缓冲能力

缓冲能力（精选七篇）

缓冲能力篇1

为了使鸡精液在液态保存过程中液体的p H值处于较为适宜的范围,精液稀释液中一般都含有缓冲物质以抵消精子代谢产生的酸性物质对精液p H值的影响。对此一些学者也开展了相关研究; 但是如何测量精液稀释液的缓冲能力至今仍没有较好且实用的方法,不同缓冲能力的稀释液与液态保存精液的精子活力和畸形率之间的关系仍不明确。试验旨在建立鸡精液稀释液缓冲能力测定的可行方法,然后通过设计不同缓冲能力的稀释液来研究其对4 ℃ 条件下保存的鸡精子活力和畸形率的影响,从而为鸡精液稀释液配方的设计及应用提供理论依据及方法支持。

1材料

1.1试验动物

试验所用鸡精液,采自新疆绿梦种鸡场10月龄体质健康、精液品质优良的海兰褐种公鸡。采用背腹联合按摩法采集精液,无污染,镜检精子活力在0. 8以上的可用于后续的精液保存试验。

1.2主要试剂

葡萄糖、氯化钾、氯化钠、柠檬酸钠、谷氨酸钠、纯化水,由新疆农业职业技术学院胚胎中心自制; 0. 1 mol / L的Na OH和HCl、甲基橙和酚酞指示剂,均为天津市科密欧化学试剂开发中心产品,纯度为分析纯。

1.3主要仪器

电子天平( 型号为AB204 - L) ,METTLER TOLEDO公司生产; 精子质量评定系统 ( 型号为WLJY 9000) ,北京伟力新世纪科技发展有限公司生产; 电热恒温水浴锅( 型号为ZK - I) ,扬州市盛凯化工设备有限公司生产; 生物显微镜( 型号为BA310MET) ,德国Motic公司生产; 酸度计( 型号为PHS - 2F) ,上海科晓科学仪器有限公司生产; 酸式滴定管、碱式滴定管、渗透压仪( 型号为OSMOMAT 030) ,普利赛斯国际贸易( 上海) 有限公司生产。

2方法

2.1精液稀释液缓冲能力的测定

精液稀释液的缓冲能力可以用缓冲容量表示,缓冲容量: 使缓冲溶液改变1个p H值单位所需的酸或者碱的量 ( mol/L) 。但是要精确地改变缓冲溶液1个p H值单位在操作上是困难的,而且需要测定p H值的设备,在生产中应用也较为不便。因此,可以用化学上常用的酸碱滴定法来测量精液稀释液的缓冲容量。以缓冲指数( BI) 表示稀释液的缓冲容量,即每升稀释液滴定到终点时所消耗0. 1 mol/L Na OH或HCl的体积。计算公式:。式中: N1为经标定后Na OH或HCl的摩尔浓度,V1为25 m L稀释液滴定到终点时的读数( m L) ,N2为0. 1,即标准的酸或碱摩尔浓度。

测量方法为: 先用p H值试纸测量稀释液的p H值,准确吸取待测稀释液25 m L,近中性或偏酸性的稀释液用0. 1 mol/L的Na OH滴定,滴入3滴酚酞指示剂,滴定至溶液由无色变为桃红色时终止,记录消耗的Na OH体积( V1) ; 偏碱性的稀释液用0. 1 mol/L的HCl滴定,滴入3滴甲基橙指示剂,滴定至溶液由黄色变为橙色时终止,记录消耗的HCl的体积( V1) ; 每个稀释液重复滴定3次,求其平均值后代入公式计算该稀释液的BI。

2.2稀释液配方设计

根据张兆旺等[1]的研究结果,用葡萄糖、氯化钾、氯化钠和柠檬酸钠设计10个稀释液配方。通过调整柠檬酸钠的添加量改变稀释液的BI,使其从119. 6逐渐增加至1 147. 6。柠檬酸钠添加量变化造成的稀释液渗透压的变化通过调整葡萄糖的添加量进行抵消,从而使各配方之间的渗透压和p H值接近。稀释液的配方,见表1。

注: 每 100 m L 稀释液加入青霉素和链霉素各 10 万 IU。

2.3精液的稀释、保持及精子活力、畸形率的测定

采集的鸡精液经镜检合格后,按照1∶4的体积比稀释,分装于洁净的青霉素小瓶中,外包5层纱布后置于4 ℃ 冰箱中保存,每隔6 h轻轻摇动1次,以防止精子沉淀。分别在保存的0小时、24小时、60小时时观察精子活力( 精子活力采用十级评分法) ,抹片, 吉姆萨染色后镜检畸形精子。每个样品抹2张片子, 每张片子计数500个精子,计算畸形率。

2.4数据的统计分析

上述精液保存试验均重复3次,所得数据经Excel进行初步处理后进行q检验,对不同稀释液保存的精子畸形率进行多重比较。

3结果与分析

在4 ℃ 条件下,10种精液稀释液对鸡精子活力和畸形率的影响,见表2。

由表2可知: 在4 ℃ 条件下,随着保存时间的延长各稀释液精子活力均下降; 但各稀释液之间差异不显著( P > 0. 05) ,说明稀释液的BI对精子活力没有影响。这一结果的可能原因是: 在4 ℃ 条件下,低温对精子活动有抑制作用,从而使精子活动减弱,代谢速度降低,由此产生的酸性物质显著下降,对液体环境的p H值几乎不产生影响,即使稀释液的BI很低 ( 如1号稀释液) 也不会对精子活力产生影响,而上述10种稀释液的渗透压和p H值接近,因此液体间精子活力没有差异。说明在4 ℃条件下,稀释液的渗透压、p H值与精子活力密切相关,但是BI的影响相对很小。

稀释液的BI对鸡精子畸形率的影响,见表3。

注: 数据肩标* 表示差异显著( P < 0. 05) ,**表示差异极显著 ( P < 0. 01) ,无肩标表示差异不显著( P > 0. 05) 。

由表3可知: 3号稀释液精子畸形率最低,极显著低于其他稀释液( P < 0. 01) ; 8号稀释液的精子畸形率极显著低于1号和10号稀释液( P < 0. 01) ,显著低于2号稀释液( P < 0. 05) ; 4号稀释液的精子畸形率显著低于10号稀释液( P < 0. 05) ,其他各稀释液间精子畸形率差异不显著( P > 0. 05) 。

4讨论

精液稀释液的p H值对液态保存的精子非常重要,一般略偏碱性的液体环境有利于激发精子活力, 加速其运动和代谢反应,由此产生的大量酸性物质 ( CO2和乳酸等) 很快使精子进入休眠状态,从而有利于延长精液的保存时间,虽然精子的剧烈运动会消耗较多的能量,但是时间较短,对精子的影响相对较小[4]。

有研究表明: 母鸡生殖道的p H值偏碱性,处于休眠状态的精子被输入母鸡的生殖道后,在碱性环境的刺激下很快复苏,从而有利于完成受精; 相反如果精液稀释液的p H值过于偏酸性,精子进入母鸡生殖道后与其中的碱性物质中和,不利于休眠精子的激活。另外,过于偏酸性的液体环境有可能使精子的结构或某些酶的活性受到破坏,造成不可逆转的损伤, 使其丧失受精能力,从而影响种蛋的受精率[5,6]。因此,目前许多液态保存效果较好的精液稀释液p H值均偏碱性,例如北京家禽稀释液的p H值为7. 2。相关研究结果也表明,略偏碱性的液体环境有利于低温条件下精子的液态保存[7,8,9]。

为了抵消精子代谢产生的大量酸性物质使精液的p H值下降缓慢,精液稀释液中一般均添加了缓冲物质,如磷酸盐、柠檬酸盐等[10,11],尤其是保存温度 ( 如37 ℃) 较高时,稀释液的缓冲能力对精子活力有很大影响[3]。本试验结果表明,稀释液的BI对精子活力无影响,与上述分析及试验结果相矛盾,主要原因可能是在4 ℃条件下,精子处于低温环境本身即为半休眠状态,活动很弱,代谢产生的酸性物质很少,因此稀释液缓冲容量的影响较小。

稀释液的缓冲容量对精子畸形率有很大影响,缓冲容量过高或过低均使精子畸形率升高。试验推测, 稀释液的缓冲容量过低可能使精子的结构受到损伤, 而随着缓冲容量的升高,稀释液中的离子浓度也不断增加,从而破坏了精子膜的正常电荷,使精子的结构或功能受到损伤。

在鸡精液低温保存过程中,应该重点考虑精液稀释液的渗透压和p H值,虽然稀释液的缓冲容量对精子活力没有直接影响; 但是会显著影响精子的畸形率,从而影响精子的保存效果及种蛋的受精率。精子是单个细胞,对周围环境的适应能力十分有限,在实际生产中要保证精子的保存效果必须从稀释液的配方设计、精液的稀释及保存等方面入手才能获得较好的效果。

摘要：为了建立可应用于生产实践的精液稀释液缓冲容量测量方法,研究不同缓冲容量的稀释液对4℃保存的鸡精液精子活力和畸形率的影响,设计渗透压和pH值接近、缓冲指数(BI)为119.6~1 147.6的10个稀释液配方进行精液保存试验。结果表明:在4℃条件下保存鸡精液时,稀释液的缓冲容量对精子活力无显著影响(P>0.05)。鸡精子畸形率与稀释液的BI密切相关,3号稀释液精子畸形率极显著低于其他9个稀释液(P<0.01);8号稀释液的精子畸形率极显著低于1号和10号稀释液(P<0.01),显著低于2号稀释液(P<0.05);4号稀释液的精子畸形率显著低于10号稀释液(P<0.05),其他各稀释液间精子畸形率差异不显著(P>0.05)。BI过高或过低均不利于鸡精液的低温保存。

关键词：鸡,精液,稀释液,缓冲指数(BI),精子活力,畸形率

参考文献

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[3]杨小霞,张娟.37℃下不同稀释液对鸡精子活率的影响[J].湖北畜牧兽医,2013,34(7):12-14.

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[9]权凯,陈理盾,李洁梅,等.鸡精液保存液配方筛选试验[J].黑龙江畜牧兽医,2009(10上):27-28.

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IGBT缓冲电路研究篇2

全控型器件IGBT在电力电子装置中得到了广泛的应用, 随着IGBT功率和电压等级的不断提高, 对IGBT的保护就显得尤为重要。主回路中分布电感的存在, 导致在IGBT关断时出现尖峰电压。过高的尖峰电压会损坏IGBT, 也可能导致IGBT误导通, 带来更严重的后果。在IGBT的实际应用电路中, 均需要设置缓冲电路以吸收尖峰电压。

缓冲电路有有损缓冲和无损缓冲2种形式。无损缓冲电路在吸收尖峰电压的同时可以减少IGBT的开关损耗, 但是在主回路中增加了缓冲电感, 无法应用于大功率场合。有损缓冲虽然有一定的能量损耗, 但是结构简单、效果明显, 因此应用较为广泛。

1 常用缓冲电路

分布电感是主电路的固有特性, 在IGBT关断时会导致尖峰电压的出现。虽然可以通过适当方法减小分布电感, 但是无法完全消除, 所以必须通过外加缓冲电路来吸收尖峰电压。逆变器采用的拓扑结构通常有两电平和三电平2种形式。

1.1 两电平拓扑结构的缓冲电路

图1为两电平逆变器缓冲电路的常见形式, 根据主电路额定电流的大小选取不同的形式。形式 (a) 结构简单, 应用于主电路电流为10~100 A的小功率场合;形式 (b) (c) 应用于主电路电流为150~300 A的中小功率场合;形式 (d) (e) 应用于主电路电流大于400 A的中等功率和大功率场合。

1.2 二极管箝位型三电平拓扑结构的缓冲电路

对于三电平拓扑结构的缓冲电路, 主要有3种较为实用的形式, 如图2所示。形式 (a) 多应用于小功率场合;形式 (b) 多应用于中小功率场合, 但是缓冲电路中的电阻会消耗一部分能量, 采用形式 (c) 的缓冲电路可以解决这个问题;在大功率场合, 可以考虑应用形式 (c) 。

2 缓冲电路分析与设计

从图1和图2可以看出, RCD缓冲电路可以满足两电平和三电平的需要。以图1 (d) 所示的RCD缓冲吸收电路为例, 对缓冲电路吸收过电压的过程进行分析, 并给出参数的计算方法以及缓冲电路在器件选型方面的注意事项。

2.1 缓冲电路工作原理分析

VT1关断时, 两端电压升高, VDs1导通, 通过回路 (1) 向电容Cs1充电, Cs1的存在限制了VT1两端电压上升的速度, 消减了尖峰电压。同时, 由于Cs1限制电压上升的速度, 减小了上升电压和下降电流的重叠, 从而降低了IGBT的关断损耗。

VT1开通时, 两端电压下降, Cs1通过回路 (2) 向VT1放电, 有助于达到擎住电流值, 使VT1快速开通。由于电流上升的速率增加, 开通时间缩短, 同样可以减小电压和电流的重叠, 减小开通损耗。

2.2 缓冲电路的参数设计

2.2.1 电容Cs1参数设计

由于VT1的放电回路中存在电阻, 该电阻在放电过程中所消耗的能量即为电容Cs1充电 (通常是输入电压的2倍) 的能量。电容在放电前所储存的能量为所以在一个周期内Rs1的平均损耗为:

式中, T为IGBT管的开关周期。

式 (1) 表明, Rs1能量损耗与Cs1的大小成比例, 电容越大, 能量损耗越大。从能量损耗的角度考虑, Cs1值的选取应尽量小, 但是小的Cs1值会影响缓冲电路的效果, 因此需要综合考虑这2个方面的因素来确定Cs1值。下面给出一种较好的选择电容的方法。

当VT1开始关断时, 一部分集电极峰值电流向Cs1充电, Cs1两端电压升高, 假设流过Cs1的电流为峰值电流的一半, Cs1两端电压的上升时间为tf, 则有:

式中, Ip为集电极峰值电流;tf为IGBT集电极电流从初始值下降到0的时间。

缓冲电路中吸收电容的最小耐压值应为主回路中IGBT的额定电压值, 耐压值选取过小会给主回路的安全带来隐患。这里需要指出的是, 缓冲电路中的电容需要选择无感电容, 常用的无感电容品牌有美国的CDE、意大利的ICEL、印度的ALCON、加拿大的EACO、德国的WIMA等。

2.2.2 电阻Rs1参数设计

缓冲电路要求在每次IGBT关断之前, Cs1必须将电荷完全释放。因此, Rs1的选取必须保证在IGBT开通后, 将Cs1电荷释放到所充电荷的5%以下, 即:

式中, ton (min) 为最小导通时间, 可从器件手册上获得。

功率为:

同样, 缓冲电路的电阻也需要选择无感电阻, 常用的无感电阻的品牌有韩国的3RLab等, 国内众多生产电阻的厂商也有无感电阻。

2.2.3 二极管VDs1设计

缓冲回路所使用的二极管必须选用快恢复二极管, 如仙童公司的MUR系列。二极管最小耐压值选取为主回路中IGBT的额定电压值。

3 设计实例

为验证参数设计的正确性, 结合具体设计实例, 在PSpice软件中搭建仿真模型, 并进行仿真分析。

IGBT型号为BSM50GB120DLC;主电路参数为:Vdc=200 V, L=0.5 m H, Ls=75μH, fsw=5 k Hz。

依据式 (1) 、 (2) 、 (3) 可得, RCD参数为Rs=10Ω, PRs1=10 W;无感电容选择ALCON, 耐压值为2 000 V, Cs=0.44μF, 实际应用中选择2个0.22μF的电容并联使用;快恢复二极管型号为MUR860, 耐压值为600 V, 在实际应用中选择2个二极管串联使用。仿真结果如图3所示。

图4为硬件测试电路所得到的波形, 由于主电路电阻器功率的限制, 直流电压Vdc=10 V。从图4可以看出, RCD缓冲电路吸收了IGBT的关断尖峰电压。

4 结语

电力电子装置主回路中杂散电感的存在导致功率器件在关断时出现尖峰电压, 过高的尖峰电压会使功率器件因过电压而损坏, 影响系统的安全运行。而杂散电感是主回路的固有特性, 因此必须通过附加的缓冲电路来吸收尖峰电压。文中列举了当前比较实用的缓冲电路形式, 并指出RCD缓冲电路具有通用性。PSpice仿真和硬件仿真表明, RCD缓冲电路可以有效吸收功率器件的关断尖峰电压, 验证了理论设计的正确性和有效性。

参考文献

[1]吴忠智, 吴加林.GTR和IGBT吸收电路参数的选择[J].电力电子技术, 1994, 11 (4)

[2]周跃庆, 尹中明.一种新型IGBT缓冲电路的设计[J].电焊机, 2004, 34 (10)

生产系统瓶颈缓冲建模研究篇3

关键词：瓶颈缓冲,建模,多机工序,生产系统

瓶颈缓冲一般用时间缓冲[1]的形式表示, 即为保证瓶颈正常运行而提前一定时间单位向其投入在制品。瓶颈缓冲的设置对生产系统运行有重要影响, 缓冲过大, 物料在瓶颈工序前等待时间过长, 导致在制品库存增加;缓冲过小, 不能很好地保护瓶颈工序, 影响生产物流的平衡。

关于瓶颈缓冲问题, 国内外有不少学者进行研究, 如徐学军等[2]和王凤洲等[3]取瓶颈工序前各道工序加工时间之和的固定比例作为瓶颈缓冲量。Eli Schragenheim[4], RONENB[5], SCHRAGENHEI-ME[6], WUSY[7]都是取瓶颈机器生产前置时间一定比例作为瓶颈缓冲量。Vguide D R[8]提出Guide缓冲量计算模型, 以一个固定的缓冲尺寸系数乘以生产设备的最小加工时间作为缓冲量。Zequeira等[9]研究了最优缓冲库存量与期望设备维修率之间的关系, 为制定设备维修计划提供重要依据。李爱华等[10]建立了单产品下考虑平均维修时间、平均故障间隔时间的瓶颈缓冲模型。陈俊等[11]在李爱华研究的基础上针对再制造系统加工时间和加工路线的不确定性加入一个系数对模型进行修正。王国磊等[12]提出了一种基于可用度理论的缓冲时间估算方法, 将瓶颈前的每道工序看成独立的单部件可修系统, 由马尔可夫过程方法根据故障率和维修率得到该工序的持续时间, 从而估算必需的缓冲时间。陈伟达等[13]在考虑机器平均维修时间、平均故障间隔时间等生产波动影响因素的基础上, 结合再制造系统中废旧品损毁情况不确定所导致的零部件可再利用率不确定、某些零部件加工时产生回流生产的特性, 研究了再制造系统的瓶颈缓冲设置。叶涛锋等[14]在文献[10]研究的基础上, 基于对不同产品生产时间的切换研究了瓶颈缓冲。刘远等[15]针对灰信息 (如机器的故障率和修复率表现为灰数形式, 无法精确数值描述) 下关键设备生产缓冲问题, 构建关键设备生产缓冲的灰色Petri网模型, 结合遗传算法进行仿真运算, 探寻其最优解。

以上方法基本可归纳为两种情况, 一是基于经验估计瓶颈缓冲, 二是考虑机器平均维修时间、平均故障间隔时间等因素对缓冲建模。两种方法中, 前者不够精确, 依据的理由不够充分;后者考虑的因素因果关系明确, 结果相对准确, 但大多数论文都假定各个工序只有单个机器, 不完全符合生产实际。本文基于在制品库存成本、平均故障间隔时间, 平均维修时间建立了瓶颈缓冲的基本模型;并针对实际生产系统中单机工序、多机工序并存的情况, 面向可靠度最小的工序, 研究工序在制品对瓶颈缓冲的修正模型, 以及其他生产波动因素对缓冲的影响, 以期达到更加精确的瓶颈缓冲量。

1 瓶颈缓冲基本模型的建立

在设置生产系统的瓶颈缓冲时, 在制品库存成本、平均故障维修时间和平均故障间隔时间是直接关联的因素。缓冲量大, 虽然有利于生产系统稳定, 但也提高了生产成本, 需要在缓冲与生产成本之间找到平衡点。而如果工序故障的平均维修时间较短, 缓冲就可设置得小一些, 因为其所产生的系统波动较小。如果生产系统在平均故障间隔时间内不能恢复所设置的缓冲量, 则说明缓冲设置过小, 不足以弥补工序故障所带来的波动, 而对生产系统运行产生影响。因此瓶颈缓冲模型的建立将综合考虑这三方面因素。

1.1 以成本最小为目标建立瓶颈缓冲模型

为保证瓶颈正常运行, 避免因前面工序设备故障等因素引发瓶颈闲置, 往往将工序间的在制品量在正常生产所需的基本量的基础上再增加一定的量, 即在制品增量, 该增量所消耗的生产时间就是缓冲。假设I表示在制品增量, p瓶表示瓶颈的生产能力, 则瓶颈缓冲可表示为

实际生产中, 在制品增量I越少, 则缓冲导致的成本就越小, 但I如果太少又可能使瓶颈闲置等待而造成损失, 这里就涉及故障设备的维修度M系 (t) , 因此需要首先对维修度计算进行研究。

1.1.1 系统维修度M系 (t) 的计算

瓶颈前的生产系统模型, 如图1所示, 假设瓶颈前共有i3道工序, 其中k1=1、2, …i1为单机工序, μk1为设备k1的维修率, k2=i1+1, i1+2, …, i2, i2+1, …, i3为多机工序, nk2为k2工序中的设备数量, hk2=1, 2, …, nk2为某道多机工序中的某台设备, μhk2为设备hk2的维修率。

假设每台设备的维修度服从负指数分布, 即M (t) =1-e-μt,

某道多机工序的维修度

瓶颈前生产系统的维修度为:

1.1.2 成本最小的瓶颈缓冲的计算

设w为瓶颈工序闲置时的单位时间损失, W (I) 为瓶颈闲置的损失期望。Cv表示在制品单位时间内的单位库存成本。tr为平均故障间隔时间, L为计划期时间。在计划期L内, 由于瓶颈前的工序设备发生故障而导致的平均产出损失期望为

单位时间在制品库存占用成本与平均产出损失和[6]为

由此可得成本损失最小的瓶颈缓冲最优解BS1。

1.2 考虑平均维修时间下的缓冲设置

设tr为系统的平均维修时间, 当系统出现故障时, 缓冲量的设置至少要大于tr, 否则在系统的维修过程中, 瓶颈工序就会因饥饿而停机, 使系统运行不稳定。因此考虑平均维修时间时的瓶颈缓冲BS2可表示为

1.3 考虑平均故障间隔时间下的缓冲设置

设考虑平均故障间隔时间tF时的缓冲为BS3, pmin为瓶颈工序前生产能力最小的工序的生产能力, 则在平均故障间隔时间内, 瓶颈前各工序可输出的最大物流量为

由此可得

如果max (BS1, BS2) <BS3, 表明考虑前两因素所设置的缓冲在平均故障间隔时间内能得到补充而不影响在下次故障时的正常运作。

当max (BS1, BS2) >BS3, 表明考虑前两因素所设置的缓冲无法在平均故障间隔时间内得到完全补充而可能对下次发生故障时的系统运作产生影响。为避免这种情况发生, 瓶颈缓冲需增加每次故障无法补充的那部分量。令z=max (BS1, BS2) -BS3, 即平均故障间隔时间内缓冲量的不足部分, 此时,

其中:相当于在计划期L内的故障次数。

综上, 瓶颈缓冲的基本模型为

2 基于工序在制品的瓶颈缓冲基本模型的修正

以上研究仅是考虑在制品增量成本、平均故障间隔时间和平均维修时间的情况来设置瓶颈缓冲, 并没考虑到瓶颈工序前的某道工序出现故障时, 其之后工序加工的在制品也有部分可充当缓冲的情况。因为一个工序加工的在制品以转运批量的形式传递到下一道工序, 某一工序若发生故障, 其后的工序还可继续工作, 所完成的在制品还可继续向瓶颈输送。

在生产系统中, 一般是单机工序和多机工序并存, 即系统各工序是以串联并联混合的形式存在, 如图1所示, 而不同工序的故障对系统物流有不同的影响。对于瓶颈前有i3道工序的生产系统而言, 若其中某单机工序出现故障, 则使系统物流断流, 而故障工序到瓶颈工序之间的各工序仍可继续生产, 其在制品有部分可充当缓冲;如果是其中某一多机工序出现故障, 一般生产系统不会断流, 但会减少物流, 此时故障工序后原先生产的在制品仍将继续向瓶颈输送, 而故障后物流减少了的在制品也将送往瓶颈, 这些在制品有部分也可充当缓冲。因此需对前面的缓冲基本模型进行修正, 以准确设置瓶颈缓冲。

下面以生产系统中可靠度最小的工序出现故障的情况研究瓶颈缓冲基本模型的修正, 因为该工序出现故障的概率最大, 是最可能发生的情况, 由于这种情况可能出现在单机工序, 也可能是多机工序, 因而缓冲基本模型的修正分单机工序和多机工序两方面研究。

2.1 单机工序可靠度最小的情况

如图2所示, 假设每道工序间的转运批量为q, 整个生产系统可靠度最小的工序为单机工序k, 若其出现故障, 则之后共有 (i3-k) q的在制品能够到达瓶颈, 为了避免k工序重新正常运行后瓶颈出现断流, 这些在制品不能全部用作缓冲, 必需保留一定的量。

如何确定该保留量以保证生产系统不出现断流?根据TOC原理, 系统正常运行时以瓶颈的生产节拍控制瓶颈之前各工序的生产节拍。当故障工序k重新正常运行时, k到瓶颈前工序i3之间的生产链须以最快的速度生产以减少故障带来的损失, 由于其各工序的生产能力都大于瓶颈, 因此以其中生产能力最小的工序为生产节拍所需要的在制品加工时间即是系统需要的保留时间, 而这部分时间转化为在制品便是所需在制品的保留量。

设当单机工序k出现故障时, 其后的生产系统可作为缓冲量的部分为, 修正缓冲量为。根据上述分析, 的计算公式有

其中为单机工序k出现故障时, 之后工序正常运行下在制品到达瓶颈所需的时间。表示故障工序k恢复运行后各工序在制品到达瓶颈的最短时间。

因此, 单机工序k出现故障时瓶颈缓冲基本模型可修正为

2.2 多机工序可靠度最小的情况

当生产系统中可靠度最小的工序为多机工序时, 其中一台设备发生故障会出现两种情况, 一是提高工序中其他设备的利用率能够弥补故障设备的能力损失, 此时系统正常运行, 其瓶颈缓冲就是基本模型所得的大小BS*;二是提高了工序中其他设备的利用率仍不能弥补故障设备的能力损失, 此时该多机工序的生产能力降低, 输出物流减少, 其后到瓶颈工序之间的在制品量减少。这种情况下的瓶颈缓冲修正需要考虑该工序的生产能力损失率。

2.2.1 多机工序故障时的生产能力损失率

当多机工序中的某一设备故障且导致该工序生产能力降低, 表明该多机工序的生产能力受到损失。故障工序生产能力损失率是衡量该工序生产能力损失的一个参数, 用工序故障前的生产能力减去故障后生产能力的差值与故障前生产能力的比值来计算, 设ηk2表示第k2个多机工序中一台机器故障时的生产能力损失率, 其公式为

2.2.2 瓶颈缓冲的修正

若生产系统中多机工序k可靠度最小, 其中的某设备出现故障导致该多机工序出现能力损失, 设为其后生产系统可作为缓冲的部分, 计算式为

则修正的瓶颈缓冲BS'多计算为

综上, 当可靠度最小的k工序出现故障时, 考虑工序的在制品, 瓶颈缓冲的修正值BS'可归纳为

3 考虑生产系统其他波动的瓶颈缓冲基本模型的修正

对于一个系统而言, 除了机器故障与维修这两个方面的波动外, 还有如加工操作失败、原料短缺、加工时间变动、到达时间变动等等一些难以预料的波动产生, 这些波动往往无法全面考虑, 且不能很好地用定量的方式去研究。

通过生产周期的变化来整体衡量系统的波动情况。因为生产周期是系统运行的最终结果, 由各种波动相互影响、综合作用所致, 因此将瓶颈前各工序组成一个生产周期, 用该生产周期内正常运行不存在故障维修的生产周期方差 (DCT) , 从整体的角度去考量其他波动对生产周期的影响, 将其与平均生产周期 (MCT) 的比值[16]来表示生产系统异常波动的比例, 进而修正前面所设置的缓冲。

据此, 瓶颈缓冲的计算最终可修正为

4 算例分析

现以有八道工序 (最后一道工序为瓶颈工序) 的简单产品瓶颈前生产线为例, 如图3。图中数字表示工序数, 其中单机工序为第1、5道工序, 存在能力损失的多机工序为第2、4、6道工序, 不存在能力损失的多机工序为第3、7道工序, 多机工序内的设备数量都为3台。

各相关参数如表1所示。

当第一道单机工序为可靠度最小的工序, 则

当第二道多机工序为可靠度最小的工序, 则

5结语

缓冲包装专利技术综述篇4

受我国政治经济等诸多客观因素的制约,我国的缓冲包装技术发展相比于欧美明显滞后。在20世纪80年代之前,我国的缓冲包装技术研发工作进展非常缓慢。改革开放后,随着我国经济体制的持续进步与发展,我国的缓冲包装技术也进入了发展时期。目前,我国在缓冲包装材料生产方面已具有量的优势,但在质的提高问题上,我国仍存在较大的提升空间。特别是进入21世纪后,节能环保的理念更为深入人心,走可持续发展的道路已势在必行。

2 国内外缓冲包装专利发展分析

2.1 国内专利发展分析

2.1.1 国内专利申请趋势分析。

受经济发展等因素的制约,我国的缓冲包装起步较晚,20世纪80年代初主要是依靠引进国外生产设备及技术。直至改革开放后,随着我国生产、制造业的发展,物流运输对缓冲包装的需求不断增强,我国缓冲包装得以加快发展。2000年后,缓冲包装技术的专利申请快速增长,如图1所示。

2.1.2 国内重要申请人分析。

缓冲包装的重要申请人大多分布在长三角、珠三角等制造业发达的地区,申请量居于首位的均是大规模的液晶显示器生产商,其对缓冲包装需求较大。其他缓冲包装生产企业与产品制造之间存在密切联系,缓冲包装生产企业以产品制造为依托,为其产品的运输提供合理的缓冲包装材料及包装设计方案。随着制造业的发展和商品流通的加剧,为避免商品运输过程中的破损,缓冲包装不断加速发展,缓冲包装生产企业也不再是简单的进行机械生产,而是更加注重“一体化服务”即集新型包装材料研发、包装产品设计与方案优化等于一体,更加注重知识产权保护,用自身技术占据市场。

2.1.3 国内专利申请领域分布。

图2为国内专利申请领域分布,从图中可以看出,缓冲包装的专利申请主要集中在缓冲包装自身的功能、结构领域,如B65D81/02、B65D81/03、B65D81/05等;缓冲包装的专利申请还集中在其针对的物品上,如B65D85/30、B65D85/48、B65D85/68;此外,缓冲包装通常还作为包装专利申请的部分特征,如B65D5/50、B65D77/26。

2.2 全球专利发展分析

2.2.1 全球专利申请趋势分析。

从图3中可以看出,缓冲包装在全球的发展经过了起步、缓慢发展、快速发展三个阶段。

(1)起步阶段。缓冲包装自起源至上世纪70年代处于起步阶段,相关专利申请较少。主要是由于此阶段经济水平相对落后,商品流通较少,对缓冲包装的需求较低。(2)缓慢发展阶段。上世纪70-90年代,商品流通的增多促进了缓冲包装的发展,但发展速度仍然缓慢,技术相对落后。(3)快速发展阶段。上世纪90年代后,全球化进程不断加快,商品流通的需求进一步促使缓冲包装快速发展,而缓冲包装技术的发展保障了商品流通的可行性,进而直接的影响着商品经济市场的发展。

2.2.2 全球专利申请国别及重要申请人分析。

图4是全球缓冲包装专利申请国别分布情况,从中可以看出,中国、美国、日本占据了全球申请量的一半以上,以上国家均为制造产业发达,进出口贸易繁荣的国家。而我国的缓冲包装虽然起步较晚,但发展迅速,已超越很多发达国家成为申请量最大的国家,这除了与我国是制造业大国、进出口贸易频繁相关外,还与我国近几年鼓励发明专利申请、注重知识产权保护有较大关系。

与国内申请人分布情况类似,全球重要申请人很多也是制造企业,本身生产能力强,工厂数量多、分布广泛,对缓冲包装有着较大的需求与要求,如MATSUSHITA DENKI SANGYO KK(松下电器产业株式会社);另外,虽然我国的缓冲包装专利申请总量已居世界首位,但专利申请分散,国内申请量首位的企业全球排名仅第10位,说明我国的缓冲包装不仅要在量上有较大的发展,更要注重自主研发,不断增强企业实力,实现质的提升。

3结束语

缓冲区溢出攻击与防范篇5

关键词：缓冲区,溢出,攻击

0 引言

缓冲区溢出是一个很严重的安全问题。从攻击者的角度看,现在缓冲区溢出已经发展成了基于栈的缓冲区溢出、基于堆/BSS的缓冲区溢出、格式化缓冲区溢出等多种方式,而且有很多的模板可以直接套用,实现方便;而从编程人员角度,程序员难免会编写出缓冲区溢出漏洞的代码,即使是有经验的程序员也是如此。这两个因素共同作用,加剧了缓冲区溢出引发的安全问题。

1 缓冲区溢出攻击概述

缓冲区是程序运行时计算机内存中的一个连续的块,它保存了给定类型的数据。缓冲区溢出是指当计算机程序向缓冲区内填充的数据位数超过了缓冲区本身的容量,溢出的数据覆盖其他的数据缓冲区域。操作系统所使用的缓冲区又被称为堆栈,在各个操作进程之间,指令被临时存储在堆栈当中,堆栈也会出现缓冲区溢出。

一般情况下,缓冲区溢出会出现以下后果:

①被覆盖的其他数据区中的数据永远丢失;

②如果被覆盖的信息中有能够被程序调用的子程序的列表信息,将引起应用程序运行失败,甚至引起机器重新启动等;

③如果覆盖其他数据区的数据是黑客的入侵程序代码,黑客就获取了程序的控制权。如果该程序是以root运行的,黑客就获得了root权限,然后就可以编译黑客程序、留下入侵后门,实施进一步的攻击。按照这种原理进行的黑客入侵叫做缓冲区溢出攻击。

2 缓冲区溢出的原因

缓冲区溢出最根本的原因是使用不安全的语言,如C语言。很多操作系统以及在操作系统上运行的许多应用程序都是用C语言编写的,而C语言对数组和指针的操作没有自动的边界检查机制,更严重的是一些标准的对字符串操作的库函数本身就是不安全的。

3 缓冲区溢出攻击的原理

攻击者善于在系统当中发现容易产生缓冲区溢出之处,运行特别程序,获得优先级,指示计算机破坏文件,改变数据,泄露敏感信息,产生后门访问点,感染或者攻击其他计算机。

下面是一个简单实例,可以显示缓冲区溢出是如何产生的以及缓冲区溢出是如何被黑客利用的:

下面是函数的执行情况:

(1)函数使用长度为240个字节的缓冲区,该缓冲区的内存地址是00000077

缓冲区地址(8字节)00000077

缓冲区内容(240字节)空白

旧基址指针(8字节)12345678

返回的指令指针(8字节)00401000

(2)程序被执行时,函数开始将B填写到缓冲区中

缓冲区地址(8字节)00000077

缓冲区内容(240字节)BBBBBBBBB……

旧基址指针(8字节)12345678

返回的指令指针(8字节)00401000

(3)超过240个字节,缓冲区被写满了,240个字节以后的内容溢出到下一个内存区域,覆盖旧基址指针和返回指令指针

缓冲区地址(8字节)00000077

缓冲区内容(240字节)BBBBBBBBB……

旧基址指针(8字节)BBBBBBBB

返回的指令指针(8字节)BBBBBBBB

(4)现在假设函数没有填写B,而是插入了恶意代码

缓冲区地址(8字节)00000077

缓冲区内容(240字节)恶意代码……

旧基址指针(8字节)12345678

返回的指令指针(8字节)40100000

(5)缓冲区被填满了恶意代码,旧基址指针也被改写

缓冲区地址(8字节)00000077

缓冲区内容(240字节)恶意代码……

旧基址指针(8字节)××××××××

返回的指令指针(8字节)00401000

(6)接下来返回的指令指针也被改写,不是随机而是根据现在包含恶意代码的缓冲区本身的地址

缓冲区地址(8字节)00000077

缓冲区内容(240字节)恶意代码……

旧基址指针(8字节)××××××××

返回的指令指针(8字节)00000077

(7)在缓冲区被填满之后,程序定位在指令指针提供的地址处,并且开始执行恶意代码。

4 缓冲区溢出攻击的方法

(1)在程序的地址空间里安排适当的代码

攻击者向被攻击的程序输入一个字符串,程序会把这个字符串放到缓冲区里,这个字符串包含的数据是可以在这个被攻击的硬件平台上运行的指令序列。攻击者对已经在被攻击的程序中的代码传递一些参数,然后使程序跳转到他们的目标位置。

(2)控制程序转移到攻击代码

该方法寻求改变程序的执行流程,使之跳转到攻击代码。最基本的就是溢出一个没有边界检查或者其他弱点的缓冲区,这样就扰乱了程序的正常执行顺序。

(3)综合代码植入和流程控制技术

攻击者定位一个可供溢出的自动变量,然后向程序传递一个很大的字符串,在引发缓冲区溢出改变激活纪录的同时植入了代码。

5 缓冲区溢出攻击的防范

5.1 编写正确的代码

为了帮助经验不足的程序员编写安全正确的程序,人们开发了一些工具和技术,这些工具可以通过人为的缓冲区溢出来寻找代码的安全漏洞以及侦测缓冲区溢出的存在。

5.2 非执行的缓冲区

通过使被攻击程序的数据段地址空间不可执行,从而使得攻击者不可能执行被植入被攻击程序输入缓冲区的代码,这种技术被称为非执行的缓冲区技术。

5.3 数组边界检查

所有的对数组的读写操作都应当被检查以确保对数组的操作在正确的范围内。最直接的方法是检查所有的数组操作,但是通常可以用一些优化的技术来减少检查的次数。

5.4 程序完整性检查

(1)手写的堆栈监测

Snarskii为FreeBSD开发了一套定制的能通过监测CPU堆栈来确定缓冲区溢出的libc。这个应用完全用手工汇编写的,而且只保护libc中的当前有效纪录函数。这个应用达到了设计要求,对于基于libc库函数的攻击具有很好的防卫,但是不能防卫其它方式的攻击。

(2)堆栈保护:编译器生成的有效纪录完整性检测

堆栈保护是一种提供程序指针完整性检查的编译器技术,通过检查函数活动纪录中的返回地址来实现。

(3)指针保护:编译器生成程序指针完整性检查

通过在所有的代码指针之后放置附加字节来检验指针在被调用之前的合法性。如果检验失败,会发出报警信号和退出程序的执行,就如同在堆栈保护中的行为一样。

6 结束语

在本文中,我们详细叙述了缓冲区溢出攻击的概念、方法和防范措施,由于缓冲区溢出攻击是目前常见的攻击手段,所以进行这个方面的研究工作是有意义和成效的。事实研究表明,堆栈保护和非执行缓冲区技术对大多数的攻击都能有效地防御,指针保护的方法能对其它的攻击进行有效的防御。

参考文献

[1]徐卓峰.信息安全技术[M].武汉:武汉理工大学出版社,2004.

[2]李海泉,李健.计算机系统安全[M].北京:人民邮电出版社,2001.

[3]刘晨,张滨.黑客与网络安全[M].北京:航空工业出版社,1999.

电磁缓冲称重式油井计量技术篇6

关键词：称重式,油井计量,电磁缓冲,冲击

1 引言

油井产量的计量是油田生产管理中的一项重要工作,对油井产量进行准确、及时的计量,对掌握油藏状况,制定生产方案,具有重要的指导意义。目前我国多数油田已经进入开发后期,需要准确及时的了解油井的生产状况,为生产管理提供真实可信的数据,对油井计量精度的要求必然越来越高。

国内常见的原油计量方法:1、玻璃管量油;2、电极液位量油;3、翻斗量油;4、液面恢复法;5、功图法。目前采油厂多为计量间计量,由专职的计量人员每天计量各采油井的产液量,不仅浪费人力与时间,而且每口油井的计量时间短,次数少,因而存在较大的人为因素引起的误差。由传统的计量方法所得到的产液量,无论是使用分离器常数换算还是差压液位换算,始终还是由测量液体体积,通过密度折算出来的产液量,由于其密度的差异性,因而所得到的产液量必然存在一定的误差。

称重式油井计量器解决了原油含气不易排出,人工计量难度大、费时费力的现状,该计量器能消除由于油中含气造成的假体积而带来的测量误差,采用称重的方式对流经计量器的原油进行称重,通过累计一定时间内流过计量器中的原油重量,计算出油井的产液量。该计量器集机、电于一身,操作简便[1]。

目前使用的称重式油井计量器,通过两个翻斗轮流翻转称重的方式实时在线计量原油产量,消除了油中含气、稠油沾粘带来的计量误差[2]。但是其翻斗轮流翻转过程中存在冲击力,容易造成器件损坏和影响计量准确度。有的采用液压原理解决翻斗翻转过程中的冲击力问题,但是难以实施[3]。本文针对其在翻转计量时经常产生冲击力,影响计量准确度的问题,提出电磁缓冲称重式油井计量技术,采用缓冲翻转的方式减小这个冲击力,以提高其计量准确性和减少维修次数,提高自动计量油井产量的效率。

2 称重式油井计量技术原理

如图所示称重式油井计量器主要由罐体、选井阀、计量翻斗、各种传感设备、PLC以及微机等控制系统组成。通过多通阀将被测油井的原油经分离器装入称重装置,利用产量算法即可得到累计流量,再换算成产量。电气系统是以S7200为核心,采入称重传感器、位置传感器、液位计、温度传感器等过程量。

在计量罐侧下部安装一多通阀,各路油井原油通过油井接口同时进入多通阀。通过计算机输入油井号,控制单相电机启、停,单相电机带动阀芯旋转,光电编码器安装在多通阀中作为位置检测,实现多通阀单路导通,从而实现单井产量的自动选井计量。

选定的单井原油送到罐体的顶部,进入分离器并经过翻斗称重,算出该口油井的产液量。其余油井的原油经罐体底部的管道流出直接进入出口汇管。

在计量罐顶部安装一分离伞,用来导出气体以便进行产气量的计量。计量罐底部装有液位自动控制调节器,以保证液面高于单井原油出口,实现单井产液量和产气量同时计量。

3 电磁缓冲翻斗翻转原理

如图2所示为翻斗翻转示意图。当液体进入到其中一个计量翻斗时,随着工作斗的液面逐渐升高,整个翻斗系统重心也逐渐偏移,而进入流体的不断增加,则这个翻斗的力矩不断的增加,当达到了翻斗翻转的条件是,工作斗的力矩大于闲置斗的力矩时,原有平衡将被打破,计量斗自动翻倒,将斗内液体倾倒在罐内,同时另一个斗开始工作。翻斗翻转条件为:

M1-翻斗1本身质量,Kg;M2-翻斗2本身质量,Kg;m1-翻斗1内流体质量,Kg;m2-翻斗2内残留流体质量,Kg;d1-翻斗1重心距轴中心距离,m;d2-翻斗2重心距轴中心距离,m;g-重力加速度,9.8m/s2。

电磁缓冲器利用计量器翻斗翻转产生的动力,带动永磁旋转式电磁制动装置转动,发出电能。由此产生与翻斗翻转方向相反的反转制动力矩,该制动力矩起到阻止翻斗翻转的作用,其输出的电能通过外接电阻转化为热能,达到缓冲的目的。

由于电阻消耗的热能与翻斗翻转速度成正比,翻斗翻转速度直接决定电阻能耗大小。翻斗静止时,不产生能耗。在翻斗和电磁制动装置之间配合增速齿轮组,并调整能耗电阻的阻值,可以调节缓冲效果,实现缓冲效果的最佳化。

如图3所示,电磁缓冲器由永磁旋转式电磁制动装置、增速齿轮组、设备法兰、拨叉等组成,翻斗上增加了机构引轴。计量过程中,翻斗引轴随翻斗作90度摆动,经过拨叉将运动传给增速齿轮组,带动永磁旋转式电磁制动装置转动,发出电能通过三个电阻消耗,达到能耗制动,实现缓冲效果的最佳化。

拨叉实现了翻斗与永磁旋转式电磁制动装置的连接,可以保证翻斗翻转初期为自由状态,不会影响计量的精度,翻转的后程才起到电磁制动缓冲的效果。

同时电器部分对电阻能耗进行检测,判断缓冲效果的好坏,以此监测电磁缓冲器的运行状况。图4所示为现场安装运行的缓冲器外观。

4 结束语

称重式油井计量器通过两个翻斗轮流翻转称重的方式实时在线计量原油产量,消除了油中含气、稠油沾粘带来的计量误差。采用缓冲翻转的方式减小了翻斗翻转时的冲击力,提了计量准确性,减少了维修次数。电磁缓冲称重式油井计量技术,解决了称重过程中内部机构机械冲击较大的问题,提高了设备的使用和维护周期。

参考文献

[1]孙兴革等.全自动称重式气液两相油井计量装置[P].发明专利:200510045861.2,2008年.

[2]丁亚军等.称重式油井计量器[P].实用新型专利:03211957.7,2005年.