一、建模和仿真 针对国内机车柴油机运用现状，本项目确定了基于电控单体泵喷油系统的机车柴油机作为研究对象，对柴油机和控制策略进行建模，并通过大量的仿真进行验证。在该模型中，可以通过调整模拟平台的各个功能算法中的控制参数，使系统的性能达到最佳，为电控单元的硬件开发提供理论依据，能够在最大程度上加快电控柴油机ECU开发进程。 二、硬件开发 依据电控单元的建模仿真所得出的最佳控制参数，我们开发研制了该套电喷控制系统。 它可以精确地控制电喷柴油机各种喷油系统的各个缸的喷油，泵喷嘴系统(Pump Nozzle Unit--PNU)和泵管嘴系统(Pump PipeNozzle---PPN)。它除了可以用于电喷柴油机的转速控制外。同时，由于使用了功能强大的处理芯片，它还能完成如输出功率控制等其他的功能和任务。 在电喷控制系统中还有故障检测功能，并可以通过网络上传给司机室显示屏，一旦发生故障时可以给司机更直观的显示。同时我们也开发了标定系统。 目前，对机车柴油机采用电子控制技术成为当前提高柴油机乃至整车性能的一种有效方法。我们开发研制的电喷控制系统已经成功应用到我国内燃机车牵引用的柴油机中，对于提高柴油机和整车性能起到很大的作用。   应用范围： 该项目所建立的柴油机和电喷控制系统的模型能够应用在应用基于电控单体泵喷油系统的机车柴油机的电控系统开发中。我们所开发的电喷控制系统能够应用在国内内燃机车牵引用的柴油机中。

产品质量已经成为市场竞争中决定胜负的最关键的要素。建立生产质量模型无论是对生产过程的本质特性研究还是对实际生产过程的控制、预测、优化、仿真和质量诊断都具有重要的现实意义。 本系统重点实现对生产过程相关因素进行实时监测，解决产品生产过程中各项指标的变化与产品质量之间的模型关系，基于统计模型，运用偏最小二乘法、具有优化结构的神经网络、多变量统计过程控制等方法，对从实际生产过程中得到的统计数据进行分析和建模，消除、避免生产过程的异常波动，使过程处于正常波动状态。研究影响产品质量的关键因素，给出调整的策略，科学指导生产。 以钢铁制造流程为代表的大型流程工业是一类由不同功能但又相互关联、相关支撑、相互制约的多种工序和多种装置及相关设施构成的、工序串联并集成运行的复杂过程系统。针对大型流程工业的特点，解析多流程、多尺度、多装置间的相互关系，建立有效的质量控制模型，寻求最优的质量控制策略，监控产品的生产质量状态，确保产品的质量成为一个重大的研究课题。 生产质量建模和过程监控可以应用于钢铁冶金生产等流程型工业中，也可以广泛应用于石油、化工和机械制造等其他领域中。本系统的应用案例有：宝钢股份有限公司条钢部高线生产中的轧件尺寸精度评估与SPC控制系统，鞍钢股份有限公司冷轧热镀锌生产质量建模与分析系统。

河北水利电力学院坐落于渤海之滨、运河之畔的沧州市，是河北省教育厅直属的应用技术型本科院校。学校于1952年在天津建校，由河北省水利厅、交通厅、工业厅合办，校名为“河北水利土木学校”，是当时华北地区最早建立的水利学校之一，也是解放后全国最早独立设立的水利学校之一;1955年更名为“河北省天津水利学校”;1958年，迁至保定市，升格为高等学校，更名为“河北水利电力学院”，1960年升格为本科院校，更名为“河北水利学院”;1966年，迁至石家庄平山县岗南镇，更名为“河北水利工读专科学校”;1970年迁至沧州市，更名为“河北水利专科学校”;1992年更名为“河北工程技术高等专科学校”; 2016年3月28日，经教育部批准，学校再次升格为本科院校，重新命名为“河北水利电力学院”。 2015年，学校整体搬迁至新校区。新校区占地550余亩，校舍面积近20万平方米，位于沧州西南高教区，区位优越，交通便利，校园建筑布局合理，环境恬静优美。学校教育教学设备先进，设施齐全，条件优良。图书馆拥有现代化的图书管理系统，馆藏纸质图书约65万册、纸质报刊2700余种、各类电子资源数据库11个;学校现有七院三部两中心，设本科、专科专业四十余个，涉及工学、管理学、文学3个学科门类，形成了以工学专业为主体，水利电力专业为龙头，建筑、测绘、自动化、交通、机械、信息技术、经济贸易等专业协调发展的学科专业体系。现有中央财政支持提升专业服务产业发展能力重点专业2个，国家级特色专业1个，国家级试点专业1个，水利部示范专业2个，省级示范专业3个。 学校拥有一支数量充足、结构合理、素质优良、能够适应应用技术型本科教学的师资队伍。现有专任教师四百余人，其中，研究生学历教师占50%以上，“双师型”教师占60%以上。国家级和省级模范教师、优秀教师、水利职教名师、河北省有突出贡献中青年专家二十余人，沧州市专业技术拔尖人才、十大杰出青年教师十余人。加强科研平台建设，建有市厅级以上科研平台2个，校企合作共建科研平台3个，校内科研平台7个，为教师创造了良好的科研环境。近年来，教师主持科研项目四百余项，出版教材、学术著作二百余部，发表学术论文一千余三百余篇，主持、参与重大工程项目、决策咨询四百余项，获国家专利一百七十余项。 站在新的历史起点，面对新的形势和新的任务，探索教育规律，狠抓内涵建设，突出办学特色，推进改革创新是学校未来发展的主题。每一个水院人将继续传承学校的优良传统和奋斗精神，勇于担当，善于创新，坚持以立德树人为根本任务，扎实做好教育管理工作，优化完善制度体系，全面提高人才培养质量，全面提升办学水平，将我校建设成为一所特色鲜明、优势突出、多学科协调发展、与区域经济和社会事业良性互动的应用技术型本科院校，为国家京津冀协同发展战略、建设美丽河北贡献力量!

地球表面高山、丘陵、沙漠、河流、潮滩等地貌形态万千，它们是如何在历史的岁月中逐渐形成的呢？放眼宇宙，空气密度极低的冥王星，是如何神奇地拥有丰富的沙丘地貌？被称为沙漠行星的火星会因为大风而刮起沙尘暴吗……这些自然界中的奥秘正是地球物理学科的泥沙运动力学所研究的问题。已有的研究告诉我们，泥沙颗粒输运普遍发生于大气环境和水环境中，是塑造地貌形态最重要和最根本的自然过程之一。如何理解和定量描述地表环境泥沙颗粒的起动、输运和沉降是揭示地貌形态千差万别的核心问题。目前野外和实验数据已经证明，粗颗粒泥沙输运量与流体强度之间的关系，在大气环境表现为线性，在水环境表现为非线性。然而，如此截然不同的输运规律背后的力学机制却一直还是个迷。近日，浙江大学海洋学院百人计划研究员托马斯·派兹（Thomas Pähtz）博士成功揭开了这个谜底，并推导出了描述粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。北京时间2020年4月20日，相关研究成果在物理学学术期刊美国物理学会刊物《物理评论快报》(Physical Review Letters，简称PRL)）上发表，并被该刊物和杂志Physics同时聚焦报道。通过离散元(DEM)精细数值模拟追踪大量泥沙颗粒的运动轨迹并分析其受力特征， 托马斯·派兹首次发现，粗颗粒泥沙的动能耗散机制主导其输运规律。大气环境条件下颗粒和床面间碰撞是主要的耗散机制；而在水环境条件下，颗粒和床面间碰撞以及颗粒之间的碰撞起着同等重要的作用。根据这一新的理论认识，托马斯·派兹推导了能统一描述大气环境和水环境粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。这为深入认识地球甚至火星等外星球表面丰富多样的地貌形态提供了有力的理论工具。 统一输沙率公式与水环境（左图）和大气环境（右图）相关实验资料对比“最困难的部分是对模拟的结果进行物理解释和数学描述。在总共7年的时间里，我无数次地用笔和纸进行尝试。特别是在最初的4年里，我大部分时间都在思考这个问题。” 托马斯·派兹说。评审专家认为，这项研究工作是地球物理学科最基础而没有被揭示的问题。而对于未来的进一步应用，托马斯·派兹表示，上述通用方程可以预测任意大气/水体环境下的泥沙输运量，这使我们能够更好地了解这些天体的地貌，还可以通过测量行星的动力地貌来间接推断行星的风况。据悉，托马斯·派兹于2020年1月起受邀担任美国地球物理学会会刊《地球物理学研究杂志-地表过程》的副主编。他是浙大近海环境流体力学团队的重要成员。该团队由贺治国教授领衔，主要从事近海泥沙动力学、海岸动力学、近海环境流体力学等方面的研究，成果已逐步应用于理解河口海岸泥沙运动、深水航道整治、深海地貌演变、深海热液源矿物颗粒沉积等问题，取得了重要的国际影响力。该研究得到国家自然科学基金和浙江大学百人计划研究基金资助。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.168001

实验内容 1、单摆； 2、三线摆； 3、碰撞打靶； 4、李萨如图形； 5、液体表面张力系数； 6、应变力传感器定标及未知物体称重实验。

1. 痛点问题 当前，很多创新型的应用无法购买到可用的系统，如果在项目周期很紧急的情况下希望快速交付一个可以使用的原型系统，往往会遇到如下问题：不同客户系统之间存在巨大差异，大量需求要定制开发；市面上没有现成的应用程序可以直接购买；解决方案过于复杂和/或过于昂贵；难以低成本控制未来数字化的发展。 此外，很多软件公司人力成本达到65%，且无法满足企业业务快速变化的需求，交付周期无法保证，后续系统维护成本很高，已经影响到企业的发展。因此，很多企业都希望能有业务人员或参与配合少量开发即可快速构建原型系统的工具，满足企业的创新应用。 2. 解决方案 本成果”大数据应用软件建模系统-DWF“（清华数为DWF）支持应用开发人员快速实现中小规模协作型应用，是一款基于模型驱动的代码开发工具，可以构建复杂的数据模型，可以实现数据模型、表单模型、功能模型、组织模型、权限模型、模型包管理功能，通过前、后端的脚本可以提供业务系统的扩展功能。DWF还提供对异构数据的集成能力，方便企业快速进行模型迁移和部署。 DWF具有如下特点： 一站式：DWF自身追求尽可能简单的结构，可在普通PC上部署启动，也可以在云计算或者容器环境下部署，又可以并入容器管理器中成为微服务。 可配置：采用模型驱动的设计理念，通过组织建模、数据建模、表单建模、功能操作和权限控制直接建模产生系统本。 低码量：基于模型开展有针对性的扩展编码工作，减少编码总量，降低开发难度。配合敏捷定制功能，大幅度减少了代码量和系统缺陷产生的可能。 组件化：允许在线将全部或者部分模型从系统中导出独立的模型包，组合到其他DWF系统中，从而方便即时交付系统，即改即用，快速响应变更需求。

1. 高压IGBT器件封装绝缘测试系统 针对高压IGBT器件内部承受的正极性重复方波电压以及高温工况，研制了针对高压IGBT器件、芯片及封装绝缘材料绝缘特性的测试系统（如图1所示），可实现电压波形参数、温度和气压的灵活调控，用于研究电压类型（交、直流、重复方波电压）、波形参数、气体种类、气体压力等因素对绝缘特性，具备放电脉冲电流测量、局部放电测量、放电光信号测量、漏电流测量及紫外光子测量等功能（如图2所示），平台相关参数：频率：DC~20kHz，电压：0~20kV，上升沿/下降沿：150ns可调，占空比：1%~99%，温度：25℃~150℃，气压：真空~3个大气压。  2.压接型IGBT器件并联均流实验系统 针对高压大功率压接型IGBT器件内部的芯片间电流均衡问题，研制了针对压接型IGBT器件的多芯片并联均流实验系统（如图3所示），平台具有灵活调节IGBT芯片布局，栅极布线，温度和压力分布的能力，可开展芯片参数、寄生参数以及压力和温度等多物理量对压接型IGBT器件在开通/关断过程芯片-封装支路瞬态电流分布影响规律的研究，以及瞬态电流不均衡调控方法的研究；平台相关参数：电压：0~6.5kV，电流：0~3kA，温度：25℃~150℃，压力：0~50kN。   图3 压接型IGBT多芯片并联均流实验 3.高压大功率IGBT器件可靠性实验系统 随着高压大功率 IGBT 器件容量的进一步提升，对其可靠性考核装备在测量精度、测试效率等方面提出了挑战。针对柔性直流输电用高压大功率 IGBT 器件的测试需求，自主研制了 90 kW /3 000 A 功率循环测试装备和100V/200°C高温栅偏测试装备（如图4所示）。功率循环测试装备可针对柔性直流输电中压接型和焊接式两种不同封装形式的IGBT开展功率循环测试，最多可实现12个IGBT器件的同时测试。电流等级、波形参数、压力均独立可调，功率循环周期为秒级，极限测试能力可达 300 ms，最高压力达220 kN，虚拟结温测量精度达±1°C，导通压降测量精度达±2mV。高温栅偏测试装备可实现漏电流和阈值电压的实时在线监测，最多可实现32个IGBT器件的同时测试。 4. 压接器件内部并联多芯片电流及结温测量方法及实现 高压大功率压接型IGBT器件内部芯片瞬态电流及结温测量是器件多物理量均衡调控及状态监测的基本手段，针对器件内部密闭封装以及密集分布邻近支路引起的干扰问题，提出了PCB罗氏线圈互电感的等效计算方法，实现了任意形状PCB罗氏线圈绕线结构设计，设计了针对器件电流测量的方形PCB罗氏线圈（如图5所示），实现临近芯片电流造成的测量误差小于1%；针对器件内部多芯片并联芯片结温测量，提出了压接型IGBT器件结温分布测量的时序温敏电参数法，通过各芯片栅极的时序单独控制（如图6所示），在各周期分别进行单颗IGBT芯片结温的测量，进而等效获得一个周期内各IGBT芯片的结温分布。在此基础上，完成了集成于高压大功率器件内部的多芯片并联电流测试PCB罗氏线圈以及时序温敏电参数测量驱动板的设计（如图7所示）。 5. 自主研制高压大功率电力电子器件 面向电力系统用高压大功率电力电子器件自主研制的需求，开展了芯片建模与筛选、芯片并联电流均衡调控、封装绝缘特性及电场建模以及器件多物理场调控等方面工作，相关成果支撑了国家电网公司全球能源互联网研究院有限公司3.3kV/1500A、3.3kV/3000A以及4.5kV/3000A硅基IGBT器件的自主研制，并通过柔直换流阀用器件的应用验证实验，同时也支撑了世界首个18kV 压接型SiC IGBT器件的自主研制。

北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室徐海潭研究员和耶鲁大学Jack Harris教授研究组、芝加哥大学Aashish Clerk教授合作，在光力学研究中取得重要进展。成果以“Nonreciprocal control and cooling of phonon modes in an optomechanical system”为题发表在《自然》（Nature）上（https://www.nature.com/articles/s41586-019-1061-2）。该工作提出了基于光力相互作用的非互易声子耦合新原理，实现了非互易的声子传递和新型光力制冷方法。 学谐振子在现代科技和生活中具有广泛的应用，大到引力波探测装置，小到我们身边的手机，涉及传感、变频、滤波等重要器件。一般的谐振子器件是互易的，即器件内部或者两个器件之间的声子传递和方向无关。而非互易的谐振子器件对于全双工声子信号收发、声子隔离等有着非常关键的作用，甚至还可以用来对热能进行单向传递，使冷的物体更冷，热的物体更热。图a，基于光力相互作用的非互易声子耦合机制。b，通过控制激光相位，声子隔离度±30分贝连续可调。 光力学是光学和力学相结合的新兴科研领域。光力相互作用可以用于光学和力学模式的精密调控和测量，有着重要的物理意义和实际应用。这个工作中的光力学系统由超高品质因子的氮化硅纳米薄膜和高精细度光学腔构成。激光将声子从纳米薄膜的一个谐振模式转化为光子，再变回另一个谐振模式中的声子。多束激光的物理效应互相干涉，使声子传递增强或者减弱。通过控制激光相位，实现了声子隔离度在±30分贝范围内连续可调（如图所示）。在徐海潭等人之前的工作（Nature 537，80 （2016））中，他们通过拓扑操作实现了瞬态的非互易声子传递，而在最新的工作中，他们通过光力相互作用产生了声子模式间静态的非互易耦合，从而实现了稳定的非互易声子传递。 进一步地，徐海潭等人实现了用非互易相互作用来调控并观测谐振子的热力学涨落。当声子传递是双向的时候，两个谐振模式通过交换热声子，对应的温度会互相接近。而当声子传递是单向的时候，被隔离的谐振模式把热声子传递给另一个谐振模式，这使得被隔离模式的热声子数减少，因此降低温度，而另一个模式则升高温度。从而通过非互易声子传递实现了一种新型的光力制冷技术。该研究中所包含的创新方法也可以推广应用于其他电子、力学和光学等系统。 研究工作得到北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、教育部纳光电子前沿科学中心和量子材料协同中心的支持。

内含子是基因中不具有编码作用的片段，它会被转录到前体RNA中，但在mRNA加工过程中被剪切掉，而内含子剪切是真核生物mRNA成熟的关键步骤。在酵母中，当RNA聚合酶II(Pol-II)转录到内含子下游45nt时已经有一半的内含子完成了剪切。但高等真核生物，尤其植物中RNA共转录剪切速率，剪切状态和其他RNA加工过程之间的关系又是什么样的呢？为解答这一疑惑，翟继先课题组开展了系列研究分析。