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隧道掘进机大数据研究进展:数据挖掘助推隧道挖掘

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机械工程学报 2021年第22期57卷 344-358页

作者：石茂林孙伟宋学官大连理工大学机械工程学院大连116024 江苏大学农业工程学院镇江212013

随着传感与智能化技术不断发展,隧道掘进机的运行监测日趋完善,所记录的海量实测数据不仅包含了装备作业过程的重要信息,也蕴含了装备内部及其与外部环境的相互作用机理,通过一定方法对这些数据进行深度挖掘与分析对于提升装备设计、分... 详细信息

随着传感与智能化技术不断发展,隧道掘进机的运行监测日趋完善,所记录的海量实测数据不仅包含了装备作业过程的重要信息,也蕴含了装备内部及其与外部环境的相互作用机理,通过一定方法对这些数据进行深度挖掘与分析对于提升装备设计、分析、运行与维护水平具有十分重要的意义。为总结和分析隧道掘进机实测数据研究方法与应用状况,首先概述隧道掘进机实测数据的来源、构成与特点,从数据驱动的装备状态识别与性能预测、地质识别与地表改变预测、隧道健康监测与预警三个方面综述国内外相关文献,总结和归纳当前研究的难点、优点与不足,最后从隧道掘进机实测数据预处理方法、多源异构数据建模方法、模型泛化能力提升方法、数据计算平台等方面对未来研究方向进行初步分析与展望,为后续隧道掘进机大数据研究提供参考与借鉴。

关键词：隧道掘进机大数据数据挖掘数据驱动技术

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浅论设计与制造的协同问题

机械工程学报 2023年

作者：宋学官李昆鹏胡正国郭东明大连理工大学机械工程学院

高性能制造，是由以几何精度为主的制造上升到以产品性能的精准保证为目标的制造，其作为推动我国装备制造业升级的引擎，以及引领传统制造理念提升的旗帜，对国家装备产业的发展具有十分重要的意义。高性能制造理论指出，传统的装备制... 详细信息

高性能制造，是由以几何精度为主的制造上升到以产品性能的精准保证为目标的制造，其作为推动我国装备制造业升级的引擎，以及引领传统制造理念提升的旗帜，对国家装备产业的发展具有十分重要的意义。高性能制造理论指出，传统的装备制造流程形成了设计、制造、服役等严格的上下游关系，一定程度上了推动了多任务协作能力，提高了装备制造的效率。然而，不容忽视的事实是，这种设计、制造的单向串行模式人为割裂了设计环节与制造环节的耦合作用，在提高制造效率的同时，亦不可避免地制约了高端装备性能的进一步提升。作为高性能制造理论的重要组成部分，针对上述设计、制造之间的耦合作用，展开了进一步的讨论。首次采用Karush-Kuhn-Tucker最优性条件，从数学角度定量定式的揭示了传统设计制造“不协同”的根源所在，并针对这些不足，给出串行、并行和循环模式的高性能制造解决方案和求解方法。为打破我国高端装备/零部件的高性能制造瓶颈，进一步推动我国高端装备高性能制造的发展提供了理论与技术参考。

关键词：高端装备/零部件高性能制造设计与制造协同并行模式循环模式

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高性能制造:设计与制造的协同机制

机械工程学报 2024年第1期60卷 2-12页

作者：宋学官李昆鹏胡正国郭东明大连理工大学机械工程学院大连116024

高性能制造,是由以几何精度为主的制造上升到以产品性能的精准保证为目标的制造,其作为推动我国装备制造业升级的引擎,以及引领传统制造理念提升的旗帜,对国家装备产业的发展具有十分重要的意义。高性能制造理论指出,传统的装备制造流... 详细信息

高性能制造,是由以几何精度为主的制造上升到以产品性能的精准保证为目标的制造,其作为推动我国装备制造业升级的引擎,以及引领传统制造理念提升的旗帜,对国家装备产业的发展具有十分重要的意义。高性能制造理论指出,传统的装备制造流程形成了设计、制造、服役等严格的上下游关系,一定程度上了推动了多任务协作能力,提高了装备制造的效率。然而,不容忽视的事实是,这种设计、制造的单向串行模式人为割裂了设计环节与制造环节的耦合作用,在提高制造效率的同时,亦不可避免地制约了高端装备性能的进一步提升。作为高性能制造理论的重要组成部分,针对上述设计、制造之间的耦合作用,展开了进一步的讨论。首次采用Karush-Kuhn-Tucker最优性条件,从数学角度定量定式的揭示了传统设计制造“不协同”的根源所在,并针对这些不足,给出串行、并行和循环模式的高性能制造解决方案和求解方法。为打破我国高端装备/零部件的高性能制造瓶颈,进一步推动我国高端装备高性能制造的发展提供了理论与技术参考。

关键词：高端装备/零部件高性能制造设计与制造协同并行模式循环模式

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基于非线性自回归的盾构机时间序列数据分割

机械设计 2022年第S01期39卷 13-16页

作者：周威豪庞勇宋学官大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

盾构机是现代地铁隧道挖掘的重要设备,系统构成复杂,很难通过较为简单的物理-物理模型进行整机的描述随着检测技术完善,5G技术发展,使盾构机能够输出大量数据。对于盾构机来说,输出的大量数据部分是与时间有关的时间序列,而时间序列的... 详细信息

盾构机是现代地铁隧道挖掘的重要设备,系统构成复杂,很难通过较为简单的物理-物理模型进行整机的描述随着检测技术完善,5G技术发展,使盾构机能够输出大量数据。对于盾构机来说,输出的大量数据部分是与时间有关的时间序列,而时间序列的实时分割是分析盾构机所处状态的重要手段。传统分割方式多基于线性自回归分割,且只针对单一数据进行分割,这往往不能满足工程运用。为此,文中提出一种将多元非线性自回归与动态规划相结合的方法,实现基于多元非线性自回归的动态规划分割。在非线性自回归算法中,使用最小二乘法进行拟合得到自回归模型,通过模型得到拟合数据,与样本数据求方差得到每个时间段的误差后进行动态规划,找出最小误差值的分段位置,达到最优分割。

关键词：盾构机时序分割自回归动态规划

30MN三梁四柱式双动拉伸液压机机身的有限元分析及轻量化设计

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锻压技术 2023年第2期48卷 161-167页

作者：刘富文周威豪李清野宋学官大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

以某公司初步设计的一款30 MN三梁四柱式双动拉伸液压机为研究对象,此液压机为一款新型液压机。采用有限元方法对液压机整体机架进行结构分析与模态分析,获得上梁、滑块、底座及立柱4个主要部件的变形和应力情况,对液压机进行初步校核,... 详细信息

以某公司初步设计的一款30 MN三梁四柱式双动拉伸液压机为研究对象,此液压机为一款新型液压机。采用有限元方法对液压机整体机架进行结构分析与模态分析,获得上梁、滑块、底座及立柱4个主要部件的变形和应力情况,对液压机进行初步校核,并获得其前6阶固有频率。结果表明:上梁的最大静挠度不符合工程要求,通过对上梁结构优化,使其接近工程要求;滑块与底座的最大静挠度符合工程要求,所以在保证滑块与底座符合工程要求的基础上,进一步对滑块和底座进行轻量化设计,达到减重的目的,为最终30 MN三梁四柱式双动拉伸液压机的设计和制造提供了一定的理论参考。

关键词：液压机结构分析静挠度模态分析轻量化

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基于多评价标准的代理模型综合比较研究

机械工程学报 2022年第16期58卷 403-419页

作者：何西旺杨亮亮冉仁杰朱发文宋学官大连理工大学机械工程学院大连116024 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

代理模型是指利用有限的样本信息建立结构输入与输出之间的数学关系,其在复杂装备的结构和多学科设计优化中的应用日益广泛,为了获取不同代理模型在代替仿真分析或物理试验时的表现效果,采用38个测试函数对常见的代理模型方法进行了系... 详细信息

代理模型是指利用有限的样本信息建立结构输入与输出之间的数学关系,其在复杂装备的结构和多学科设计优化中的应用日益广泛,为了获取不同代理模型在代替仿真分析或物理试验时的表现效果,采用38个测试函数对常见的代理模型方法进行了系统对比。对九种代理模型在不同样本数量、不同非线性程度、不同维度的测试函数下的预测精度进行研究,并分析了模型在不同维度测试问题下的计算成本,最后通过两个工程实例对比了不同代理模型的预测性能。结果表明,在所有模型未进行参数优化的情况下,传统的代理模型(多项式回归,径向基函数模型,支持向量回归,克里金模型)在工程分析时能保持较好的预测性能;支持向量回归在大多数测试函数下,总能保持较好的预测精度;径向基函数在高非线性问题中鲁棒性最好,随机森林在低非线性问题中表现出更好的鲁棒性。因此,针对不同的回归问题,采用相适应的模型能进一步提高计算结果的准确性和效率,对研究回归模型在优化设计领域中的应用具有指导意义。

关键词：代理模型模型对比非线性程度多评价标准优化设计

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基于改进蜻蜓算法的斗轮取料机多目标优化

机械工程学报 2021年第6期57卷 211-223页

作者：原永亮郭正刚王鹏宋学官河南理工大学机械与动力工程学院焦作454003 大连理工大学机械工程学院大连116024 大连华锐重工集团股份有限公司大连116013

针对斗轮取料机系统能耗高、重量大、制造成本高、设计变量多等特点,提出一种改进的蜻蜓算法用以求解斗轮取料机的多目标优化问题。提出的改进蜻蜓算法基于自然现象和物理现象,采用空气阻力和库仑力混合组成的策略对传统蜻蜓算法进行改... 详细信息

针对斗轮取料机系统能耗高、重量大、制造成本高、设计变量多等特点,提出一种改进的蜻蜓算法用以求解斗轮取料机的多目标优化问题。提出的改进蜻蜓算法基于自然现象和物理现象,采用空气阻力和库仑力混合组成的策略对传统蜻蜓算法进行改进,并通过测试函数验证了改进后蜻蜓算法的性能。然后建立考虑斗轮取料机可靠性和振动频率约束的质量与转动惯量的多目标优化模型,利用改进后的蜻蜓算法进行多目标求解,获得斗轮取料机的Pareto前沿解集,选择以质量与转动惯量合适权重比为例进行优化,验证开展斗轮取料机多目标优化的有效性。结果表明,优化得到的阶梯截面布局方案具有更小的质量和转动惯量值,同时可以有效避开斗轮取料机系统的共振问题,可以使斗轮取料机的性能得到有效改善,为未来的整机材料-结构-控制多学科一体化协同优化提供基础。

关键词：蜻蜓算法混合策略斗轮取料机多目标优化

基于数字孪生的塔式起重机结构性能在线监测方法

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计算机集成制造系统 2023年

作者：贾政楠王欣高顺德孙田赵欣李子陆宋学官大连理工大学机械工程学院大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室抚顺永茂建筑机械有限公司

为了保证塔式起重机安全作业，提高塔式起重机的智能化水平，提出了基于数字孪生的塔式起重机结构性能监测方法。首先，根据塔式起重机的运行特点和实时监控的要求，提出了塔式起重机数字孪生框架，详细阐述了各部分的功能；其次，通过... 详细信息

为了保证塔式起重机安全作业，提高塔式起重机的智能化水平，提出了基于数字孪生的塔式起重机结构性能监测方法。首先，根据塔式起重机的运行特点和实时监控的要求，提出了塔式起重机数字孪生框架，详细阐述了各部分的功能；其次，通过建立运动模型实现了塔式起重机实时状态映射、借助网格简化技术构建了塔机虚拟模型、利用人工神经网络技术实现塔式起重机的结构性能在线预测；最后，以STL760动臂塔式起重机为例，建立了动臂塔式起重机数字孪生系统，验证了塔式起重机数字孪生框架的可行性，证明了预测结果有较快的分析速度和较高的准确性，为塔机智能化管理提供了新思路。

关键词：数字孪生塔式起重机网格简化在线监测

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面向飞机机翼数字孪生的在线加速度积分方法

机械工程学报 2023年

作者：杨亮亮来孝楠何西旺李鹏郭正刚宋学官大连理工大学机械工程学院

传感器在线数据的准确快速处理是确保数字孪生可靠性和时效性的主要手段之一，特别对于描述运动状态的数字孪生，其重要性不言而喻。本研究面向飞机机翼数字孪生体构建的准确性和时效性，提出基于在线加速度积分的位移快速获取方法。首... 详细信息

传感器在线数据的准确快速处理是确保数字孪生可靠性和时效性的主要手段之一，特别对于描述运动状态的数字孪生，其重要性不言而喻。本研究面向飞机机翼数字孪生体构建的准确性和时效性，提出基于在线加速度积分的位移快速获取方法。首先，利用Netwon-Cotes插值对加速度信号进行动态积分，得到对应的速度，并采用指数加权移动平均(Exponentially weighted moving average, EWMA)对积分的速度进行“点到点”的实时去噪，确保计算的准确性和时效性。其次，对去噪后的速度进行快速积分获取对应的位移。同时，为了进一步减少位移中噪声的影响，构建动态滑动窗，采用高通滤波(High-passfilter,HPF)对积分后的位移进行快速去噪，实时获取最终位移。然后，通过构建不同含噪量和不同类型的加速度测试函数验证提出方法对噪声和积分信号复杂度的鲁棒性。最后，采用提出的方法构建飞机机翼数字孪生，通过对物理空间实测加速度进行实时积分与动态去噪获取对应的位移，并利用该位移在线驱动机翼数字孪生体动作，实现孪生机翼对实体机翼运动姿态的同步镜像。同时，本研究为在线信号的快速处理提供借鉴和参考。

关键词：在线积分数字孪生加速度位移飞机机翼