“人-机-环境”共融的工业数字孪生系统智能优化方法

工业数字孪生系统是智能制造应用实施的重要手段,但现有工业数字孪生系统主要面向机械系统探索研究理论和关键技术,缺乏从“人-机-环境”全局开展系统建模和优化。鉴于此,分析了“人-机-环境”系统建模和智能优化研究进展,总结了“人-机-环境”共融的工业数字孪生系统基本特征,建立了系统参考架构。然后,提出了“人-机-环境”共融的工业数字孪生系统智能优化方法与关键技术体系,主要包括数据驱动的快速动态建模与仿真方法、基于生成式人工智能(AI)的数字孪生快速建模方法、多模态感知与智能交互方法、虚实同步映射与模型校正方法、基于分布式计算的运行优化控制方法、“人-机-环境”安全监测与态势感知方法和基于AI agent的系统自学习与优化控制方法等。最后,通过典型案例展示了智能优化方法的应用效果。所提出的工业数字孪生系统智能优化方法为实现智能制造过程中的“人-机-环境”共融提供了重要支撑。

基于哈肯模型的中国能源-经济-环境系统演化机制分析

基于协同学理论，运用哈肯模型，建立了能源-经济-环境（energy—economy—environment，3E）系统的演化方程，并以中国的30个省份为样本，分别对我国3E系统在2000-2005年和2005-2010年两个阶段的演化机制进行了实证分析，结果表明能源效率是3E系统演化的序参量，深刻影响着大气污染物排放强度的降低，是决定3E系统可持续发展与否的关键因素，在演化过程中能源效率的提高与污染物排放强度的降低之间还未形成协同效应，说明我国节能和减排还未形成相互促进的良性互动机制，节能减排工作中，除了关注经济效率指标外，更应关注环境效率指标，特别是能源消耗的环境效率指标。

人-飞机-环境系统模拟中数学模型的研究与分析

通过对人 飞机 环境模拟仿真技术中人操作者的数学模型及“人 飞机 环境”操纵系统的数学模型的研究 ,具体分析了人的传递函数模型、最佳控制模型、模糊控制模型的适用范围及优缺点 ,并在对“人 飞机 环境”操纵系统的数学模型、性能指标进行分析后 ,提出了确定驾驶员和飞机之间最佳匹配的“人 飞机 环境”操纵系统计算机模拟综合评估系统 ,从而使人们一开始设计飞机时就考虑驾驶员作用 ,减少设计盲目性 ,缩短设计周期。尤其在目前 ,先进技术的广泛应用使飞机出现一些非常规的运动 ,故更需进行人 机闭环综合分析 ,才能做到各系统功能合理分配 ,充分发挥飞机的整体效能。

电力系统电磁暂态仿真中异步电动机的机-网解耦模型

电力系统电磁暂态仿真中,常用异步电动机模型来代表动态负荷模型。然而,由于异步电动机数量众多和电机-电网接口方法的局限性,传统异步电动机模型很难兼顾仿真效率和数值稳定性。针对这一问题,该文提出一种用于电力系统电磁暂态仿真的异步电动机负荷解耦(induction motor load decoupling,IMLD)模型。该模型结合异步电动机等效电路和LC传输线时延,构造出具有天然时延的电机-电网解耦接口,从而将异步电动机与外部电网解耦,异步电动机的迭代求解过程无需与外部电网同步求解。根据负荷节点给定的潮流有功和无功功率,通过求解等效电路方程并配置IMLD模型参数,使仿真功率结果与潮流计算给定负荷节点功率相匹配。测试算例结果表明,所提IMLD模型可有效减少网络方程迭代次数,同时具备较高准确性和仿真效率,且具备良好的数值稳定性。

环硅酸锆钠联合肾素-血管紧张素-醛固酮系统抑制剂治疗慢性肾脏病的机制和效果的研究进展

肾素-血管紧张素-醛固酮系统抑制剂(RAASi)能够延缓慢性肾脏病(CKD)的进展,但常因易引起高钾血症而受到限制。而新型口服钾结合剂环硅酸锆钠(SZC)与RAASi联合治疗可快速降低CKD患者血钾水平,并改善CKD患者肾功能。然而,两者联合治疗CKD的作用机制尚未完全阐明。因此,本文主要讨论SZC与RAASi在单独使用或联合使用时对CKD的作用机制及治疗效果,旨在为CKD患者提供更优化的治疗方案。

程潮矿业公司链篦机-回转窑-环冷机系统平衡考察与分析

为了了解程潮矿业公司球团厂链篦机-回转窑-环冷机系统三大主机的热工状态,对系统的物料、风量及热量平衡进行了考察与分析,并为优化现场热工制度提出了合理建议。结果表明,链篦机机漏风率为10.86%,链篦机、回转窑和环冷机热损失率分别为5.38%、12.09%和1.87%,需针对风箱和烟罩密封性进行检修,降低漏风率和热损失,对回转窑内耐火砖进行实时监测,定期更换破损耐火砖,降低窑内散热。

基于人-机-环境混合系统的AVE模型及CFS适配性研究

在分析敏捷虚拟企业构成关键要素的基础上 ,针对其构成及实施环境的混合集成性特点 ,提出了人 -机 -环境混合AVE系统模型和核心功能结构 (CFS)的观点 ,并分析了其实际的可装配性 ,为敏捷虚拟企业的构成与实施提供了可行性依据。

混凝土坝施工场景人-机-环多要素识别方法

混凝土坝施工空间狭窄、工序转换不断、人员-机械-环境(人-机-环)等要素繁多,而且存在要素遮挡、密集重叠、尺寸和方向各异等情况,导致传统机器视觉目标识别方法难以满足复杂施工现场目标识别要求。因此,本文提出混凝土坝施工场景人-机-环多要素识别的YOLOv5-SS新方法。通过插入CBAM注意力模块,改进目标检测器的性能,增强目标检测器对不同尺寸和位置的人-机-环要素敏感性;同时融入加权双向特征金字塔网络(BiFPN),使得目标检测器聚焦于实时人-机-环要素等关键图像信息。为验证所提方法识别能力,以混凝土拱坝施工现场的图像信息为基础数据集,通过对比YOLOv5-SS、YOLOv5和Faster R-CNN等模型,验证了所提方法能有效提高混凝土坝施工场景中各类目标的效率和精准度。

基于模型预测控制的光-氢-储耦合系统的功率优化分配方法研究

针对光伏发电存在间歇性和波动性问题,对光—氢—储耦合系统的控制策略进行研究,提出一种模型预测控制(MPC)的“光—氢—储”功率分配方法。首先,构建出光—氢—储耦合系统的整体结构,其中,氢能源系统包括PEM电解槽、氢燃料电池和储氢罐,其次,根据光—氢—储耦合系统的功率平衡方程,构建出状态空间模型,以PEM电解槽功率、氢燃料电池功率作为控制量,明确系统中的多种约束条件,将MPC优化问题调整为二次规划(QP)问题进行求解,利用s-function函数模块构建MPC控制器,完成了系统的闭环仿真。通过仿真分析,验证了所提MPC实时功率分配方法的有效性。

人-机-环系统安全风险模型研究

对人-机-环系统安全风险模型进行了研究。基于对事故致因理论的研究,提出了以系统历史行为案例记录数据为依据,建立系统初始状态-安全后果的知识表达模型;探讨了由于知识粒度导致的人类对系统初始状态与安全后果之间映射关系认知的随机性问题,从而引入安全风险的概念,并由此建立了人-机-环系统安全风险模型,作为依据安全事件历史数据评估人-机-环系统安全风险的方法;以飞行活动系统中飞行员的安全风险评估为例,对该安全风险模型进行了实例验证。

中国金融机构的短期风险传染及长期关联因素动态结构分解——基于DCC-MIDAS模型的证据

探究机构间过度关联是防控系统性风险大面积爆发的关键,但金融机构间不可避免地存在长期关联,同时金融危机会触发机构间短期的风险传染。采用DCC-MIDAS模型,借助动态条件相关系数分解法,在统一框架下研究关联的长期和短期特征。通过短期关联的时变性和持续差异以及长期关联的敏感因素分析,探究中国金融体系在两个结构变化阶段,机构间风险传染范围、持续性以及金融机构间长期关联的宏观和微观特征。研究发现,机构间的冲击传染具有暂时性,随着中国金融机构的多元化,其传染幅度和持续性均有所下降。机构间的规模、杠杆差异能降低机构间的长期关联并间接降低冲击传染幅度,随着中国金融机构市场化程度的增强,长期关联受到市场因素影响程度增加。建议将机构差异化作为风险控制策略的参考因素,并检测和调控市场指标对关联程度的影响,防止机构形成过高的长期关联,以控制未来冲击中可能造成的风险传染。

导弹人-机-环系统安全行为动态仿真模型

为了研究组织因素对地空导弹人-机-环系统研制、生产和使用部署中人为差错的影响,在构建组织视角下系统人员安全行为分析框架的基础上,建立了基于直觉模糊有序加权算子和模糊认知图的直觉模糊认知图模型,并进行模拟仿真,揭示了组织因素对地空导弹人-机-环系统人员感知行为、决策行为以及执行行为的影响机理。结果表明,该模型能够很好的描述组织因素影响地空导弹人-机-环系统安全行为的动态机理。

基于SI-SB系统安全模型的多层级边缘智能管控模式

为探索信息化、智能化技术赋能下的创新型安全生产管控模式,从安全信息学的角度分析安全管控过程中的信息流动特点,提出安全生产多层级边缘智能管控模式;基于安全信息-安全行为(SI-SB)系统安全模型分析安全管控过程中安全决策偏差和滞后的机制,提出安全管控系统性能改进的思路;结合安全生产组织管理体系特点和数字化技术优势,阐述数字化技术在信息感知传递、安全信息解释和安全行为引导等3个方面的赋能依据,以及数字化感知、智能化决策和多层级管控等3个方面的赋能途径,并提出具备智能决策、敏捷响应、弹性扩展和人机协同特点的安全生产多层级边缘智能管控模式;在紧急事件、短周期管控、长周期管控3类场景中,对应用智能管控模式前后的安全事件响应进行时效性计算和对比。结果表明:所提出的多层级边缘智能管控模式能够显著提高安全管控效能。

基于启发-系统式模型的辟谣短视频传播效果影响因素研究

短视频辟谣的关键在于提升辟谣信息传播力。为此,分析辟谣短视频的内容设计与发布技巧对传播效果的影响,可以提升辟谣短视频传播效果,深化网络信息生态治理。本研究对抖音短视频平台上965条有效官方辟谣短视频进行人工编码,基于启发-系统式模型(heuristic-systematicmodel,HSM),将启发式线索(辟谣短视频发布技巧)和系统式线索(辟谣短视频中枢内容、边缘内容)进行短视频平台内的情景化,以点赞数、评论数、收藏数以及分享数作为衡量传播效果的指标,分析启发-系统式线索对辟谣短视频传播效果的影响。回归分析结果表明,对于点赞数,启发式线索中的主题类型,以及系统式线索中的信息完整度、信息独特性、标题符号与模态多样性具有显著影响;对于收藏数,启发式线索中的时长、发布时间段、主题类型与背景音乐波动性,以及系统式线索中的信息完整度、信息独特性、标题样式与标题符号具有显著影响;对于评论数,启发式线索中的发布时间段与背景音乐波动性,以及系统式线索中的信息独特性与标题符号具有显著影响;对于分享数,启发式线索中的发布时间段与联动性,以及系统式线索中的信息独特性与信息陈述方式具有显著影响。本研究延展了辟谣短视频的研究角度,拓展了启发-系统式模型的研究情境,明晰了辟谣短视频传播效果的影响因素。

机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究

为了研究机床主轴系统在高速运转情况下的动态性能变化,建立了一种主轴-轴承系统的热-力耦合模型,该模型包括了主轴转子和轴承模型.采用有限元法得到主轴转子模型,该模型考虑了主轴的离心效应、陀螺力矩和轴承刚度软化效应.通过对Jones非线性轴承模型进行改进获得了轴承模型,它考虑了主轴与轴承的初始装配过盈量、离心力、温升等因素导致的轴承内圈径向变形及预紧力的变化.理论仿真结果表明:轴承内圈离心膨胀以及内外圈热膨胀会导致轴承刚度增大,而对于背靠背的轴承配置形式,热诱导预紧力会导致轴承刚度减小.此外,主轴离心效应比轴承的刚度软化对主轴-轴承系统动态特性的影响更明显.

潜艇内部人-机-环境系统的多级模糊综合评判

潜艇是一个典型的、庞大的、复杂的人 -机 -环境系统 ,对潜艇的设计方案运用人机工程原理进行评估 ,建立相应的评价体系 ,对于充分发挥人员和机器的效能 ,提高潜艇的可靠性都具有非常重要的意义 .由于人 -机 -环境系统存在很多具有模糊性的难以模型化的概念和因素 ,所以文中运用多级模糊综合评判的方法 ,根据人机工程学的原理选择了评价因素 ,采用专家调查的方法确定隶属函数 ,对通常状态下潜艇内部人 -机 -环境因素进行分析并得出相应的评判结果 .评判结果说明了模糊综合评判方法在设计、评判潜艇人 -机 -环境系统的时候是一种简单、经济。

刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型仿真与试验

为解决刮板输送机传统异步驱动系统因减速器而造成的传动效率低、故障率高、可靠性低等问题,基于永磁同步电机设计了1套输送量可达1500万t/a的刮板输送机永磁直驱系统,并匹配计算了所需的永磁同步电机功率、转速以及变频控制器容量。根据永磁直驱系统与刮板输送机之间的机-电耦合关系,利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建刮板输送机永磁直驱系统的机-电耦合模型,仿真分析了永磁直驱系统在空载启动、满载运行、多边形效应等多种工况下永磁同步电机的输出转速、转矩、三相电流以及刮板链的速度、加速度、张力等动态特性变化规律。仿真结果表明,永磁直驱系统在刮板输送机启动及负载变化时能够快速响应且比较准确,由于减少了减速器的柔性缓冲,电机输出转速与转矩对负载突变响应波动较大;永磁直驱系统的动态响应在突变负载下与突变量成正相关关系,应当从驱动系统控制算法的优化角度出发减小波动,改善其性能;多边形效应影响系统速度控制的稳定性,机头链轮啮合处的链条更易受到多边形效应的影响。搭建小功率永磁同步电机直驱模拟试验台架,将仿真得到的机械负载特性曲线等效处理后通过测功机加载输入,开展了刮板输送机永磁同步电机直驱系统的模拟驱动试验。试验结果表明,台架试验测得的永磁同步电机动态特性曲线与对应仿真试验得到的永磁同步电机动态曲线的变化规律基本一致,从而从侧面验证了笔者所建立刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型的正确性。

人-车-路闭环系统驾驶员模型参数辨识

基于在驾驶模拟器上进行的人-车-路闭环系统仿真试验,使用全局演化局部寻优的辨识算法,对驾驶员模型进行参数辨识。通过大量的实际驾驶人员的试验数据,辨识出各种水平的驾驶员模型参数,为改进智能车控制系统的设计提供了依据。利用辨识得到的驾驶员模型和车辆模型进行了人-车-路闭环系统的双移线与蛇行线仿真,仿真结果与试验数据具有很好的一致性。

计及燃气-蒸汽联合循环机组的热电联合调度模型

为了解决北方城市冬季供暖期的空气污染问题,我国正积极发展"煤改气"技术,将传统的燃煤热电机组改为燃气热电机组。建立了燃气-蒸汽联合循环机组的数学模型,并以系统成本最低为目标函数,构建了包含燃气-蒸汽联合循环机组的热电联合系统调度模型。分析了燃气-蒸汽联合循环机组替换传统热电机组后,燃气-蒸汽联合循环机组比例变化、风电渗透率不同对电网弃风率的影响。算例分析表明,燃气-蒸汽联合循环机组替换常规热电机组虽然增加了运行成本,但有利于电网消纳弃风。

基于IVM-AHP的人-机-环耦合系统应急救援脆弱性分析

为减少应急救援次生事故的发生,提高该过程人-机-环耦合系统的鲁棒性,有必要对应急救援进行脆弱性分析。在改进的脆弱性模型(IVM)定性分析的基础上,通过解析事故现场应急救援脆弱性的影响因素,并运用层次分析法(AHP)计算脆弱性影响因素对事故应急救援的相对权重,从而得出导致应急救援脆弱性的关键因素排序。结果表明:事故致死范围、设备内介质危险性、设备自身可靠性、周边环境中的危险源、紧急停车可靠性等因素对应急救援脆弱性有关键性的影响。