“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。

太阳能空调系统设计中人-机-环境关系的优化与分析

传统空调系统的使用需要花费大量的常规能源,由此给能源和环境带来很大压力。解决的途径之一是利用太阳能驱动空调机。随着太阳能应用技术的日益成熟,太阳能空调系统进入小康住宅的比例将会越来越高。然而,太阳能空调的大量使用也会带来一系列人-机-环境关系问题。本文运用人-机-环境系统工程理论,以谋求人、机、环境三大要素最佳综合效益为目标,对系统各要素及其相互关系进行了分析,指出了优化三要素之间关系的方向。

基于新型旋转-直线往复机构的切片机设计分析及参数优化

针对现有糕点切片机切片效率和质量低下的问题,进行基于新型旋转-直线往复机构的切片机设计分析及参数优化。首先对切片机构型设计及椭圆导轨长短径比和转速进行计算,然后进行运动学和静力学分析,接着分别在不同长短径比和转速动力学仿真分析基础上,构建切刀的加速度均值和均方根值三次多项式拟合方程作为目标函数,利用NSGA-Ⅱ遗传算法进行长短径多目标参数优化及转速择优,最后搭建样机完成不同转速对比实验及玉米饼切片性能测试。结果表明,最优长短径和转速分别为190 mm、120 mm和20 r/min,优化后切刀效率提高75%,切刀进刀加速度的最大和平均误差分别减小26%和49%,退刀加速度的最大和平均误差分别减小60%和63%,玉米饼切面整齐美观,验证了设计的可行性。

工业设计中“人-机-环境”因素分析及其产品人机关系综合评价

在分析工业设计中“人机环境”因素的基础上，首次提出了产品人机关系的评定原则和评价体系，应用模糊理论建立了产品人机关系的综合评价模型，并对数控机床的人机关系进行了科学的评定。

基于猎人-猎物优化支持向量机的光伏阵列故障识别研究

为提升光伏电站的运行效率,对光伏阵列的故障识别方法展开了深入研究,并建立基于猎人-猎物优化支持向量机(HPO-SVM)的故障识别方法。该方法以光伏阵列模型的5个参数作为故障特征向量对光伏阵列的故障进行识别,基于仿真数据和实验数据评估该方法的有效性和可靠性。在基于仿真数据进行故障识别时,HPO-SVM的识别准确率达到了99.5556%,十折交叉验证的平均准确率为98.2641%。与支持向量机(SVM)相比,HPO-SVM的准确率分别提高了8.4445%和8.6086%。在基于实验数据进行故障识别时,HPO-SVM的识别准确率达到了98.0645%,十折交叉验证的平均准确率为94.2995%。相较于SVM,HPO-SVM的准确率分别提高了7.7419%和4.5702%。结果表明,HPO-SVM对光伏阵列的故障识别具有较高的准确度、可靠性,并具有良好的泛化性能。

基于技术-组织-环境(TOE)与整合型科技接受模式(UTAUT)的智慧工地发展影响因素分析

智慧工地利用信息技术和可视化平台为建设项目提供精准的工程模型设计,通过智能化管理监督能够实现高效的协同工作和优化生产,但当前智慧工地的普及度和智慧化程度较低,且未实质运行。为此,利用技术-组织-环境(TOE)与整合型科技接受模式(UTAUT)组合模型,基于文献数据、政策文本和访谈文本,运用扎根理论的编码方法识别出智慧工地发展的影响因素,同时综合使用DEMATEL-ISM方法对各影响因素之间的层次关系进行研究,探究各因子的影响程度并使其结构层次化。结果表明:核心技术成熟度、现场软硬件设施、产需匹配度和物料设备智能化管理等组织采纳因素是影响智慧工地发展的直接因素;智慧工地的战略目标规划和人员专业化程度是影响智慧工地发展的根本原因,其中人员专业化程度影响程度最大。基于此,政府有关部门应制定合适匹配智慧工地发展的战略目标及战略规划,并通过推广职业认证以提高工作人员的专业素质。

基于人-机-环境系统工程理论的汽车空调系统的分析与优化

人-机-环境系统理论是近些年发展起来的一门新兴学科，已在诸多领域得到广泛应用。本文基于这一理论对汽车空调系统的设计、运行与维护进行分析与优化，使驾乘人员、汽车空调系统、环境三者达到最优化状态，以期获得“安全、高效、经济、舒适”的系统。

基于HMFDE和t-SNE的旋转机械故障诊断方法

针对旋转机械的故障特征提取较难,以及单一类型的特征无法全面反映故障特性的问题,提出了一种基于混合多尺度波动散布熵(HMFDE)、t分布-随机邻域嵌入(t-SNE)和郊狼优化算法(COA)优化极限学习机(ELM)的旋转机械故障诊断方法。首先,采用特征加权提出了混合多尺度波动散布熵方法,并将其用于提取旋转机械振动信号的故障特征;随后,采用t-SNE方法对混合故障特征进行了特征降维,挑选出了最能够反映故障特性的特征子集,构建了敏感特征样本;最后,采用郊狼优化算法对极限学习机的输入权重和隐含层阈值进行了优化,完成了旋转机械的故障识别和分类;以齿轮箱和滚动轴承故障数据集为对象,对基于HMFDE、t-SNE和COA-ELM的故障诊断方法进行了实验,验证了方法的有效性。研究结果表明:采用HMFDE-t-SNE-CAO-ELM故障诊断方法可以取得100%的故障识别准确率,该方法能够有效地诊断旋转机械的不同故障类型和损伤;相较于基于单一类型特征的故障诊断方法,其准确率分别可以提高0.68%、22.42%、29.18%(齿轮箱)和1.43%、8.23%、23.67%(滚动轴承),虽然牺牲了一定的计算效率,但准确率得到了明显的提高;相较于其他常规故障分类器,COA-ELM的故障识别准确率具有明显的优势。

偏心齿轮-非圆齿轮行星系取苗机构的运动学建模与参数优化

针对目前蔬菜移栽作业中半自动移栽机需要人工喂苗、工作效率低等缺点,以及日本自动移栽机的复杂结构、高制造成本和工作效率不高等问题,设计了一种应用于蔬菜钵苗自动移栽机的偏心齿轮-非圆齿轮行星系自动取苗机构。在分析该旋转式自动取苗机构的结构特点和工作原理的基础上,建立了机构的运动学模型,开发了基于Visual Basic6.0的计算机辅助分析与优化软件对机构的结构参数进行优化。通过人机交互优化方法,得出了结构参数对取苗臂尖点运动轨迹和优化目标的影响规律,进而优化得到满足蔬菜钵苗自动取苗要求的机构结构参数。

应用模糊c均值聚类获取土壤制图所需土壤-环境关系知识的方法研究

在没有土壤普查专家及土壤图的地区,获取土壤环境间关系的知识是基于知识进行预测性土壤制图中的关键问题。本文建立了一套应用模糊c均值聚类(Fuzzyc-means,FCM)获取土壤环境间关系知识的方法:得到对土壤形成发展具有重要作用的环境因子,建立环境因子数据库;对环境因子进行模糊聚类,得到环境因子组合隶属度分布图;根据隶属度值确定野外采样点;将环境因子组合与土壤类型对应,进而提取土壤-环境关系知识。为检验该方法的有效性,应用所得知识进行土壤制图,通过独立采样点对土壤图进行精度评价。本文在黑龙江鹤山农场一个研究区的应用结果表明,该方法仅需要少量的野外采样即可获得有效的土壤-环境关系知识,为预测性土壤制图提供必需的依据,同时也显著提高了野外采样的效率。

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。

基于土壤-环境关系的更新传统土壤图研究

传统土壤图是流域管理、生态水文模型所需土壤空间分布信息的主要数据源。然而,受传统制图技术和基础数据质量所限,传统土壤图的空间详细度和属性精确度并不高。随着地理信息技术的发展,如何利用可获取的高质量空间数据和现代空间分析技术来更新传统土壤图显得十分必要。基于传统土壤图中的土壤多边形与通过模糊聚类所得环境因子组合之间存在着对应关系这一假设,本文提出了一种从传统土壤图中提取土壤-环境关系知识并利用该知识更新传统土壤图的方法。该方法包括四个步骤:对环境数据进行模糊c均值聚类获取环境因子组合;利用传统土壤图建立环境因子组合与土壤类型间的对应关系;提取土壤-环境关系知识;进行土壤推理制图。将该方法应用于加拿大New B runsw ick省的W akefield研究区,以更新该区现有的1∶20 000的传统土壤图。应用结果表明:更新后的数字土壤图显示了更详细的空间分布信息;经野外独立验证点验证,所得土壤图(制图单元为土壤组合-排水等级)精度高出原土壤图约20%。因此,该方法是一种有效的更新传统土壤图的方法,可增加土壤图的空间详细度、提高土壤图的属性精确度。

人-机-环境系统工程安全分析与评价研究

分别从"人"、"机"、"环境"的角度,定性分析了在生产过程中影响三者安全性的主要机理及其对整个人-机-环系统的安全影响,并同时分别建立了三者的安全性数学模型,最后以这些模型为依据,以济钢集团的一个生产车间的现场所测数据为基础,对人-机-环境系统工程进行了定量的分析,取得了良好的效果,为生产现场的安全分析、评价和管理工作提供了依据。

基于ADAMS的机-液耦合举升机构的优化设计

以ADAMS软件为平台,利用ADAMS/View模块和ADAMS/Hydraulics模块建立了平行杆翻转液压举升机构的机-液耦合仿真模型,并以液压系统的油缸最大举升力为优化目标对举升机构的机-液耦合模型进行优化设计,得到了液压缸安装支点的最佳布置方案以及合适的液压泵流量.经过优化的举升机构,油缸举升力和举升平台的速度随举升角的变化幅度变得平缓,且油缸的最大举升力显著下降.

基于EEMD峭度-相关系数准则的多特征量风电机组轴承故障诊断

针对风力发电机组轴承故障振动信号具有高噪声、非线性、非平稳的特性,提出了一种集成经验模态分解与峭度-相关系数准则和多特征量提取的风电机组轴承故障程度的诊断方法。利用集成经验模态将振动信号分解成若干个本征模态分量,采用峭度和相关系数准则选取一组包含信息量最丰富的分量,对该组分量从时域指标、自回归模型参数矩阵的奇异值和能量熵3个角度的变化中提取和构造多特征量矩阵,输入支持向量机建立故障程度不同的多分类预测模型,优化核参数和惩罚参数取得轴承故障程度最佳预测精度。通过实验室数据验证了该方法是一种可行的风电机组轴承故障诊断方法,可实现对风电机组轴承故障早期处于的轻度、中度和重度等3种相对故障程度的准确分类和识别。

定量结构-性质/活性关系在分析和环境化学中的进展及应用

定量结构-性质/活性关系(QSPR/QSAR)是目前国际上一个比较活跃的研究领域。该方法将理论计算方法和各种统计分析工具相结合,研究系列化合物的结构与其生物活性和各种物理化学性质之间的定量函数关系。QSPR/QSAR不仅可以建立预测化合物的各种理化性质以及生物活性的理论模型,而且可以发现和确定对化合物的各种性质起决定作用的结构因素,从而在分子水平上了解物质的微观结构对各种宏观性质的影响,该研究方法已在很多领域得到了广泛应用。本文简要介绍了定量构效关系的发展历史及其在分析化学和环境化学中的应用研究。

可调螺距螺旋桨舰船船-机-桨优化匹配

近年来,我国装备调距桨的舰船越来越多,但在调距桨的实际使用过程中还存在着船-机-桨难以全面实现优化匹配的情况,从而不能发挥调距桨的优势。基于船-机-桨的关系,结合调距桨的特点,提出了调距桨舰船任意负载下的最大允许航速以及减小油耗的计算方法,为该类舰船实现船-机-桨的优化匹配提供了参考。

城乡结合部人-环境系统关系研究综述

城乡结合部往往是人-环境系统关系最严峻的地区之一。20世纪80年代以来,城市扩张在城乡结合部所引起的生态环境效应受到了越来越多研究者的关注。城乡结合部土地利用/覆盖变化的监测、模拟及其驱动力分析,自然与农业生态系统的演变与调控,以及环境污染等逐渐成为研究热点。众多研究证实了人类活动干扰下城乡结合部环境系统的脆弱性,生态退化和环境污染往往十分严重。城乡结合部环境系统的演变对人类社会经济系统的反馈影响也受到一些研究者的关注。研究认为城乡结合部自然和农业生态系统的丧失不仅危及到当地居民的生计,也对当地社会资本造成影响,并有可能引发一些社会矛盾。目前,针对城乡结合部人-环境系统关系的研究,多采用单学科的方法进行,系统的综合性研究还较少,难以揭示该区域人-环境系统错综复杂的交互作用关系;在研究尺度上,往往从宏观或中观尺度入手,研究城乡结合部的外部力量对环境系统的影响,微观尺度上的个体和地方力量很少被关注。未来有必要进一步加强该区域人-环境系统关系的跨学科、多尺度的综合性研究。

矿井通风"人-机-环境"系统可靠性研究

矿井通风系统是矿井生产系统的重要辅助系统,其可靠性高低对矿井生产和安全管理有着直接的影响。在其生命周期中与其它子系统共同孕育发展,也是人机环境系统相互作用而构造的整体结果。对由人、机与环境组成的通风系统可靠性,除了研究机的可靠性之外,还应该对人和环境的可靠性进行全面而深入的探讨。用可靠性工程方法、从人机工程学的角度对矿井通风系统可靠性进行研究,给出了矿井通风"人-机-环境"系统可靠性的定义和数学模型。指出只有对系统进行全面分析,才能有效提高矿井通风系统的可靠性。

基于GA的ε-支持向量机参数优化研究

ε-支持向量机(ε-Support Vectorreg ression Machine,SVM)是一种非常有前景的学习机器,它的回归算法已经成功应用到解决非线性函数的逼近问题。但ε-SVM参数的选择大多数是依靠经验选取,这不仅依赖于计算者的水平,还不能获得最佳函数逼近效果,很大程度上限制了该算法的发展。提出了基于遗传算法的ε-SVM参数选择方法。将该方法应用于测试函数,表明预测精度高,具有一定的推广意义。