高速列车顶层设计指标分解研究现状与展望

顶层设计指标分解是决定高速列车正向设计周期长短和成功与否的首要环节.首先,在阐述运输能力、安全舒适、绿色环保、经济性等高速列车顶层设计指标的基础上,从系统结构组成、运行边界条件以及大系统耦合作用等角度提出高速列车顶层设计指标分解所面临的技术挑战;然后,论述设计指标分解方法、设计指标分解关联模型和设计指标分解协调策略3个方面研究现状,并分析现有方法的不足与新需求;最后,展望群落生态学在高速列车顶层设计指标分解中的适用性,剖析基于群落生态学的高速列车顶层设计指标分解将会面临的关键问题,并给出相应的解决技术路线,以期为高速列车顶层设计指标分解的深入研究和实践提供参考.

基于多峰优化Kriging模型与距离相关系数的高速列车动力学参数多输出灵敏度分析

高速列车动力学参数较多,有多个动力学性能的评价指标。综合考虑这些动力学指标进行参数灵敏度分析,对高速列车动力学参数的恰当匹配具有重要意义。现有的单输出灵敏度分析技术难以准确度量参数对车辆动力学综合性能的影响。为避免这一缺陷,本文引入了一种新的基于距离相关系数的多输出灵敏度分析技术。该方法通过求解单个输入与多个输出变量之间的距离相关系数,实现多输出全局灵敏度分析的目的。为提高灵敏度分析的效率,建立了多个动力学指标与输入参数的Kriging模型;为提高近似模型的精度,引入了一种新颖的多峰优化算法对Kriging模型的超参数进行全局寻优。与传统单目标智能优化算法不同,该优化算法通过引入种群差异指标,将单目标优化问题转化为双目标优化问题,从而增加了子代种群的多样性,避免了传统优化算法易于陷入局部最优解的问题。基于所提方法,以和谐号动车组动车为例,研究了多个动力学指标的多输出全局灵敏度。结果表明:由于增强了种群多样性,所提的超参数优化方法对Kriging模型精度和稳定性提升效果明显;基于距离相关系数的灵敏度分析方法能够更加合理地识别出对车辆动力学综合性能影响较大的参数,排除几乎没有影响的参数。

高速列车包间噪声特性及降噪方案设计验证

针对高速列车包间噪声问题及降噪措施进行了相关研究。首先,通过线路试验分析了高速列车包间噪声特性,包括噪声频谱、声源识别和声品质,掌握了包间中心与铺面上方测点的噪声差异,明确了包间噪声控制目标;其次,基于统计能量分析方法建立了高速列车包间噪声预测模型,并进行了试验验证,开展了包间声能量贡献分析,确定了降噪方案设计指标,进而对车体进行了隔声方案优化设计;最后,通过包间噪声的迭代预测,确定了车体降噪方案的可行性,并进行了线路试验验证。结果表明,采用笔者设计的降噪措施,包间噪声总值降低了3.2 dB(A),包间原本较高的响度和粗糙度得到明显控制,尖锐度也略有降低,声品质得到了优化。

结合GUM和MCM的R-Test在机标定不确定度评定方法

R-Test因其高精度、操作便捷等的优点而被广泛应用于五轴数控机床转动轴误差测量,但其测量精度受其标定不确定度的影响。针对原有通用的评定方法不能对接触式R-Test标定不确定度进行准确评定,基于接触式R-Test标定原理,提出一种结合GUM和MCM的在机标定不确定度评定方法,首先分析了不确定度的影响因素并采用变参数方法确定了其灵敏度系数,然后根据测量不确定度导则(GUM)计算传感器位置的标准不确定度分量,最后采用蒙特卡洛方法(MCM)实现对标定方法最终的不确定度评定。通过具体的评定实例,与独立使用GUM的评定结果进行对比,验证了该方法具有更高的评定精度。

基于深度SVDD-CVAE的轴承自适应阈值故障检测

通过状态监测进行轴承故障报警,能有效避免设备灾难性事故的发生。基于数据时序特征重构的故障检测法由于仅采用正常数据进行训练,能有效避免故障数据不足而导致的模型检测精度下降。然而,此类方法的故障阈值确定依赖于大量的历史数据,且对检测精度有着极大的影响。为此,提出基于深度SVDD-CVAE的轴承自适应阈值故障检测方法。针对时序信号特征增强提取构建ConvLSTM作为基础单元的CVAE特征压缩提取框架,有效提取轴承故障微弱特征;结合SVDD自适应学习特征空间超球面,实现故障检测阈值的自适应确定;最后,通过全局误差损失反向传播对深度SVDD-CVAE框架进行迭代优化。实验结果表明:所提出的方法能有效提取轴承微弱故障特征、自适应确定阈值,并在IMS轴承数据集上取得97.7%的检测准确率。

数字孪生在高速列车生命周期中的应用与挑战

数字孪生(DT)是推动轨道交通装备领域数字化、智能化的关键技术之一,但其相关研究仍处于起步阶段.围绕高速列车生命周期研发现状,系统剖析传统高速列车研发数字化转型过程中的设计闭环难、高保真度、高精度模型缺乏、信息物理数据交互融合难等问题,结合产业发展趋势归纳提出高速列车生命周期发展新需求;在此基础上提出数字孪生高速列车技术框架,并对高速列车生命周期数字孪生模型构建和功能服务两个方面进行深入探讨,指出数字孪生高速列车所面临的关键技术问题与挑战.通过展示前期在轨道车辆关键部件服役能力劣化方面的探索应用,以期为未来高速列车全生命周期数字化的深入研究和实践提供参考.

面向五轴数控加工仿真的机床运动位姿算法研究

数控加工仿真是制造业发展过程中数字化与智能化的集中体现,然而现有研究在机床运动位姿计算精度上还存在不足,如未考虑数控系统指令模式、加减速控制以及机床几何误差等约束条件。针对上述问题,本文对五轴机床仿真运动算法进行研究,首先对五轴数控机床拓扑结构、模型和坐标系进行了完整定义,在此基础上探索了基于数控系统指令模式的刀具轨迹仿真密化以及相应的时间标记计算方法,并结合五轴数控机床几何误差模型,得到了更符合实际几何状态的机床模型运动位姿。通过对仿真机床实例的拓扑结构建模、刀位轨迹仿真密化以及机床模型位姿计算,对所提出的机床运动位姿算法进行了验证,证明该算法的可行性和有效性。

轨道交通车辆模块化产品平台的技术框架与关键技术

针对我国轨道交通车辆种类繁多、模块通用性和技术通用性较差等问题,结合轨道交通装备制造业向大规模定制方式转变的趋势,提出了轨道交通车辆模块化产品平台的技术架构,并对基于BOM(物料清单)的产品模块化元结构树生成技术、产品平台模块类型动态识别技术、基于实例信息的模块统型设计技术及产品族主结构树构建技术等关键技术进行论述。开发了轨道交通车辆模块化产品平台的信息管理系统及定制设计系统,通过A型地铁车辆转向架的定制设计案例验证了该产品平台的技术可行性和系统可用性。

智能动车组环境交互设计模型研究

准确、客观分析智能动车组外部环境需求具有十分重要的意义。为解决智能动车组生命周期内复杂多变环境需求满足问题,以环境交互模型为切入点,进行动车组外部环境需求分析。建立面向产品全生命周期的螺旋式前馈环境交互设计架构;提出一种适用于设计、制造、运维等不同生命周期阶段通用的智能产品-环境交互模型,全面描述智能动车组-物理环境-人环境-信息环境之间的交互行为;通过环境交互设计需求识别、智能产品定位、探索智能产品交互设计解等智能产品交互设计步骤与方法,获取智能动车组全生命周期环境交互设计方案。研究表明,该模型可以系统地描述智能动车组全生命周期多维的、动态的、层次化的环境交互信息,能够有效支持智能动车组全生命周期的环境交互设计。

求解柔性分批调度问题的双层搜索框架入侵杂草算法

针对柔性作业车间分批调度问题,提出一种双层搜索框架下的改进入侵杂草算法,以获得理想的分批调度方案。首先提出融合批次批量、工序排列和加工机器信息的3层基因编码;其次设计一种双层搜索优化框架,先通过分批搜索层进行柔性批量划分,再采用排序搜索层迭代优化获取分批调度方案。在分批搜索层中,基于工序平均工时缩小分批的解空间,提出随机数字分割法用以生成分批方案;在排序搜索层中,采用入侵杂草算法实现迭代优化,同时设计了分层初始化方法、混合机器选择策略和3种局部搜索算子,以提升算法搜索能力,并避免陷入局部最优。最后以最大完工时间为评价指标,从性能实验分析、框架实验验证和实例实验验证3个维度验证了所提算法的优越性和可行性。

基于有限状态机的车间逻辑建模与仿真研究

离散型制造常见于飞机、船舶、电子设备、汽车制造等行业,为保证离散制造车间建模与仿真过程的正确性和灵活性,提出了一种面向离散制造车间生产过程的逻辑建模与仿真方法。基于离散事件建模理论与有限状态机理论,将离散制造车间中关键元素的属性与行为抽象为统一形式化的逻辑模型,通过类继承的方式实现了各种元素的功能;设计了一种针对统一模型的生产过程仿真算法;开发了二维图形化的逻辑建模与仿真原型系统,以某汽车涂装生产车间为例,与商业软件Plant-Simulation开展实验对比。实验结果表明:该方法有效且可行,对离散制造行业生产过程模拟具有参考价值与意义。

面向车间生产过程的并行碰撞检测算法研究

针对车间大规模生产过程仿真场景中碰撞检测实时性不足的问题,提出一种基于改进线性层次包围盒的GPU并行碰撞检测算法。对不同类型车间设备进行特征分析以简化碰撞模型,利用空间填充曲线为对象模型分配莫顿码并排序,并将有序莫顿码与节点的特定布局相结合实现层次包围盒的并行化构建,最后使用分离轴定理并行测试得到碰撞检测结果。通过OpenCL并行运算架构实现上述算法,并与其他并行碰撞检测算法对比分析,验证了该方法可以有效提升车间仿真过程中碰撞检测的准确性与实时性。

一种多巷道立体仓库货位分配优化方法

针对多巷道立体仓库货位分配问题,建立了以货物出入库效率、货架整体稳定性、堆垛机负载均衡为优化目标的多目标优化模型。针对该模型提出了一种自适应多种群遗传算法(AMPGA),引入余弦型自适应遗传算子实现种群中个体的交叉率和变异率动态自适应调整,同时对每个种群采用不同的交叉策略,并通过引入具有单方向性的进化逆转算子来克服其存在的局部搜索能力差和早熟收敛等问题,使之跳出局部最优,保持全局搜索能力。不同订单规模下的实验结果表明,MPGA相比于SGA优化提高2%~12%,AMPGA相比于SGA优化提高2%~14%,且AMPGA优化程度比MPGA更显著,耗时更短,对于货位优化结果更合理,是一种解决多巷道立体仓库货位分配优化的有效方法。

动态宽卷积残差网络的轴承故障诊断方法

卷积神经网络特征提取范围受其卷积核感受野大小的制约,单一尺度的卷积核难以充分捕捉不同冲击的频率成分。针对上述原因导致轴承故障诊断准确率难以进一步提高的问题,提出一种动态宽卷积残差网络轴承故障诊断方法。该方法在一维深度残差网络框架基础上引入宽残差核结构,构建轴承故障特征的双通道并行网络结构;然后通过网络注意力机制对卷积核进行动态加权,自适应地充分提取不同尺度特征信息,实现轴承故障的有效识别。验证实验结果表明,所提出的方法在不同噪声水平的轴承故障诊断任务中均能达到98%以上的准确率,网络动态尺度加权机制改进能有效提高轴承故障诊断效果,尤其在强背景噪声下仍能保持高精度故障诊断。

超声心动图联合sPESI及血清Copeptin对急性肺血栓栓塞症预后评估的研究

目的研究超声心动图联合简化肺栓塞严重程度指数(sPESI)及血清和肽素(Copeptin)对急性肺血栓栓塞症(PTE)的预后评估价值。方法前瞻性选取本院2019年5月~2022年4月诊断的82例急性肺PTE患者作为观察组,根据疾病严重程度将患者分为高危组与低危组,根据不同预后将患者分为生存组与死亡组,另选取同期健康体检志愿者82例作为对照组,比较研究组与对照组、高危组与低危组、生存组与死亡组患者的超声心动图、sPESI及血清Copeptin水平。结果观察组Tei指数、右心室收缩末期容积(RVESV)、右心室舒张末期容积(RVEDV)、sPESI及血清Copeptin水平高于对照组,而右心室每搏输出血量(RVSV)、右心室射血分数(RVEF)低于对照组(P<0.05);高危组Tei指数、RVESV、RVEDV、sPESI及血清Copeptin水平高于低危组,而RVSV、RVEF低于低危组(P<0.05);死亡组Tei指数、RVESV、RVEDV、sPESI及血清Copeptin水平高于生存组,而RVSV、RVEF低于生存组(P<0.05)。较高的Tei指数、RVEDV、RVESV、sPESI、血清Copeptin水平,较低的RVEF、RVSV均是造成患者不良预后的危险因素。结论超声心动图联合sPESI及血清Copeptin水平对急性PTE患者的预后评估具有重要意义。

新型连接紧固复式螺母在铁路道岔中的应用研究

螺栓是铁路线路、桥梁等极其重要且普遍使用的连接零件,若发生松脱则可能危及行车安全。文章针对普通连接螺母受冲击、振动等原因发生松脱的问题,设计一种可互锁的新型连接紧固复式防松螺母,并阐述该螺母的工作原理和组成结构,分析其关键技术指标及创新点。经过性能测试、硬度测试及保证载荷测试等,确定该螺母的安全性、可靠性和防松抗振性。测试结果表明,该螺母结构设计合理、工艺具备良好的防松抗振能力,可消除松动,保证连接紧固件的安全,节约大量处理螺母松动的时间,产生较好的经济效益和社会效益,具有推广价值。

我国高速列车数字化研发的进展及挑战

高速列车数字化研发是高速列车设计的重要方法,是突破其关键理论及技术的重要手段,也是适应个性化、多样化需求的快速定制手段,以数字化为基础的网络化、信息化和智能化是高速列车未来的发展方向.从高速列车引进到全面自主创新,其研发手段经历了从单个学科的仿真向耦合大系统仿真方向发展,由仅仅关注设计到全生命周期的建模与仿真等逐渐形成了目前的基于数字化平台的集成与优化设计等过程.高速列车研发主要实现了基于计算机仿真、虚拟样机、设计自动化和面向需求的设计等技术的综合运用,但同时也存在着研发成本的不确定性、与网络化等结合程度不高和以人为中心的考虑不足等问题.未来高速列车的研发将在数字化研发平台的基础上综合虚拟试验、全寿命周期的数据挖掘、成本控制、人机工效、知识的管理与重用等技术,并与移动终端等网络化技术结合来实现开放式的研发设计.

车辆-轨道耦合系统中基于变参数的三维图形仿真研究

建立一个随参数改变而改变的三维可视模型 ,是机车车辆 -轨道耦合系统动力学可视化的一个急待解决的重要问题 .文中将可视化、三维建模技术引入机车车辆 -轨道耦合动力学仿真中 ,系统地研究了机车车辆轨道耦合系统的基于变参数的三维图形仿真的方法 .综合建立了车辆模型的动态装配三维图形系统 ,直、曲线轨道的的三维离散结构等 ,为机车车辆 -轨道耦合动力学仿真建立了一个有效的可视化综合仿真平台 .

机车车辆在轨道上运行的动力学可视仿真

机车车辆在轨道上运行是一个动力学过程 ,也是一个运动学过程。本文在数值计算的基础上 ,结合 3维建模研究 ,提出了基于线路函数的动画关键帧车辆运动可视再现方法 ,研究了具体的线路插值方法 ,数据标识和关键帧的生成等。最后 ,在开发的仿真平台上运行 ,取得了较好的效果。

机车车辆轨道耦合几何结构基于面向对象的建模分析研究

将可视化、三维建模等技术引入机车车辆轨道耦合动力学仿真中 ,从系统工程的观点 ,在机车车辆—轨道耦合动力学计算核心模块的基础上 ,提出了基于面向对象的机车车辆—轨道耦合动力学的计算机仿真方法及相应的模型解释和标识机制 ,成功地形成了一个以三维可视输入输出 ,并与核心模块有机结合的机车车辆轨道动力学分析综合仿真平台。