基于数字孪生和深度学习的结构损伤识别

土木工程实际结构损伤状态的时间跨度通常只占总生命周期的一小部分。为解决传统基于数据驱动的结构损伤识别方法缺乏足够多的损伤训练数据的问题,提出结合数字孪生和深度学习的结构损伤识别方法,并应用于实际工程。该方法利用数值仿真模型和在线监测数据构建结构的数字孪生,以获得不同损伤工况下结构动力响应的“大数据”;为了摆脱对外激励信息的依赖,应用经验模态分解法和传递率函数对得到的数据进行预处理;将预处理后的固有模态传递率函数数据作为深度学习的输入进行训练,实现结构的损伤识别。为验证方法的有效性,对实际结构未经训练的监测数据进行分析,结果表明,该方法泛化能力良好,能够有效识别结构损伤状况。通过数字孪生技术解决了传统方法数据匮乏的问题,不需要任何地震信息,利用固有模态传递率函数数据训练的深度神经网络仍能保持较高的损伤识别准确率,二者结合可以使工程结构健康监测更为主动、可靠、高效。

数字孪生下的液压缸机械运行位置自动控制

液压缸机械系统非线性特征复杂,机械运行行为特征不明确,位置控制结果存在偏差,对此,该文提出数字孪生下的液压缸机械运行位置自动控制方法。连续检测液压缸机械系统运行状态,构建非线性状态方程,对比实际测量数据与输出数据的差异,选取RBF核函数与支持向量机,机械运行位置变化量,描述机械运行行为特征,建立位置控制目标函数,将最高适应度值对应的位置点自动更新为副本位置点,引入猫群算法求解目标函数,对位置控制目标函数的全局最优解展开更新,实现液压缸机械运行位置自动控制。实验结果表明,所提方法应用后,位移检测曲线与实际位移曲线之间的偏差较小,且在恒负载工况下和变负载工况下,位移稳态误差均较小,说明其机械运行位置自动控制结果精度高、控制效率高、控制精度高。

安氏Ⅱ类错[牙合]畸形佩戴Twin-block矫治器时上颌骨的应力分布

背景:Twin-block矫治器常用于安氏Ⅱ类错[牙合]畸形的矫治,其刺激下颌骨生长的作用机制已得到许多研究证实,但对上颌骨生长的影响尚不清楚。目的:通过有限元法分析安氏Ⅱ类错[牙合]畸形患者佩戴Twin-block矫治器时上颌骨复合体、周围骨缝及上颌牙列的应力分布。方法:选择在山东省康复大学青岛医院/青岛市市立医院口腔正畸科进行正畸治疗的安氏Ⅱ类错[牙合]畸形患者1例,测量患者佩戴Twin-block矫治器时的咬合力数据,采集其锥形束CT数据,建立包含上颌骨复合体、周边各骨缝、Twin-block矫治器及上颌牙列在内的有限元模型,通过ABAQUS软件模拟患者戴入Twin-block时上颌骨、骨缝及上颌牙列的应力分布与位移。结果与结论:①上颌前牙受到的等效应力明显小于后牙,两侧牙齿的最大等效应力分别为4.7975 MPa和8.7161 MPa,均位于第一前磨牙处;最大位移呈现在两侧上颌切牙处,分别为0.0805 mm和0.0810 mm;②骨缝的最大等效应力为1.284 MPa,主要集中在两侧翼腭缝及额颌缝,其余骨缝受力情况几乎无差异;骨缝的最大位移为0.07 mm,其中翼腭缝的位移量最大,其次是额颌缝;③上颌骨复合体受到的最大等效应力为27.18 MPa,主要集中在上颌骨前面梨状孔两侧、鼻额缝周边及颚骨后部翼腭缝附近;上颌骨的最大位移值为0.07 mm,主要集中于上颌牙槽骨;④结果显示,咬合力通过Twin-block矫治器作用于上颌骨复合体,导致上颌骨顺时针旋转、牙合平面变陡,应采取相应措施补偿这种趋势,例如建牙合过程中考虑上颌磨牙伸长、下颌磨牙压低,不仅能够将牙合平面整平,同时有利于下颌前伸,这将进一步提高Ⅱ类错[牙合]正畸治疗效果。

数字孪生架构下的智慧微电网多智能体协调优化控制技术研究

随着智能体(微源)的不断接入,为了更好地协调控制微电网,提高经济效益,提出一种数字孪生架构下的智慧微电网多智能体协调优化控制技术。首先借助数字孪生架构设计控制技术框架,在该数字孪生架构下,以微电网运行成本和环境维护成本组成目标函数,以经济支出最少为目标,建立一个协调优化控制模型。然后为了保证微电网的稳定运行,在供需平衡约束、智能体电压约束、爬坡约束、运行容量约束、交易功率约束5个条件下,利用改进粒子群算法实现模型求解,得出智慧微电网多智能体运行优化方案。结果表明:协调优化控制技术应用后较应用前经济支出更少,由此证明所提技术达到了协调控制效果,减少了经济支出。

基于QFD打造5G+数字孪生智慧药学生态圈

目的通过探讨将创新型品管圈手法应用于药学服务优化,根据需求设计药学服务模式,对药学服务质量进行提升。方法利用创新型品管圈10大步骤,通过多维质量管理工具进行质量功能展开(QFD),以“质量屋”等形式对药学服务需求进行多层次预演,同时结合PDCA循环管理工具,对活动改善前后进行药学相关服务效果进行评价分析。结果活动实施后获得多个内容的改善,包括门诊药房患者发药时间由16 min降低至8 min,静脉药物配置中心成品输液配置时间由15 min降低至7 min,手术药房特殊管理药品报表自动生成数由2份提升至6份,药剂科各部门每日医嘱审核时间由80 min下降至20 min,药学服务数字化模块完善率由65.23%提升至80.34%,多维质量工具应用率由60.00%提升至93.00%等,同时还获得多项附加效益以及无形成果。结论采用QFD结合PDCA循环的管理模式,可以有效重建药学服务管理模式,同时有效推进药学服务的科学化、精细化管理。

槲皮素对挤压大米淀粉结构及功能特性的影响

为改善挤压大米淀粉的功能特性,以米粉为主要原料,探究了不同槲皮素(quercetin,Q)添加量(0~10%)在挤压场下对米粉中淀粉的水溶性、吸水性、糊化特性等功能特性的影响。在此基础上,借助扫描电子显微镜(scanning electron microscopy)、X-射线衍射、红外光谱、及紫外可见光分光光度计揭示了Q在挤压场下对淀粉结构的演变规律。试验结果表明:当Q添加量为4%时,样品的吸水指数、碘结合能力均达到了最大值,且自由水弛豫时间提前;挤压体系中Q与淀粉通过氢键结合,颗粒结构变得更加立体、紧凑。与挤压米粉相比,槲皮素的添加延缓了淀粉的回生且提高了淀粉的热稳定性。根据以上结果可知,挤压体系中Q与大米淀粉复合,促进了淀粉分子链重排,进而改变淀粉的结构及功能特性,该研究可为开发抗回生的挤压大米淀粉基产品提供理论依据。

加快川渝毗邻地区功能平台建设促进成渝地区双城经济圈高质量发展

在成渝地区双城经济圈建设的重大战略决策驱动下,四川和重庆已进入高质量融合式发展新阶段,两省市毗邻地区成为一体化发展前沿阵地。以十大功能平台为抓手,推进成渝地区双城经济圈一体化发展,需要进一步强化多层次规划政策的融合和协同,加快多主体利益机制的构建和实施,提高多方面基础支撑的效能和合力。

数字孪生技术在航空发动机制造中的应用研究

本文阐述了数字孪生技术的概念内涵,分析了航空发动机制造的特殊性,提出数字孪生技术可以有效解决当前制造过程中的技术难题,提高效率和质量。文中分析了数字孪生技术在发动机设计、试验、制造和维护环节的具体应用,并构建了完整的功能架构,包括数据采集、存储、分析、优化、控制等模块。总体而言,数字孪生技术为航空发动机的全生命周期管理提供了有力支持,是实现制造过程优化的重要途径。

近邻密度辅助模糊优化孪生支持向量机的钢板表面缺陷分类

为提升钢板表面缺陷分类精度,提出一种选择性弱化样本的分类模型。首先,在图像预处理阶段引入显著性检测算法来减少二值化后图像出现失真的影响;其次,为了降低不利的边缘样本点对模型的影响,同时又能提高有利的边缘样本点对模型的贡献,构造了一种新的密度模糊隶属度函数对样本进行权重赋值;最后,在孪生支持向量机(TWSVM)的基础上,将构造的密度模糊隶属度函数作为优化条件嵌入模型内,提出了近邻密度辅助模糊优化的TWSVM算法,以提高分类效果。在数据集NEU上的实验结果表明,引入显著性检测算法后,重新设计的特征在整体准确率上提高了1.66%,同时采用优化后的算法进行缺陷分类,准确率达到98.33%,进一步提高了分类性能。

基于数字孪生的主动电网设备状态推演方法

主动电网的动态变化、网络异构和信息庞杂等特性给孪生体的高精准度映射带来了巨大挑战。为解决数字孪生主动电网的高精准度映射问题,提出了一种基于径向基函数神经网络的设备状态推演方法。方法通过建立径向基函数神经网络的电网设备状态监测器,获取正常负荷下的残差数据,并计算设备负荷系数。然后,利用基于马氏距离的相似矩阵识别设备的运行环境,并调用相应的设备推演模型,实现对复杂工况下设备状态的精确推演。实验证明,上述方法的设备状态推演准确率高达92%,满足数字孪生主动电网的要求,为电网智能调控和精确规划提供了基础信息,同时为电网数字化建设提供了理论参考。

流域防汛智慧化总体框架建设及实施路径研究

为大力推进智慧水利和数字孪生流域建设,在防洪减灾领域需要构建流域防汛智慧化总体框架并研究实施路径,进而推动新阶段水利高质量发展。分析流域防汛智慧化建设过程中涉及的防汛业务应用智能化水平和应用系统建设水平等现状,从打造智慧化防洪“四预”体系、建设“三算”能力提升体系等方面构建我国防汛智慧化总体框架,并从优化提升洪水监测预报能力、加强洪水模拟推演和防洪调度模拟仿真技术应用、提升洪水风险管理与科学精准决策能力等方面提出具体实施路径。研究成果能为水利部门开展智慧化流域防洪业务、流域防洪规划修编提供技术支撑和对策参考。

基于水安全的涢水流域数字孪生系统应用研究

为了提高涢水流域洪涝灾害防御及综合监管能力,结合数字孪生流域建设要求,通过构建流域L1、L2、L3级数据底板、水利和水文专业模型平台及基于专业与数据融合的知识平台,形成流域洪涝灾害防御“四预”业务系统;同时通过对流域管理现状及管理需求的梳理,形成流域河库智能监管系统。该系统的应用能够全面提升涢水流域洪涝灾害防御及河库监管的现代化、智能化水平,为流域系统治理数字孪生平台建设提供参考案例。

双[牙合]垫矫治器与隐形功能矫治器治疗恒牙列早期骨性Ⅱ类错[牙合]畸形临床疗效的对比研究

目的比较双[牙合]垫矫治器与隐形功能矫治器治疗恒牙列早期骨性Ⅱ类错[牙合]畸形的效果。方法回顾性分析2020年1月至2021年12月萍乡市人民医院收治的80例恒牙列早期骨性Ⅱ类错[牙合]患者,根据佩戴矫治器的不同分为双[牙合]垫组(n=42)和隐形功能组(n=38)。双[牙合]垫组患者使用双[牙合]垫矫治器治疗,隐形功能组患者使用全透明隐形材料下颌功能矫治器治疗,两组患者均治疗1年,比较两组治疗前后的治疗有效率、前牙覆盖(OJ)、前牙覆[牙合](OB),比较两组治疗前后牙性[上中切牙的突度(U1-NA距)、上中切牙的倾斜度(U1-NA角)、下中切牙的突度(L1-NB距)]、骨性[鼻根点到上齿槽点连线与前颅底平面夹角(SNA角)、鼻根点到下齿槽点连线与前颅底平面夹角(SNB角)、SNA角和SNB角的差值(ANB角)],并比较两组的矫正过程满意度。结果两组治疗后的治疗有效率比较,差异无统计学意义(P>0.05);两组患者治疗后的OJ、OB、U1-NA角、U1-NA距、L1-NB距、SNA角、SNB角、ANB角比较,差异无统计学意义(P>0.05);隐形功能组治疗后的矫正满意度高于双[牙合]垫组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论在以下颌后缩为主要临床表现的恒牙列早期骨性Ⅱ类错[牙合]患者治疗中,隐形功能矫治器和双[牙合]垫矫治器的临床疗效相当,对患者的牙列、牙性、骨性指标均有明显改善,且隐形功能矫治器患者临床治疗过程满意度更高。

样本不均衡时轴承故障的非平衡卷积网络诊断

为了提高样本不均衡条件下轴承故障诊断精度,提出了基于VAE-SNN的样本增广方法和基于非平衡损失网络的故障诊断方法。首先,使用变分自编码器用于数据生成,并依据孪生神经网络对生成数据的类别进行判定,实现了基于变分自编码器和孪生神经网络的样本增广;其次,分析了卷积神经网络无差别对待样本的缺点,针对不均衡样本的特殊性,提出了非平衡损失函数卷积网络,该网络能够自动关注数量少、难分的样本训练。经实验验证,生成对抗网络增广的样本相似度为0.847,孪生神经网络增广的样本相似度比对抗网络提高了6.61%,说明孪生神经网络的样本增广效果更好;在相同诊断方法前提下,样本增广后比增广前的准确率提高了9.42%,说明样本增广有利于提高轴承的故障诊断准确率;非均衡损失网络比卷积神经网络的诊断精度提高了7.17%,比自适应深度学习提高了4.12%,验证了非均衡损失网络的高准确率和优越性。

下颌骨后缩伴前牙正常覆盖青少年患者Twin-block治疗效果分析

目的:了解改良固定式Twin-block对下颌骨后缩伴正常覆盖患者的治疗效果。方法:选择下颌骨后缩伴前牙正常覆盖青少年患者36例,咬合重建目标为软组织颏前点前移达零子午线,采用改良固定式Twin-block联合下颌外斜线微种植支抗钉促进下颌骨生长,12个月后分步拆除矫治器,观察颌位的稳定性,固定矫治调整咬合关系,改善侧貌。采用SPSS 13.0软件包对功能矫治前后以及固定矫治前后所测数据进行配对t检验。结果:治疗结束后,颏前点明显前移,下颌体长度明显增加,患者侧貌由凸面型变为直面型。功能矫治前后比较结果显示,Co-Gn、SNB、U1-SN、U6-0°、U1-0°、U1-L1、前牙覆[牙合]、覆盖、Pog’s-0°、L1-0°及面下1/3高度均发生明显变化(P<0.05);固定矫治前后比较结果显示,PP-MP、SN-MP、U6-0°、IMPA、L1-0°、U1-SN、U1-L1、前牙覆[牙合]、覆盖发生明显变化(P<0.05)。结论:改良固定式Twin-block联合微种植钉可有效改善下颌骨后缩伴正常覆盖患者的侧貌。

Forsus矫治器治疗下颌后缩型安氏Ⅱ类患者对颞下颌关节影响的CBCT分析研究

目的:探讨Forsus矫治器治疗下颌后缩型安氏Ⅱ类患者对颞下颌关节影响的CBCT分析研究。方法:选取2018年2月-2021年2月笔者医院收治的53例下颌后缩型安氏Ⅱ类患者为研究对象,采用随机数字表法分为观察组(n=25)和对照组(n=28),观察组采用Forsus功能矫治器进行矫治,对照组采用Twin-block功能矫治器进行矫治,两组均佩戴1年后,对比两组治疗效果,对比治疗前后上下齿槽角指标、骨性指标及上下颌中切牙指标。结果:观察组治疗总有效率为92.00%,对照组治疗总有效率为85.71%,两组比较差异无统计学意义(P>0.05)。两组治疗前后上齿槽座角(SNA)、下齿槽座角(SNB)指标组内比较差异均无统计学意义(P>0.05);治疗后,观察组上下齿槽座角(ANB)指标明显低于对照组(P<0.05);与同组治疗前比较,SNB升高,SNA、ANB降低,差异均有统计学意义(P<0.05)。两组治疗前后下颌升支高度(C0-C0)、下颌长度(C0-Cn)、下齿槽座角到FHp平面垂直距离(Pg-FHp)、颏前点至FHp平面垂直距离(B-FHp)指标相比,差异无统计学意义(P>0.05),与同组治疗前相比,治疗后C0-C0、C0-Cn、B-FHp、Pg-FHp均指标均明显升高(P<0.05)。治疗前及治疗后两组下中切牙角(L1-MPA)、上中切牙角(U1-PP)、上中切牙轴长与SN平面相交的下内角(U1-SN)指标相比,差异无统计学意义(P>0.05);与同组治疗前相比,治疗后L1-MPA、U1-PP、U1-SN指标均明显升高,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:Twin-block功能矫治器和Forsus功能矫治器对下颌后缩型安氏Ⅱ类均有明显的矫治效果,可促使患者骨性下颌及牙性改变,但Forsus功能矫治器更利于改善下颌关系。

Twin-block功能矫治联合固定矫治对安氏Ⅱ类患者骨性指标及(牙合)指标的影响

目的 探究Twin-block功能矫治联合固定矫治对安氏Ⅱ类患者骨性指标及牙(牙合)指标的影响。方法 选取我院自2017年6月至2020年12月期间收治的53例安氏Ⅱ类患者为研究对象,按照随机数字表法分为观察组和对照组,对照组(n=26)给予常规固定矫治治疗,观察组(n=27)在对照组基础上加以Twin-block功能矫治治疗,比较两组的面颌骨组织矫治效果、牙(牙合)矫治效果、气道改善效果、矫治时间及随访复发情况。结果 两组患者FH-NPo、Go-Me、Ar-Go、N-Me、S-Go、SNB、IMPA、NLA值均显著增大(P <0.05),SNA、ANB、U1-NA、L1-MP值均显著减小(P <0.05),患儿PAR指数各指标评分及总分均显著降低(P <0.05),气道体积与气道横截面积均显著增加(P <0.05),且观察组上述矫治指标改善显著优于对照组(P <0.05);观察组平均矫治时间显著低于对照组(t=3.925,P <0.05)。结论Twin-block功能矫治联合固定矫治可显著改善安氏Ⅱ类患者面颌部骨组织发育,促进牙齿正常建(牙合),扩大口腔空间,改善气道功能,矫治时间短,值得推荐。

钻井数字孪生系统设计与研发实践

数字孪生技术作为智能钻井的理想范式,已呈现出巨大潜力,但由于钻井工程具有复杂工业系统的特性,数字孪生技术研发难度大,目前尚处于起步阶段。为此,在分析石油行业数字孪生技术发展现状的基础上,厘清了钻井数字孪生涉及的6项支撑技术,结合钻井工程业务需求,设计了钻井数字孪生系统的整体架构并详述了其功能及模型设计。通过井场数据标准采集、机理计算模型耦合及三维动态融合显示3项研发试验,从技术角度验证了钻井数字孪生技术落地应用的可行性。研究认为,构建钻井数字孪生系统,应以钻井工程数据为数据基础,基于业务需求进一步构建“机理+数据”的双计算核心,研发孪生体模型和业务应用模块,并将其作为载体,最终实现钻井数字孪生系统的应用。研究结果对推进数字孪生技术在钻井工程中的应用具有重要意义。

基于IDEF的车间数字孪生模型构建方法

车间数字孪生模型的构建过程复杂,功能模块和数据类型多样,目前缺乏以顶层设计为导向的系统性和结构化的建模分析方法,传统单一设计结构的建模方法在构建车间数字孪生模型时易出现内容重复或遗漏,难以实现车间数字孪生模型系统性的建模要求。基于车间数字孪生模型复杂性和集成化计算机辅助制造定义方法(IDEF)类表达的多样性,提出了功能建模、信息建模、过程建模和本体建模4个维度的车间数字孪生模型结构化建模分析方法。利用IDEF0,通过功能分解、功能之间关系的分类来描述车间数字孪生模型功能;利用IDEF1x描述车间数字孪生模型运行过程中的重要信息,并定义数据实体间的相互关系;利用IDEF3,以车间数字孪生模型运行过程中数据流动过程为核心准确描述车间过程变化和状态转移;在信息建模和过程建模的基础上,利用IDEF5获取车间数字孪生模型领域的概念、术语和关系,通过车间数字孪生模型运行过程本体建模采集事实和获取知识。有效地避免了单一表达形式可能只对复杂系统中某一种特征进行描述而忽略其他重要信息的问题,为提高车间数字孪生模型建模过程语义一致性、可重用性、结构化和开发自动化奠定了基础。

数字孪生城市的驱动力、功能框架与建设路径

在城市资源、环境、物理空间发展约束日益增加的新常态背景下,以数字孪生等为代表的数字技术正加快推进城市数字化转型,对城市经济、社会、生态等进行体系重构、流程再造、能力重塑。数字孪生城市成为城市数字化转型的前沿方向和重要实践,背后是转型需求、技术演进、政策引导和产业促进4大驱动力。提出涵盖数字设施、底座平台、场景建设,以及组织机制、标准规范、运营支撑、安全保障体系的数字孪生城市发展框架。在深入分析数字孪生城市认知、技术、模式、安全等4方面挑战的基础上,从分类规划有序布局、坚持需求引领建设场景、强化底座平台赋能、注重数据安全保障与加快产业培育等方面,提出符合我国城市数字化转型发展要求的数字孪生城市规划策略与发展建议。