作用外,它还直接影响到产品刻蚀的形貌。在多晶硅刻蚀应用中,过高的夹持电压被证... 详细信息

在超大规模集成电路制造过程中,静电吸盘(ESC)以其良好的热传导性及较少的缺陷产生率已经广泛应用于ETCH,CVD等制造工艺中。ESC除了有夹持晶圆,冷却晶圆的作用外,它还直接影响到产品刻蚀的形貌。在多晶硅刻蚀应用中,过高的夹持电压被证明会导致栅极出现notching缺陷,这种缺陷会造成产品良率的损失。通过减小夹持电压可以避免这种缺陷的产生,提高产品的良率。双极型ESC有两个电极,可以在晶圆上感应出两种电荷,在没有直流偏压情况下,这两种电荷绝对值一样,夹持力也是一样的。在有直流偏压情况下,电极的夹持力就会不同,进而导致夹持失败。必须有一个实时的动态电压来补偿直流偏压。确保补偿电压的准确无误是保证产品质量的重要工作。通过对ESCURRENTEAK,Gas9lown等参数的监控,可以及时的判断ESC是否处于可靠的工作状态,判断是否要停机检查,避免产品的报废。 WAC技术已经广泛的应用于多晶硅刻蚀领域,在每处理一片晶圆后,不需要控片,工艺腔自动运行一个清机的工艺菜单,从而达到清机的作用,它可以保证在加工每片晶圆时工艺腔的条件状况是相同的。通过WAC工艺菜单的优化,以及使用方法的改进,可以有效的提高静电吸盘的使用寿命。

关键词：静电吸盘夹持电压偏压补偿漏电流使用寿命

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孤岛运行下垂逆变器二次调频方法

电力自动化设备 2022年第5期42卷 40-46页

作者：董家伟王志新朱国忠包俊上海交通大学电气工程系上海200240 上海正泰电源系统有限公司上海200210 上海禧龙科技股份有限公司上海201517

为消除下垂控制引起的微电网频率静差,提出一种基于积分超前补偿环节的孤岛运行的下垂逆变器二次调频方法。采用基于组件连接法的小信号状态空间分析法对系统参数进行分析和设计,实现了逆变器之间无需通信即可消除频率静差,且提高了逆... 详细信息

为消除下垂控制引起的微电网频率静差,提出一种基于积分超前补偿环节的孤岛运行的下垂逆变器二次调频方法。采用基于组件连接法的小信号状态空间分析法对系统参数进行分析和设计,实现了逆变器之间无需通信即可消除频率静差,且提高了逆变器下垂系数的稳定范围和多并联逆变器系统的稳定性。在MATLAB/Simulink上对多并联逆变器系统进行仿真,验证了所提方法的有效性。

关键词：下垂控制二次调频小信号状态空间分析法稳定性逆变器

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受强弱关系理论启发的改进人工蜂群算法

计算机应用研究 2023年第3期40卷 731-737,749页

作者：刘小龙董家伟华南理工大学工商管理学院广州510641

针对原人工蜂群算法在寻优过程中存在收敛精度不高、容易陷入局部最优的问题,提出一种改进人工蜂群算法(SWT-ABC)。将社会学中强弱关系模型化并引入多子群矩阵式蜂群结构,定义了强关系个体从三个方向随机引导搜索,加快算法收敛速度和提... 详细信息

针对原人工蜂群算法在寻优过程中存在收敛精度不高、容易陷入局部最优的问题,提出一种改进人工蜂群算法(SWT-ABC)。将社会学中强弱关系模型化并引入多子群矩阵式蜂群结构,定义了强关系个体从三个方向随机引导搜索,加快算法收敛速度和提高收敛精度;为增强算法跳出局部最优的能力,定义了弱关系个体交互以实现子群间信息交流来提升种群多样性;增加侦查蜂反向学习机制并确定合适的蜜源上限,能有效提升目标函数评价次数的利用效率。通过基准测试函数的数值实验并与12种改进算法进行对比,改进后的人工蜂群算法收敛精度更高、全局寻优能力更强,并且在高维优化问题求解中仍具备良好的收敛性能。

关键词：人工蜂群算法多子群矩阵式结构改进搜索方程信息交互反向学习

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德国电力平衡单元机制及其启示

电网技术 2024年第10期48卷 4157-4166,I0062页

作者：陈宋宋董家伟王舒杨宫飞翔李彬许长清需求侧多能互补优化与供需互动技术北京市重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192 华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 国网河南省电力公司经济技术研究院河南省郑州市450052

在我国可再生能源迅速发展与新的能源供需形势大背景下,我国电力市场研究逐渐从理论走向政策设计与实施阶段。在众多国外先进电力市场建设经验中,德国电力市场通过独特的平衡单元机制设计,实现了平衡费用向整个社会分摊,有效在不显著扩... 详细信息

在我国可再生能源迅速发展与新的能源供需形势大背景下,我国电力市场研究逐渐从理论走向政策设计与实施阶段。在众多国外先进电力市场建设经验中,德国电力市场通过独特的平衡单元机制设计,实现了平衡费用向整个社会分摊,有效在不显著扩大实时平衡市场和备用机组规模的同时,提升了德国可再生能源的消纳水平。文章详细讨论了德国基于平衡单元的电力市场设计机制,分析了平衡单元机制下德国电力系统运行中的3类关键主体、平衡单元机制下德国电力市场的中的合同关系、德国现货市场和实时平衡市场下平衡责任方的参与和分摊方式以及平衡能源费用的计算与修正。平衡单元机制是德国电力市场的独特机制,有效实现了高比例可再生能源接入的德国电力系统的平衡稳定,对我国电力市场和电力平衡机制体制设计具有重要的参考借鉴作用。

关键词：平衡单元电力市场电力平衡机制德国能源政策可再生能源发电

基于二阶超前滞后环节的电压控制型微电网并网逆变器功率无差同步补偿策略

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高电压技术 2023年第2期49卷 849-859页

作者：董家伟侯院军龚春阳包俊王志新上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 上海大阈信息技术有限公司上海201615 上海电力大学电气工程学院上海200090 上海禧龙科技股份有限公司上海201517

电压控制型策略可以作为微电网逆变器的并网运行控制策略,其与电网的同步过程为功率无差同步。然而,基本的PI调节器的功率无差同步策略响应速度慢,响应过程超调大,且无法通过PI参数的调配改善响应过程动态。为改善电压控制型逆变器功率... 详细信息

电压控制型策略可以作为微电网逆变器的并网运行控制策略,其与电网的同步过程为功率无差同步。然而,基本的PI调节器的功率无差同步策略响应速度慢,响应过程超调大,且无法通过PI参数的调配改善响应过程动态。为改善电压控制型逆变器功率无差同步的动态调节过程,提出了基于二阶实极点补偿器(real-polecompensator,RPC)和复极点补偿器(complex-pole compensator,CPC)的超前滞后环节补偿器,作为电压控制型逆变器的功率无差同步补偿策略。基于电压控制型逆变器功率输出模型,分析了2类补偿器的参数设计原则,详细给出了实极点补偿器和复极点补偿器的参数设计过程。通过仿真,验证了所提出的2类补偿器与常用的高通滤波器补偿器的补偿效果。结果表明,提出的2类补偿器在频域上可以有效地提高系统剪切频率,提高相位裕度至60°以上,而在时域上有效加速功率无差同步过程,并降低同步过程超调,使得功率无差同步过程更加平稳。

关键词：电压控制型逆变器多并联逆变器微电网功率无差同步二阶超前滞后环节稳定性频域分析与设计

事件触发改进一致性算法的孤岛运行多逆变器微电网系统分布式二次调频方法

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 476-488,I0004页

作者：董家伟龚春阳包俊朱国忠王志新上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市闵行区200240 上海电力大学电气工程学院上海市浦东新区200090 上海禧龙科技股份有限公司上海市金山区201517 上海正泰电源系统有限公司上海市松江区201614

一致性算法常用于孤岛运行多逆变器并联微电网系统分布式二次调频控制,对逆变器之间通信的实时性要求很高。对此,该文提出基于频率补偿信号的改进一致性算法,基于频率误差越限建立事件触发机制,维持逆变器之间已有的下垂关系不变,实现... 详细信息

一致性算法常用于孤岛运行多逆变器并联微电网系统分布式二次调频控制,对逆变器之间通信的实时性要求很高。对此,该文提出基于频率补偿信号的改进一致性算法,基于频率误差越限建立事件触发机制,维持逆变器之间已有的下垂关系不变,实现孤岛运行多逆变器微电网系统二次调频。同时,基于该事件触发机制和李雅普诺夫函数,获得最短触发时间下界,完全避免了在短时间内无限次事件触发现象的发生。最后,采用MATLAB/Simulink针对包含4台逆变器并联运行的孤岛微电网系统算例进行仿真,结果表明,提出的方法相比文献采用的基本一致性算法通信量减少99%以上,最短触发时间间隔延长至数十ms量级;同时,由于该文方法不使用功率微分信号,微电网系统的动态性能更好。

关键词：孤岛微电网系统分布式二次调频改进一致性算法事件触发李雅普诺夫函数

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