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“人-机-环境”共融的工业数字孪生系统智能优化方法

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计算机集成制造系统 2024年第5期30卷 1551-1570页

作者：李浩王昊琪李琳利张玉彦杨文超文笑雨张旭辉刘根张幸福刘俊崔科飞陈录城王朋静杨新宇郑州轻工业大学河南省机械装备智能制造重点实验室河南郑州450002 西安科技大学机械工程学院陕西西安710699 郑州恒达智控科技股份有限公司河南郑州450016 中信重工机械股份有限公司河南洛阳471003 卡奥斯工业智能研究院(青岛)有限公司山东青岛266000

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... 详细信息

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。

关键词： “人-机-环境”共融工业数字孪生系统智能制造智能优化 AI agent

Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂对半焦基DC-SOFC性能的影响

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1647-1656页

作者：刘国阳周安宁刘倩王俊哲西安科技大学化学与化工学院陕西西安710054 陕西煤业新型能源科技股份有限公司陕西西安710199

半焦与CO_(2)的气化反应速率是影响半焦燃料基DC-SOFC电池性能的关键。为提高半焦的CO_(2)气化反应性,采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了具有钙钛矿结构的Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂,用SEM、XRD、XPS、低温氮气吸脱附等分析手段研究了Ca_(2)Fe_... 详细信息

半焦与CO_(2)的气化反应速率是影响半焦燃料基DC-SOFC电池性能的关键。为提高半焦的CO_(2)气化反应性,采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了具有钙钛矿结构的Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂,用SEM、XRD、XPS、低温氮气吸脱附等分析手段研究了Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂的形貌和结构,采用热重分析实验研究Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂对半焦燃料的CO_(2)气化反应催化活性;在Ag-GDC|YSZ|GDC-Ag电解质支撑电池系统上,研究了添加Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂对半焦燃料基DC-SOFC输出性能的影响。结果表明,随着催化剂焙烧温度的提高,Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂晶粒尺寸逐渐增大、比表面积降低,750℃焙烧的催化剂具有良好的分散性、颗粒尺寸约为0.1μm,在半焦的CO_(2)气化反应中催化作用最好;相较于CaO和Fe2O3,Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂结构中吸附氧浓度更高,在半焦的CO_(2)气化反应中表现出更为优异的催化活性;Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂的循环稳定性取决于催化剂结构的热稳定性,其循环使用时活性降低主要归因于半焦燃料中无机灰分的包裹。催化剂对DC-SOFC输出性能影响表明,当半焦中添加10%的Ca_(2)Fe_(2)O_(5)催化剂时,电池的峰值功率密度从15.3 mW/cm^(2)增大到23.7 mW/cm^(2);EIS分析表明阳极传质阻力是影响DC-SOFC输出性能和燃料利用率的主要因素,降低灰分、催化剂累积带来的传质阻力可有效提高电池寿命和燃料利用率。

关键词：直接碳固体氧化物燃料电池钙钛矿催化剂 C-CO_(2)气化反应

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U型框类零件双向拉深成形研究

塑性工程学报 2024年第1期31卷 118-125页

作者：雷青哲王悉颖姜涛周健段崇翟攀中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西西安710089

针对U型框类零件成形质量不稳定、修整手工量大等问题,通过对零件结构的分析研究,借助CATIA对其进行了工艺补充面设计,并借助数值模拟对成形过程进行了仿真,研究了双向拉深成形工艺,设计了一种特有传力方式的双向拉深模具结构;选取凸凹... 详细信息

针对U型框类零件成形质量不稳定、修整手工量大等问题,通过对零件结构的分析研究,借助CATIA对其进行了工艺补充面设计,并借助数值模拟对成形过程进行了仿真,研究了双向拉深成形工艺,设计了一种特有传力方式的双向拉深模具结构;选取凸凹模间隙、摩擦因数、压边力及拉深速度4个因素为优化变量,通过正交试验得出最优工艺参数组合,即压边力大小为30 kN、摩擦因数为0.1、凸凹模间隙为1.6 mm、拉深速度为6000 mm·s^(-1);最后针对拉深后回弹现象,对校正模进行了分析和设计并修整。生产试验表明,此模具结构可以很好地改善零件成形质量,提高效率并满足生产及设计要求。

关键词： U型框类零件数值模拟双向拉深成形正交试验拉深模

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致密砂岩储层可动流体分布特征及主控因素

特种油气藏 2024年第4期31卷 44-53页

作者：李亚婷童长兵韩进师良钟高润赵帮胜延安大学陕西延安716000 延长石油股份有限公司宝塔采油厂陕西延安716000

针对鄂尔多斯盆地富县地区长8储层流体分布差异显著、孔隙结构复杂、渗流能力相对薄弱等问题,选取研究区5块典型岩样开展测试分析,利用铸体薄片、扫描电镜(SEM)、X衍射黏土矿物分析(XRD)、恒速压汞实验,对可动流体主控因素进行分析。研... 详细信息

针对鄂尔多斯盆地富县地区长8储层流体分布差异显著、孔隙结构复杂、渗流能力相对薄弱等问题,选取研究区5块典型岩样开展测试分析,利用铸体薄片、扫描电镜(SEM)、X衍射黏土矿物分析(XRD)、恒速压汞实验,对可动流体主控因素进行分析。研究表明:致密砂岩储层中可动流体饱和度为26.31%~50.61%,平均值为35.15%;可动流体孔喉半径为0.10~0.50μm;T_(2)截止值为6.69~49.90 ms,可动流体最小孔喉半径为0.16~0.36μm。储层渗透率较孔隙度对可动流体的控制更强;中值半径、最大孔喉半径、平均孔喉半径与可动流体均具有正相关性,中值半径影响较大;长石含量越高,越容易形成长石溶孔,可动流体饱和度越大;I类和Ⅱ类储层中高岭石含量较高,呈分散质点式填充孔隙,Ⅲ类储层中伊利石和伊蒙混层含量较高,呈搭桥式分割孔隙,是堵塞孔喉的主要原因。该研究成果可为提高致密油藏采收率提供参考和借鉴。

关键词：微观孔喉可动流体核磁共振致密砂岩主控因素鄂尔多地盆地

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热塑性聚烯烃(TPO)的开发与工业应用

现代塑料加工应用 2024年

作者：刘升蔡立恒杜杰刘浪陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司

使用自制催化剂,配合Donor-P,应用卧式搅拌床反应器的生产工艺,开发了含有原位生成的高乙丙橡胶相的热塑性聚烯烃(TPO))产品。通过反应器内气相组分控制、生产负荷调整,确保生产过程平稳,得到两个目标产品,利用差示扫描量热仪(DSC)、凝... 详细信息

使用自制催化剂,配合Donor-P,应用卧式搅拌床反应器的生产工艺,开发了含有原位生成的高乙丙橡胶相的热塑性聚烯烃(TPO))产品。通过反应器内气相组分控制、生产负荷调整,确保生产过程平稳,得到两个目标产品,利用差示扫描量热仪(DSC)、凝胶渗透色谱仪(GPC)和扫描电子显微镜(SEM)等与对标产品进行了对比分析。结果表明:自制催化剂可以实现目标产物生产,产品满足指标要求,但与对标产品存在较大差异。

关键词：热塑性聚烯烃熔体流动速率相对分子质量分布生产工艺

面向复杂工况的液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 146-156页

作者：张泽宇惠记庄许仕伟耿麒卜正锋长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 西藏天路股份有限公司博士后工作站拉萨850000 陕西航天动力高科技股份有限公司西安710077

针对工程机械在复杂工况下能源利用率不高的问题,提出了一种液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略。首先,在装载机功率与力学平衡的基础上,构造了基于牵引性能理论的装载机动力传动系统仿真平台,并通过装载机循环工况采集到的实验数... 详细信息

针对工程机械在复杂工况下能源利用率不高的问题,提出了一种液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略。首先,在装载机功率与力学平衡的基础上,构造了基于牵引性能理论的装载机动力传动系统仿真平台,并通过装载机循环工况采集到的实验数据验证了其有效性和可靠性;其次,基于发动机与液力变矩器台架实验,研究了ZL50型装载机的牵引特性,对比了其在起步、举升、铲掘、匀速4种不同牵引阶段的动力性能,分析了液力变矩器的闭锁点对装载机动力性、平顺性和经济性的影响;最后,提出了面向复杂工况的液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略,并对优化前后的装载机效能进行了对比分析。研究结果表明:在相同的V型循环工况下,采用所提出的控制策略,装载机等油耗输出能量从372.69 kW·h·mL^(-1)提高到420.51 kW·h·mL^(-1),整机效能提高了约12.8%。所提策略可为大型工程机械传动效率低、燃料消耗大、污染排放严重等问题提供解决方案。

关键词：装载机传动系统液力变矩器变速箱协同控制

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键齿倾斜类型对节段拼装箱梁力学性能的影响

中国公路学报 2024年第1期37卷 91-106页

作者：范香艳刘来君武芳文杜猛赵力国长安大学公路学院陕西西安710064 深圳高速公路集团股份有限公司广东深圳518057 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710065

为了明确腹板键齿类型对节段梁力学性能的影响规律,揭示不同键齿倾斜类型节段箱梁破坏机理和破坏模式,开展了2组不同键齿类型(垂直键齿、水平键齿)节段式箱梁在不同荷载作用方式(纯弯作用、弯剪作用)下的力学性能试验,分析了梁体变形、... 详细信息

为了明确腹板键齿类型对节段梁力学性能的影响规律,揭示不同键齿倾斜类型节段箱梁破坏机理和破坏模式,开展了2组不同键齿类型(垂直键齿、水平键齿)节段式箱梁在不同荷载作用方式(纯弯作用、弯剪作用)下的力学性能试验,分析了梁体变形、裂缝萌生与扩展形态、体外预应力束的预应力增量以及主梁应力与裂缝宽度变化规律;建立了有限元数值分析模型,详细分析接缝局部不同角度键齿应力状态。研究结果表明:节段梁接缝开裂前,混凝土应力应变、梁体变形和预应力筋应力与荷载呈线性关系;接缝开裂后混凝土应力应变、梁体变形均与荷载呈非线性关系。纯弯荷载作用下,2种键齿梁的破坏形态相同,均为纯弯段接缝的开裂,破坏模式相同,主裂缝位置不同,垂直键齿梁破坏时的主裂缝靠近跨中位置,而水平键齿梁更靠近加载位置;弯剪荷载作用下,破坏模式为近加载点接缝弯剪破坏;2种荷载作用下,接缝顶面混凝土均压溃破坏,腹板键齿均受剪切破碎。键齿类型和荷载作用对节段梁的破坏模式影响显著,垂直键齿梁的承载能力和刚度优于水平键齿梁。键齿类型以及加载方式对预应力筋应力增量影响较小,体内束预应力增量大于体外束应力增量。建立的数值分析模型与试验结果吻合较好,可以有效分析节段梁键齿应力分布状态,揭示了节段箱梁受力破坏机理。基于既有规范和试验结果,提出了抗弯承载能力计算公式,计算值与试验值吻合良好,验证了所提出计算公式的有效性。

关键词：桥梁工程节段拼装箱梁试验研究力学性能键齿倾斜类型

基于局部与全局描述符紧耦合联合决策的机器人分层式视觉位置识别方法

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信息与控制 2024年第3期53卷 400-415页

作者：李康宇王西峰朱守泰中国机械科学研究总院集团有限公司机科发展科技股份有限公司北京交通大学

视觉位置识别是移动机器人维持高精度定位和维护地图一致性的重要手段。然而，受视点和外观变化的双重干扰，位置识别问题仍然极具挑战性。本文提出了一种基于局部与全局描述符紧耦合联合决策的分层式视觉位置识别方法。该方法基于多任... 详细信息

视觉位置识别是移动机器人维持高精度定位和维护地图一致性的重要手段。然而，受视点和外观变化的双重干扰，位置识别问题仍然极具挑战性。本文提出了一种基于局部与全局描述符紧耦合联合决策的分层式视觉位置识别方法。该方法基于多任务知识蒸馏来学习描述符提取能力。经过良好训练的轻量化模型以紧耦合的形式同时提取图像的全局和局部描述符，并进一步实现局部描述符的二值化表示和词袋空间映射。在所构建的位置识别架构中，提出了分层式识别策略进行由粗到精的位置检索，并基于相位相关法分配全局和局部描述符的联合决策权重。在多项基准数据集上的评估结果证实，所提方法在可接受的匹配效率下实现了匹配性能的显著提升，在多种复杂环境下表现出较强的泛化性和鲁棒性。

关键词：视觉位置识别闭环检测深度学习视觉SLAM 场景识别

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大行程磁阻驱动微定位平台及其轨迹跟踪控制

北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2852-2861页

作者：张旭陆晓伟赖磊捷上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 华立科技股份有限公司杭州310023

麦克斯韦磁阻驱动器克服了传统压电陶瓷驱动器行程小及音圈电机推力密度和效率低等难题,在大行程高速微纳米定位中具有极大的应用潜力。设计了一种基于麦克斯韦磁阻驱动的大行程二自由度柔顺微定位平台,并对其进行了高性能轨迹跟踪控制... 详细信息

麦克斯韦磁阻驱动器克服了传统压电陶瓷驱动器行程小及音圈电机推力密度和效率低等难题,在大行程高速微纳米定位中具有极大的应用潜力。设计了一种基于麦克斯韦磁阻驱动的大行程二自由度柔顺微定位平台,并对其进行了高性能轨迹跟踪控制。该定位平台由2个永磁偏置的麦克斯韦磁阻驱动器和二自由度并联解耦柔性导向机构组成,平台利用磁阻驱动器的非线性负刚度来部分补偿柔性导向机构的弹性恢复力,有效提高了运动行程和能量传递效率,使其在±2 mm行程范围内的所需推力从±120 N减少至±24 N。轨迹跟踪控制方面,为补磁阻驱动器偿驱动器软磁材料冲磁带来的磁滞非线性,利用逆Prandtl-Ishlinskii磁滞模型构建了率相关磁滞补偿控制器并将其置于前馈回路中。为解决平台低阻尼谐振及动力学模型不一致等问题,设计了含分数阶相位超前环节的PI反馈控制器以完成对系统开环频率特性的灵活调整,实现了对平台的高精度轨迹跟踪控制,有效减小了系统的跟踪误差。对2 mm幅值、1 Hz和10 Hz频率的三角波信号进行轨迹跟踪所得到的均方根误差分别为0.013 mm和0.017 mm。

关键词：微纳米定位麦克斯韦磁阻驱动器柔性机构磁滞分数阶控制轨迹跟踪控制