问题导向的“建模与仿真实践”教学方法初探——以上海海洋大学工业工程专业为例

"建模与仿真实践"是工业工程专业本科培养体系中重要的实践教育环节之一。通过对授课对象进行问卷调查和分析,客观反映了该实践环节的教学现状;以此为主要依据,结合实际教学经验分析了存在的三个主要问题;并在此基础上提出了问题导向的"建模与仿真实践"教学方法。     

明轮驱动虾塘自主导航投饵船设计与可靠性试验

基于明轮驱动的虾塘投饵船能够适应养殖池塘复杂的环境、满足全塘抛撒的要求,可靠性是其进行推广的关键。采用滚塑工艺设计了全封闭投饵船体,利用免油脂润滑不锈钢链轮和明轮作为驱动机构,以避免对水体的污染,螺旋输送饵料装置可满足船载投饵过程中重心位置稳定的要求,通过GPS+电子罗盘的方式实现了自主导航定位和姿态控制需求。根据虾塘投饵和控制性能要求,进行投饵船直线运动和转弯运动模型的构建,采用PID航向、航速运动控制算法进行巡航路径控制,池塘测试平均速度为0.72m/s,直行和转弯最大偏航量分别为0.8m和0.5m。40d的养殖塘现场试验结果表明,自主导航投饵船在复杂路径下运行平稳,可满足虾塘饵料投喂要求,同时对强风、大雨等恶劣环境进行了可靠性测试,发现并解决了相关问题。     

池塘偏心式水动力装备控制系统设计与实现

水体流动是池塘水质调控的基础性条件,高效率的水动力形成与控制具有重要价值。偏心式水动力装备从增氧和水动力形成两个方面达到了较好的平衡,基于池塘精细化生态因子调控的需求,本文研发了包含传感器、数据处理、存储、输出及无线通讯模块的控制硬件系统,开发了基于溶氧和水动力双参数的控制算法,并具备弱电自主检测和强电断路校核功能以增强系统的可靠性。控制系统通过实时监测溶氧值,结合水动力设备不同功率的作用范围,实现了具有一定自适应能力的功率输出控制,从溶氧、水动力范围及能耗的角度实现综合性效果。现场试验表明,根据池塘生态因子变化规律,在满足池塘增氧需求的前提下,基于所开发控制系统的偏心式水动力装备与同功率的其它增氧设备相比,水动力流速衰减更慢,设备周边同范围内水动力提升效果明显,综合能耗下降约24%。该控制系统的设计和实现为偏心式水动力装备的推广应用打下了良好基础。     

基于SLP的食品物流设施平面布局方法研究

在深入研究食品生产与物流特点的基础上,总结了食品物流设施平面布局中涉及的主要因素,结合SLP方法体系提出了食品物流设施平面布局设计的一般方法,并就某肉食品厂的布局问题进行案例研究,取得了较好的效果。     

黏性饵料输送投喂装备的开发与试验

网箱养殖、幼鱼适口性驯化等需要采用黏性饵料,该类饵料人工投喂劳动量大,亟待研发相关装备满足实际生产需求。根据黏性饵料输送距离和投喂量等指标,设计了以柴油机为动力源的总体方案,选择容积式G型单螺杆泵作为投喂系统的核心,对输送泵、动力源、传动系统、输送管等关键部件进行选型及匹配设计,并校核泵的流量、动力满足度、推力等控制性参数;基于选型情况,设计置料器、连接件等附属零件,进行整体结构成型和加工调试。该系统的现场试验结果表明,装备性能可满足黏性饵料输送,输送距离达到100 m,覆盖区域50 m×50 m,最大输送速率达到12 840 kg/h,满足实际需求。该系统装备造价0.75万元,可以根据需要进行输送管道的灵活布置,无需外部电源供应,适合网箱养殖等野外环境下的群组配置。     

船载投饵装置平衡抖料系统设计与试验

针对船载虾塘投饵装置直接搭载传统投饵机导致破碎率高、下料过程中船体重心偏移大影响螺旋桨吃水深度等问题，设计了一种船载专用投饵装置平衡抖料系统。该系统利用电机带动偏心轮转动产生周期变化的高低差，通过多个支撑架复合式作用使饵料箱体整体平衡抖动，保障均匀下料的同时降低饵料破碎率；采用系统固定支点位置可调的整体抖动下料方式，实现较长距离无损饵料输送，解决了投喂过程船体因重心位置变化大导致尾部驱动部分吃水线变化幅度过大的问题，使得螺旋桨驱动效能更加稳定。通过抖料系统机构数学模型，获得了振动系统最优偏心量；采用力矩平衡方程进行了抖料装置支架最佳点位置分析；开展了电机能耗测试以及转动支架与料箱坡角设计。计算分析得：当偏心量为1.2mm，支点位置（-40，0）时，以额定转速2600r/min直流电机作振动源电机，实际工作功率低于80W，下料速率接近均值1.63kg/min。现场试验表明：与料箱置于尾部相比，船体驱动部分满载和空载吃水变化由10.2cm减小为7.3cm；该投饵装置正常工作速度平均1.03m/s，下料均匀，破碎率低。该系统适应于现场环境，生产和维护成本低，结构简单可靠，便于推广应用，具有较高的实用价值。     

基于塘内循环自净的河蟹生态养殖系统设计与试验

为了提高河蟹养殖品质和养殖池塘水质净化能力,该研究提出了一种通过养殖池塘内部结构改造实现池塘水体内部循环自净的技术,并设计了一套针对河蟹的生态养殖系统。应用软围隔将养殖塘划分为两个相对独立的功能区(养殖区和自净区),设计了浮式气提推水装置和射流装置作为塘内水循环动力系统,在推水装置的作用下,养殖区的水体流入自净区,经过滤、吸附、杀菌及降温等环节重新回到养殖区,形成"九分养蟹一分养水"的河蟹循环自净生态养殖模式。在崇明宝岛蟹业面积约为9 600 m~2的河蟹养殖池塘进行实施和试验,试验表明:合理配置气提推水装置可实现河蟹养殖池塘水体日循环2次以上;试验塘循环自净状态相较静水状态,水温均衡度提高10.17%,下层溶解氧水平提高18.57%,氨氮平均质量浓度下降19.2%;同时,养殖效果抽样对比显示试验塘200 g以上公蟹和150 g以上母蟹较对照塘分别增加了45%和35%。该研究设计的塘内循环自净的河蟹生态养殖系统能较好地净化养殖水体,有利于河蟹的生长,可为河蟹池塘生态高效养殖模式的构建和推广提供参考。     

基于RFID的水产食品可追溯体系研究

随着生活水平的提高,水产食品在人们的饮食结构中所占的地位越来越重要.因此,建立水产食品的可追溯体系以保证水产食品的质量和安全日趋紧迫.针对水产食品生产和流通的特点,在分析水产食品可追溯体系所要涉及的环节及相应信息的基础上,提出了RFID(Radio Frequency Identification,RFID)系统为基础的水产食品可追溯系统的框架体系.     

基于EVA的鱼类音响驯化装置设计与实验

针对海洋牧场增殖放流过程中的驯化需求,为提高有效性、可靠性和操作方便性,设计了基于EVA材料的鱼类音响驯化装置,并进行了装置的应用实验。以EVA实心材料为浮体,设计了集远程控制、音响驯化和鱼类行为监控于一体的鱼类驯化装置整体结构;根据驯化饵料的特点确定了料箱底部的自然下料角度,采用螺旋控料装置实现饵料按需均匀投料,每分钟下料量113g;系统总体平均日耗电量27.47Wh,设计了满足连续阴雨13d正常工作的太阳能供能系统。经计算装置稳心高度0.37m满足规范要求,横摇固有周期2.3s避开了波浪主能量频率,表明装置有较好的随浪运动特性;以条石鲷为对象进行音响驯化实验,实验表明：经25次驯化,以驯化点直径1m范围鱼群聚集率40%为标准,对照池聚集持续时间为28s,简易驯化实验池聚集持续时间为115s,集成式驯化实验池聚集持续时间为473s;从鱼群聚集率变化角度,简易驯化实验池驯化12次后趋于平稳约为49%,最终为58%,集成式驯化实验池驯化8次后趋于平稳约为95%,最终达到了99%。所研发装置在网箱和开放海域进行了应用,良好的效果显示了其有效性和可靠性,为增殖放流效果提升提供了装备支撑。     

池塘摇摆式水动力装置的研发与试验

为解决池塘增氧装置水动力形成能力不足的问题,提出了一种新的设计方案。新设计基于双向输出传动机构原理,利用破水叶轮及空气中低阻偏心块的复合作用,在保障增氧能力的同时提升水动力影响范围,并对该摇摆式水动力装置在池塘的影响范围和增氧能力进行了测试。结果表明:该装置可以将水动力影响范围提升至4670 m2以上,高于3 k W和1.5 k W的叶轮式增氧机;同时在1.5 k W能耗下增氧能力为2.67 kg/h,并能达到3 k W叶轮式增氧机的66.7%,符合国家标准中对于1.5 k W增氧机的增氧能力要求。研究表明,新装置的水动力形成能力有明显提升,能够更好地解决池塘水产养殖增氧过程中水体循环能力不足的问题。