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基于SHAP-LightGBM的电动集装箱正面吊运起重机能耗分析和异常识别

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工程设计学报 2024年第1期31卷 81-90页

作者：郄永军任杰孙帅周东才张凡三一重工股份有限公司北京102206 三一海洋重工有限公司广东珠海519050

集装箱正面吊运起重机(以下简称正面吊)在港口的实际作业中发挥着重要作用。随着社会对能源和环境问题的日益关注,正面吊的电动化趋势愈加显著,市场上电动正面吊的数量逐年增加。电耗性能直接影响电动正面吊的续航能力、作业效率和作业... 详细信息

集装箱正面吊运起重机(以下简称正面吊)在港口的实际作业中发挥着重要作用。随着社会对能源和环境问题的日益关注,正面吊的电动化趋势愈加显著,市场上电动正面吊的数量逐年增加。电耗性能直接影响电动正面吊的续航能力、作业效率和作业成本,是电动正面吊的重要性能之一。驾驶行为、作业工况、设备故障等因素均会对电动正面吊的能耗产生影响。为此,通过收集电动正面吊客户侧的实际运行数据,基于LightGBM(light gradient boosting machine,轻量级梯度提升机)模型,在微观和宏观两个层面分别对电动正面吊的行驶和作业过程进行能耗建模,并运用SHAP(Shapley additive explanations,沙普利加和解释)理论量化分析不同作业工况、作业行为对电动正面吊能耗的影响,同时识别设备故障所引起的能耗异常。结果表明,基于SHAP-LightGBM的能耗模型能够准确预测和分析电动正面吊的行驶和作业能耗,可为电动正面吊的设计、能耗策略优化提供有效的信息输入,同时可建立电动正面吊实际运行过程的理论能耗基准,有效指导驾驶行为和识别故障造成的能耗异常等。

关键词：集装箱正面吊运起重机能耗模型异常识别 LightGBM模型能耗优化

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基于多岛遗传-模拟退火算法的气动外形优化

飞行力学 2017年第5期35卷 26-30页

作者：郄永军徐勇王方鹏金航数码科技有限责任公司系统工程应用中心北京100028 北京理工大学宇航学院北京100081

针对超声速翼型滑翔机的气动外形优化问题,提出了一种多岛遗传算法与模拟退火算法相结合的混合优化算法。首先,通过多岛遗传算法产生一个随机的初始种群,找到全局最优点附近区域的一个次优解;然后,将此次优解作为模拟退火算法的初值启... 详细信息

针对超声速翼型滑翔机的气动外形优化问题,提出了一种多岛遗传算法与模拟退火算法相结合的混合优化算法。首先,通过多岛遗传算法产生一个随机的初始种群,找到全局最优点附近区域的一个次优解;然后,将此次优解作为模拟退火算法的初值启动退火进程,缩小设计空间的范围,找到全局最优解。优化结果表明,所提混合算法可以有效地解决飞行器外形优化问题;在数量巨大的设计空间中,滑翔机的最优气动外形能够以较低的计算资源代价快速得到;双弧形翼型的气动特性较六边形翼型更有优势,叉形尾翼的静稳定性和控制效率高于十字形;优化后的外形极大地增加了滑翔机的滑翔距离。

关键词：超声速滑翔机气动优化多岛遗传算法模拟退火算法

面向复杂系统工程的多学科统一建模与联合仿真技术研究与应用实践

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智能制造 2017年第5期 29-30页

作者：郄永军航空工业信息技术中心(金航数码)

多学科联合仿真技术应用工程背景航空产品是涉及机械、电子、电气、控制、液压及软件等多学科,可靠性、维修性和保障性等多专业工程要求的复杂系统，其开发模式正经历从基于文档向基于模型的范式转移。建立以基于模型的系统工程方法论... 详细信息

多学科联合仿真技术应用工程背景航空产品是涉及机械、电子、电气、控制、液压及软件等多学科,可靠性、维修性和保障性等多专业工程要求的复杂系统，其开发模式正经历从基于文档向基于模型的范式转移。建立以基于模型的系统工程方法论为指导、以功能/性能样机为载体，贯穿需求、功能、逻辑与物理构建模型在环、软件在环、硬件在环及人员在环的数字化综合仿真环境，开展多学科统一建模与联合仿真，实现功能/性能需求在开发早期阶段的验证与确认，基于数学模型（虚拟样机）开展复杂系统架构与方案的设计、权衡与分析优化，缩短设计迭代周期，提升开发质量，已成为国际航空航天和防务领域复杂系统开发的主流趋势。

关键词：系统工程方法论仿真技术统一建模应用工程复杂系统基于模型性能需求虚拟样机

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范畴论在航空产品概念设计中的应用研究

范畴论在航空产品概念设计中的应用研究

第八届中国航空学会青年科技论坛

作者：崔美瑜郄永军航空工业信息技术中心(金航数码)

本文首先引入范畴论描述系统,并采用基于范畴论的ologs(ontology log)语言开展系统概念设计。然后将此方法应用于航空舵机系统概念设计中,构建典型航空舵机系统从问题域到方案域的映射,实现从问题域到解决方案域的转换,得到舵机系统概... 详细信息

本文首先引入范畴论描述系统,并采用基于范畴论的ologs(ontology log)语言开展系统概念设计。然后将此方法应用于航空舵机系统概念设计中,构建典型航空舵机系统从问题域到方案域的映射,实现从问题域到解决方案域的转换,得到舵机系统概念设计方案。将范畴论方法应用于航空产品概念设计,可实现面向一套需求构建多个概念设计方案,并建立方案间的映射关系,这为后续的概念设计方案权衡和探索、知识存储以及知识

关键词：航空产品概念设计范畴论

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采样频率对电池数字孪生模型的精度影响研究

采样频率对电池数字孪生模型的精度影响研究

基于模型的需求-功能-逻辑-物理系统工程方法在航空系统设计中的应用

第三十六届中国仿真大会

作者：郄永军任杰徐鹏郑力清华大学工业工程系三一重工股份有限公司

在数字孪生系统中,数据的采集、传输和存储至关重要。然而,较高的数据采样频率会带来成本问题,较低的采样频率则会影响数字孪生系统模型的精度表现。本文以电池数字孪生模型中基础的安时积分问题为研究对象,对电流采样频率如何影响安时... 详细信息

在数字孪生系统中,数据的采集、传输和存储至关重要。然而,较高的数据采样频率会带来成本问题,较低的采样频率则会影响数字孪生系统模型的精度表现。本文以电池数字孪生模型中基础的安时积分问题为研究对象,对电流采样频率如何影响安时积分精度进行了定量研究,填补了该领域的研究空白。研究结果表明,在工程机械等功率波动较高的工况场景下,低频的电流采样(0.1Hz)会造成平均约30%的安时积分误差。利用信号重构算法可以较好地提升安时积分精度,助力精准电池管理。

关键词：数字孪生采样频率模型精度信号重构电动工程机械安时积分

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基于模型的需求-功能-逻辑-物理系统工程方法在航空系统设计中的...

基于载荷反演技术的挖掘机工作装置绞点力获取方法

第八届中国航空学会青年科技论坛

作者：徐营赞郄永军朱伟杰航空工业信息技术中心

针对航空系统设计中系统需求不明确,功能层级不清晰,系统架构权衡不充分,设计数据追溯难度大等问题,对基于模型的需求-功能-逻辑-物理正向设计的系统工程方法进行了研究。首先采用基于需求的工程流程分析系统需求,即需求捕获,需求分析... 详细信息

针对航空系统设计中系统需求不明确,功能层级不清晰,系统架构权衡不充分,设计数据追溯难度大等问题,对基于模型的需求-功能-逻辑-物理正向设计的系统工程方法进行了研究。首先采用基于需求的工程流程分析系统需求,即需求捕获,需求分析与需求定义。然后采用基于SysML的系统分析方法开展航空系统的功能分析和逻辑设计,对系统功能需求和逻辑架构进行验证。最后基于Modelica物理设计对航空系统进行多学科系统仿真

关键词：系统工程基于模型 SysML语言正向设计需求分析

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基于载荷反演技术的挖掘机工作装置绞点力获取方法

基于等效结构应力法的装载机车架焊缝仿真及优化

第二十届中国CAE工程分析技术年会

作者：张志红郄永军徐鹏秦浩星杨建生三一重工股份有限公司三一重机有限公司

挖掘机工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗及油缸组成。本文提出了一种基于载荷反演技术的绞点力获取方法,以某型号挖掘机绞点载荷获取为例,搭建挖掘机工作装置有限元模型和仿真计算,获取贴片位置,通过试验测试,得到贴片位置的应力载荷时... 详细信息

挖掘机工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗及油缸组成。本文提出了一种基于载荷反演技术的绞点力获取方法,以某型号挖掘机绞点载荷获取为例,搭建挖掘机工作装置有限元模型和仿真计算,获取贴片位置,通过试验测试,得到贴片位置的应力载荷时间历程,通过载荷反演计算,得到各绞点的载荷时间历程,基于Pearson相关系数公式,验证了结果的准确性。本方法用于解决现有技术无法考虑侧向载荷产生的惯性加速度问题,同时解决了理论假设计算精度低的问题,为工作装置疲劳寿命的准确预测提供有力支撑。

关键词：挖掘机绞点力载荷反演时间历程

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基于等效结构应力法的装载机车架焊缝仿真及优化

Al2O3–C质浸入式水口异常减薄与结瘤的失效分析

第二十届中国CAE工程分析技术年会

作者：郄永军杨建生徐鹏庄昕张志红三一重工股份有限公司三一重机有限公司

装载机是一种广泛应用于建筑、桥梁、矿山、港口及国防等领域的工程机械,装载机车架由前后车架通过销轴铰接在一起,其结构强度性能直接影响整车强度。以某型号装载机在试验过程中出现的车架开裂故障为例,通过搭建装载机整机动力学模型,... 详细信息

装载机是一种广泛应用于建筑、桥梁、矿山、港口及国防等领域的工程机械,装载机车架由前后车架通过销轴铰接在一起,其结构强度性能直接影响整车强度。以某型号装载机在试验过程中出现的车架开裂故障为例,通过搭建装载机整机动力学模型,提取车架在整机标准工况下的力,计算装载机车架在整机标准工况下的等效结构应力,识别焊缝开裂原因,通过对开裂位置进行结构优化,降低焊缝处的等效结构应力,提升焊缝处的抗疲劳性能。通过优化后,解决车架焊缝开裂故障,满足试验要求。

关键词：装载机焊缝等效结构应力优化开裂

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安全与环境学报 2025年

作者：尹啸郭浩然郄泽民庞洪轩郑冰徐东河北工程大学河北省高品质冷镦钢技术创新中心河北工程大学河北省高校高端紧固件全流程应用技术研发中心河北工程大学材料科学与工程学院河北普阳钢铁有限公司河北省高塑韧性耐磨钢板技术创新中心介子科技(河北)有限公司

基于冶金工艺探讨连铸时A12O3–C浸入式水口管壁异常减薄和结瘤的失效问题，利用宏观与显微形貌观察、化学成分分析、矿物组成分析、热力学计算等方法对失效的水口进行研究。结果表明，A12O3–C水口在渣线位置存在导致管壁减薄的内外侵... 详细信息

基于冶金工艺探讨连铸时A12O3–C浸入式水口管壁异常减薄和结瘤的失效问题，利用宏观与显微形貌观察、化学成分分析、矿物组成分析、热力学计算等方法对失效的水口进行研究。结果表明，A12O3–C水口在渣线位置存在导致管壁减薄的内外侵蚀，总侵蚀量壁厚占比达到79.17%，且径向外侵蚀量大于内侵蚀量。水口内衬结瘤物最大厚度为2.5 mm，水口浸入端内径扩孔程度达10.5 mm。基于对水口结瘤物的深度分析和含Ni氧化物生成热力学计算表明，在浇铸过程中钢液存在严重吸氧现象。通过系统的失效分析得出，A12O3–C水口失效的主要形式是内外侵蚀和内衬结瘤，而水口管壁减薄失效的外因是浇铸过程中出现钢液的严重吸氧。本失效分析可为炼钢连铸水口的安全服役提供参考。

关键词：安全工程连铸浸入式水口异常减薄结瘤失效分析