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基于深度学习的机床刀具状态监测方法研究

基于深度学习的机床刀具状态监测方法研究

作者：狄子钧山东大学

学位级别：硕士

在中国制造2025的创新驱动下,现代制造业正经历着从自动化到智能化的历史跨越。新一代信息技术与制造业的深度融合已成为我国制造业实现智能制造转型的关键。数控机床作为“工业母机”,是高端设备制造业的核心生产基础。刀具作为机床的... 详细信息

在中国制造2025的创新驱动下,现代制造业正经历着从自动化到智能化的历史跨越。新一代信息技术与制造业的深度融合已成为我国制造业实现智能制造转型的关键。数控机床作为“工业母机”,是高端设备制造业的核心生产基础。刀具作为机床的核心部件,对其健康状况进行精准监测,有助于保证机床的加工效率与产品质量。因此,如何设计精准的刀具状态监测方法,已成为智能制造的重要研究课题。而深度学习作为一项重要技术,可以有效地从数据中挖掘刀具的磨损特征信息,实现刀具状态的精准识别,近年来受到国内外广泛关注。然而,现有的基于深度学习的刀具状态监测方法仍存在以下问题:未考虑多维度信号对磨损状态表达的差异性,各维度数据的特征融合质量较差,导致刀具磨损状态的识别精度较低;在实际工业生产现场,刀具故障样本相对正常样本来说数量较为有限,难以获取数据量均衡的样本集,严重制约了模型的泛化能力。针对上述问题,本文的具体研究内容如下:（1）针对多维度数据特征融合不充分的问题,本文提出了基于改进多尺度-通道注意力网络（IMS-CA Net）的刀具状态监测方法。将机床主轴X、Y、Z三个方向的振动信号分别作为模型输入特征图的三个通道进行拼接。通过改进多尺度网络的多分支结构来提取振动信号不同层次的特征。在此基础上,在模型中引入通道注意力机制,利用通道特征学习的方式,将三个维度的数据对于刀具磨损分类任务的不同影响程度自适应地映射到特征图中,从而有效利用各维度数据之间的互补信息,提升数据特征的表达能力,提高刀具状态的识别准确率。本文采集了真实的生产加工数据对所提出方法进行验证,并与其他算法进行对比分析,实验结果表明了所提出方法的有效性。（2）针对实际工业生产现场的数据不平衡问题,本文提出了基于深度卷积生成对抗网络（DCGAN）的刀具状态监测方法。首先利用DCGAN学习振动信号训练样本集中的少数类异常磨损样本数据的内在分布。之后生成与真实异常磨损样本数据相似但并不完全相同的伪样本,对训练集数据量进行扩充。最后通过刀具状态监测模型对数据量均衡的训练集进行建模。实验结果表明,所提出方法可以有效地增强模型的泛化能力,提升刀具状态监测的准确率,避免出现模型分类结果严重偏向正常磨损样本的情况。（3）本文将所提出方法进行集成,设计了基于深度学习的刀)具状态监测系统。系统涵盖了操作人员注册与登录、数据实时采集与展示、基于深度学习的刀具状态监测等功能,实现切削过程中监测信号数据的实时分析与刀具状态的实时监测,从而辅助车间操作人员进行刀具维护决策,提升制造企业生产与管理效率。

关键词：智能制造刀具状态监测深度学习多维度数据融合数据不平衡

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云边端协同的机床刀具故障智能诊断系统研究

中国机械工程 2023年第5期34卷 584-594页

作者：李东阳袁东风张海霞郑安竹狄子钧梁道君山东大学信息科学与工程学院青岛266237 山东大学控制科学与工程学院济南250061 山东省无线通信技术重点实验室济南250100 5G应用产业方阵创新中心济南250061

为提高机床刀具磨损故障诊断精度,借助三轴加速度传感器采集机床刀具磨损振动数据,并以此为基础,提出一种基于长短时记忆网络与多尺度卷积神经网络集成的机床刀具故障诊断算法,挖掘机床刀具在不同故障模式下的空时域多尺度特征,实现机... 详细信息

为提高机床刀具磨损故障诊断精度,借助三轴加速度传感器采集机床刀具磨损振动数据,并以此为基础,提出一种基于长短时记忆网络与多尺度卷积神经网络集成的机床刀具故障诊断算法,挖掘机床刀具在不同故障模式下的空时域多尺度特征,实现机床刀具磨损状态的精准识别。同时,为满足实际产线对故障诊断的高实时性要求,设计一种适用于机床刀具故障诊断的云边端协同架构,通过底层产线、边缘节点与工业云平台的高效协同,实现机床刀具故障的及时预警。研究结果表明,所提云边端协同的机床刀具故障智能诊断系统可实现机床刀具磨损状态的精准识别,同时可缩短故障诊断任务的完成时间。

关键词：智能制造刀具故障智能诊断云边端协同人工智能数控机床

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自然纪录片:基于技术与艺术的耦合视角

电影评介 2024年第6期 90-95页

作者：张祖群蓝子钧北京理工大学设计与艺术学院文化遗产系北京理工大学睿信书院

自然纪录片的发展始终追随着时代的脚步,在不停吸收利用最新技术手段中,提升自身的艺术表现力和创造力,在传递知识的同时,给观众呈现“艺术+科技”的双重美感体验。本文以自然历史纪录片为案例,呈现古生物复原技术、毛发复原技术带来“... 详细信息

自然纪录片的发展始终追随着时代的脚步,在不停吸收利用最新技术手段中,提升自身的艺术表现力和创造力,在传递知识的同时,给观众呈现“艺术+科技”的双重美感体验。本文以自然历史纪录片为案例,呈现古生物复原技术、毛发复原技术带来“真实性”突破。

关键词：技术与艺术自然纪录片历史纪录片复原技术美感体验新技术手段艺术表现力创造力

基于多尺度-高效通道注意力网络的刀具故障诊断方法

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机械工程学报 2022年

作者：狄子钧袁东风李东阳梁道君周晓天信苗苗曹凤雷腾飞山东大学信息科学与工程学院山东大学控制科学与工程学院齐鲁理工学院机电工程学院

目前，生产加工流程正向着智能化迈进，设备的故障诊断及预测性维护在保障企业生产效率，降低生产成本方面起着至关重要的作用。刀具作为数控机床的切削工具，其实时健康状态直接影响着机床的加工效率和产品质量。对刀具磨损状态的精准...

目前，生产加工流程正向着智能化迈进，设备的故障诊断及预测性维护在保障企业生产效率，降低生产成本方面起着至关重要的作用。刀具作为数控机床的切削工具，其实时健康状态直接影响着机床的加工效率和产品质量。对刀具磨损状态的精准监测有助于避免因刀具失效导致的产品质量问题。基于此背景，研究了一种基于深度学习的刀具故障诊断方法，将高效通道注意力应用到多尺度卷积神经网络中，提出基于多尺度-高效通道注意力网络的刀具故障诊断方法，利用通道特征学习将机床主轴不同方向的振动信号进行自适应的特征融合，从而提升刀具磨损状态诊断精度。此外，设计了刀具磨损试验平台，用于采集符合实际生产的数据，在实际生产场景中验证所提算法的性能。试验结果表明，所提出方法较多尺度网络的刀具故障诊断准确率提高了4.47%。

关键词：

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锂离子电池前沿技术

电源技术 2024年第5期48卷 767-770页

作者：赵子寿王家钧付甜甜中国电子科技集团公司第十八研究所天津300384 哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001 中国化学与物理电源行业协会天津300384

工业、航空、国防等领域的快速发展,对电池能量密度、功率密度、安全性、使用寿命、极端环境适用性和降低成本等方面提出了更高的要求。同时我国也面临国际的竞争,这些年日本、美国、英国、欧盟都提出了一些电池的国家计划来加强基础研... 详细信息

工业、航空、国防等领域的快速发展,对电池能量密度、功率密度、安全性、使用寿命、极端环境适用性和降低成本等方面提出了更高的要求。同时我国也面临国际的竞争,这些年日本、美国、英国、欧盟都提出了一些电池的国家计划来加强基础研究,希望在源头上进一步布局,抢占制高点[1]。我国应当加强电池技术领域基础研究,加强高比能、长寿命、智能化电池材料及电池系统技术开发,重视固态锂电池等新兴电池技术的发展,从源头上实现科技自立自强,希望能够主导新一代电池的发展。前瞻性电池技术主要包含电池材料创新、电池结构创新、电池先进制造/表征技术、电池数字化等。

关键词：电池材料锂离子电池电池结构电池技术电池系统电池能量表征技术自立自强

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焦化行业碳氢资源利用潜力与低碳路径评价

化工进展 2024年第5期43卷 2862-2871页

作者：狄子琛雷飞霞常成功陈文慧程芳琴山西大学资源与环境工程研究所山西太原030006

中国焦炭产量达4.73×10^(8)t,副产焦炉气约2×10^(11)m^(3)。焦炉气富含H_(2)、CH_(4)和CO等碳氢资源,对其有效利用并衔接上下游产业的氢能需求,有望产生显著的产业链减碳效益。本研究构建全国焦化企业的空间地理坐标和产能数据库,针... 详细信息

中国焦炭产量达4.73×10^(8)t,副产焦炉气约2×10^(11)m^(3)。焦炉气富含H_(2)、CH_(4)和CO等碳氢资源,对其有效利用并衔接上下游产业的氢能需求,有望产生显著的产业链减碳效益。本研究构建全国焦化企业的空间地理坐标和产能数据库,针对典型焦化企业开展物质流、碳流分析,系统比较焦炉气不同利用路径的环境影响、碳减排效益及碳氢资源利用率,提出优化的焦炉气利用策略。结果表明,我国焦化企业集中度较低,山西省是独立焦化企业最多的省份,企业规模在2×10^(6)t以下;河北、辽宁、吉林、江苏等地则主要以钢焦联合企业为主,主要为大型焦化企业。焦化行业副产大量焦炉气,可产氢气达1×10^(11)m^(3)。生命周期评价结果表明,焦炉气用于化工转化和还原剂高炉喷吹相比作燃料直接发电均可有效降低碳排放,尤其制氢路径和高炉喷吹路径的全球变暖潜值减少量分别是制甲醇路径的5倍和67倍。此外,在各种焦炉气利用路径中,总环境影响从高到低依次为制甲醇、发电、制LNG、制合成氨、制氢、高炉喷吹。结合各焦炉气利用路径分析与钢、焦企业空间分布,山西省等地独立焦化企业较多,可优先考虑向焦炉气制氢方向转型。而有条件发展钢焦联合发展区域,如河北、辽宁、吉林、江苏等地,向高炉喷吹焦炉气工艺改造转型,更有利于产生行业间协同效益,有效推动减污降碳发展。

关键词：焦炉气碳氢资源生命周期分析碳减排潜力焦钢耦合

强热压处理结合液膜富集-电感耦合等离子体质谱法测定煤矸石中再利用铅含量

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分析试验室 2024年

作者：张歌文玉成狄雅肖庞博王丽芳刘菁钧李晓星刘亮傅尧中国环境科学研究院清洁生产与循环经济研究中心

本研究利用强热压处理、液膜富集和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术测定煤矸石中可再利用铅含量。通过强热压处理，提高了铅的释放效率和样品的溶解性。采用HF:HNO3:HClO4混酸体系液膜富集处理下的ICP-MS方法测定煤矸石中再利用铅含... 详细信息

本研究利用强热压处理、液膜富集和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术测定煤矸石中可再利用铅含量。通过强热压处理，提高了铅的释放效率和样品的溶解性。采用HF:HNO3:HClO4混酸体系液膜富集处理下的ICP-MS方法测定煤矸石中再利用铅含量，采用208Pb同位素，并使用内标校正方法消除基体效应、物理效应和仪器漂移等干扰。通过分析4种代表性土壤标准样品和铅同位素标准物质进行方法准确性验证。在0.05～100 ng/mL范围内，校准曲线的线性相关系数均大于0.9999，方法检出限均小于0.021 ng/mL。实际样品分析结果表明，本方法结果与原子吸收光谱法基本一致。本方法浓度对数偏差(△lgC)范围为0.3%～3.66%，相对标准偏差(RSD)范围为0.11%～1.7%，加标回收率在98.6%～101.1%范围内。强热压处理结合液膜富集-ICP-MS技术可用于测定煤矸石中的铅含量，为煤矸石的再利用和环境保护提供了重要的参考依据。

关键词： ICP-MS 强热压处理煤矸石再利用铅

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顺层岩质滑坡形成机制试验研究

岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3354-3362页

作者：张科狄巍张凯昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500 昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500

顺层岩质滑坡形成机制一直是滑坡研究的重点和难点。为研究顺层岩质滑坡演化过程及失稳机制,构建理想概化模型;开展冰冻试验,结合数字图像相关(DIC)方法对顺层岩质滑坡全过程进行非接触式、实时变形观测。基于DIC计算所得的全场变形数据... 详细信息

顺层岩质滑坡形成机制一直是滑坡研究的重点和难点。为研究顺层岩质滑坡演化过程及失稳机制,构建理想概化模型;开展冰冻试验,结合数字图像相关(DIC)方法对顺层岩质滑坡全过程进行非接触式、实时变形观测。基于DIC计算所得的全场变形数据,提出一种精细化描述顺层岩质边坡后缘张开段和剪切滑移段相对位移演化规律的方法。研究表明:顺层岩质滑坡在失稳过程中经历了初始变形、后缘张开、剪切滑移、整体贯通4个阶段。应变局部化带最先产生于后缘张开段浅部,而后从浅部向深部发展至潜在滑带后缘,并从后缘不断向前缘发展,最后贯通导致整体发生失稳破坏,展现出由浅部到深部、由后缘向前缘、由局部到整体的演化特征。此外,讨论了滑带倾角对顺层岩质边坡失稳的影响规律,发现失稳时间随滑带倾角的增加而缩短。基于DIC监测的研究方法为量化揭示顺层岩质滑坡形成机制提供一种新的思路。

关键词：边坡工程顺层岩质滑坡冰冻试验数字图像相关应变局部化带相对位移演化量化

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技术与文明:我们的时代和未来

企业观察家 2024年第2期 124-127页

作者：魏子钧不详

从粗糙的石器时代到如今科技极速发展的新时代,文明精神逐渐焕发光彩,技术也在不断进步。我们有时会过分夸大精神和观念的伟大与美好,但却忽视了技术对人有着根本性的塑造。每一项新技术的诞生,都充满了无限的想象空间,有力地推动了社... 详细信息

从粗糙的石器时代到如今科技极速发展的新时代,文明精神逐渐焕发光彩,技术也在不断进步。我们有时会过分夸大精神和观念的伟大与美好,但却忽视了技术对人有着根本性的塑造。每一项新技术的诞生,都充满了无限的想象空间,有力地推动了社会文明。但我们也不得不承认,正是技术的发展使我们进一步窥探到人类自身的局限性与文明的脆弱性。

关键词：焕发光彩想象空间脆弱性石器时代文明局限性精神