东北大学学报（自然科学版）

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1. 供应链韧性：研究综述与展望

蒋忠中, 郭佳润, 郑伟

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 59-70. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250055

摘要（2337）

HTML （71）

PDF（pc）（2764KB）（2661）

近年来，地缘政治冲突（俄乌冲突）、技术遏制（中美贸易摩擦）等复合型危机持续冲击全球，凸显了全球供应链的脆弱性.提升供应链韧性既是保障世界各国特别是中国可持续发展的关键举措，也是建设制造强国的重要依托.基于此，本文详细梳理了现有供应链韧性的相关研究成果，围绕其起源、概念界定和驱动因素等方面进行回顾和总结，系统分析其研究演进路径，并从协同优化、资源配置、动态响应、风险管理4个关键维度对未来可能的研究方向进行了展望，进而为全球及中国供应链韧性研究提供理论支持和决策参考.

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2. 软件定义智能控制系统未来发展展望

柴天佑, 郑锐, 贾瑶, 黄新宇, 宋延杰

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 1-10. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250079

摘要（1470）

HTML （84）

PDF（pc）（4009KB）（716）

本文综述了软件定义控制系统研究现状并分析了控制系统在工业革命中的作用和发展状况，提出了软件定义控制系统的智能化发展方向.通过软件定义端边云协同的PID（比例-积分-微分）整定智能系统案例，表明将工业人工智能、工业互联网等新一代信息技术与软件定义控制系统紧密融合与协同,为发展软件定义智能控制系统开辟了新途径.最后，针对软件定义控制系统存在的难题和软件定义控制系统智能化存在的难题，提出了软件定义智能控制系统的主要研究方向.

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3. 多类型能量路由器研究综述

孙秋野, 邢荣达, 沈千翔, 孙振奥

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 11-21. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250063

摘要（1155）

HTML （17）

PDF（pc）（1261KB）（748）

在能源互联网中，能量路由器（ERs）是实现多端口能量转换和能量流主动调控的核心组件之一.本文将ERs分为3类：电能路由器、信息能量路由器和多能能量路由器.根据类别间的差异，将ER的研究划分为4个层面：电力变换，侧重多端口的电力变换拓扑与控制；能量路由控制，主要关注端口间功率流的调控；信息处理与优化控制，强调信息的获取、传输并据其优化能量的流动；多能协调，以多能综合利用为主要目标.以4个层面研究为基础，探讨了ER的拓扑、控制、通信和多能优化等技术，以及不同层面间的关联性.

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4. 数字化高炉炼铁技术研发与应用研究进展

储满生, 王国栋, 唐珏, 石泉

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 113-130. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250070

摘要（1054）

HTML （14）

PDF（pc）（4726KB）（2076）

在数字信息时代的推动下，高炉数字化转型拉开序幕.钢铁企业(简称钢企)应用智能闭环控制、数字孪生和AI预测模型，构建智慧操炉、炉况评价与质量优化等智能系统.数字化高炉研究成果主要集中在变量预测、状态诊断、炉况优化，这些领域由传统方式分别向复杂优化建模、多维综合评价和多目标协同优化方向发展.但目前预测模型需强化在线自更新与数据机理融合，评价体系需注重多维度精细化诊断，炉况优化需以低风险、低成本、多目标耦合为核心突破单指标局限.以高炉现场需求为出发点，开发高炉信息物理系统，将数据、机理和经验合理匹配调用，形成数据治理-规则挖掘-智能预测-综合评价-多目标优化-决策反馈一体化技术是数字化高炉炼铁的未来发展重点之一.

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5. 基于ConvGRU融合注意力机制的工业混合气体智能识别方法

孟凡利, 李书畅, 王浩, 苑振宇

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 37-48. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240164

摘要（1050）

HTML （22）

PDF（pc）（4835KB）（381）

针对传统半导体气敏传感器在气体识别方面存在的数据依赖度高和混合气体识别精度不足的问题，本研究提出了1种融合门控循环单元（GRU）、卷积与注意力机制的ConvGRUAttention网络模型.采用经验小波变换（empirical wavelet transform，EWT）对原始信号进行时频域转换与多尺度分解，抑制噪声并降低数据依赖，提高了模型的鲁棒性.本模型通过卷积层提取局部动态特征，利用GRU捕捉信号的长期依赖，并引入注意力机制动态优化多尺度信号的特征权重，增强模型的特征提取和泛化能力.通过实验验证，定性识别准确率达到了100%，定量识别的均方根误差为3.3×10^-6.与传统方法相比，混合气体检测精度显著提高.

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6. 智能制造技术进展与应用

巩亚东, 高家浩, 金丽雅, 赵衡

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 84-93. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250053

摘要（1038）

HTML （37）

PDF（pc）（4156KB）（1445）

基于人工智能发展对制造技术产生广泛深刻影响的分析，阐述了智能制造是建设制造强国的主攻方向，并探讨其在新型工业化体系建设过程中的重要作用.通过概述智能制造赋能技术，阐释人工智能技术与先进制造技术深度融合形成的智能制造技术，该技术将推动新一轮工业革命和产业革命的进程.随后以典型智能制造研究成果和应用实例，阐明了智能制造与传统自动化的本质区别和工程应用.最后指出，新一代信息技术与先进制造技术深度融合形成的先进生产模式，呈现出未来制造业的新形态.

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7. 电缆隧道环境下工业智能巡检机器人定位研究

王玉涛, 安俊炜, 秦长生, 郭伟帆

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 49-58. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240212

摘要（978）

HTML （17）

PDF（pc）（5943KB）（145）

电缆隧道封闭狭长，存在重复布设的电缆架和相似的场景纹理，属于退化场景.针对该场景，提出了1种基于点线特征融合的视觉惯导SLAM(simultaneous localization and mapping)算法.该算法通过长度抑制和短线拟合来改进高维线特征，使其能够更有效地描述结构化显著的隧道场景.此外，针对电缆隧道中特征相似导致的回环检测失败问题，引入具有高效识别和精确位姿估计的ArUco标记，限定回环发生区域，并利用最小化位姿变换筛选最佳回环帧，从而提升回环检测的准确度和定位精度.最后，在电缆隧道内采集数据集并进行实验验证.结果表明，相对于VINS–Mono(visual inertial system–Mono)，所提算法的绝对轨迹精度平均提升了69.73%，满足了电缆隧道巡检的应用需求.

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8. 基于工业智能的电力变压器数字孪生故障诊断方法

冯健, 张博闻, 赵宁, 江辉杰

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 22-29. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240218

摘要（920）

HTML （18）

PDF（pc）（4393KB）（255）

作为新一代信息技术与先进制造技术融合的关键发展方向，工业智能利用智能化、数字化和自动化手段，能够显著提升工业生产效率并优化工业设备的预测和维护管理.本文聚焦于工业设备的智能化，以电力变压器在电力系统中高效、稳定运行的需求为出发点，基于电磁场方程和等效电路模型，构建了基于数字孪生技术的变压器匝间短路故障模型.该模型从电磁场角度对比分析变压器在正常状态和故障状态下的对称性，实现了数字孪生技术与故障诊断的结合.此外，通过对变压器虚拟模型的深入分析，实现对发生故障位置的定位，确保变压器的安全运行，提升其可靠性与效率，从而推动整个电力系统的智能化与现代化进程.

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9. 基于安全强化学习算法的电动汽车充电调度策略

潘恒欣, 贾润达, 张树磊

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (5): 1-9. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230183

摘要（886）

HTML （37）

PDF（pc）（1237KB）（1079）

随着电动汽车数量的增加，强化学习在电动汽车充电调度中面临更多挑战，尤其是大规模应用带来的不确定性和维度灾难问题.针对上述问题，构建了一个居民区微电网模型，综合考虑电动汽车入网模式及其多种非线性充电模型.将充电调度问题建模为一个约束马尔可夫决策过程，并采用无模型的强化学习框架处理不确定性.针对维度灾难问题，设计了一种充放电策略，通过将电动汽车根据状态划分为不同集合，并由智能体向集合发送控制信号，从而减少动作空间维度.随后，利用基于拉格朗日约束的深度确定性策略梯度算法求解充电调度问题，同时引入安全过滤器以确保不违反硬性约束.数值仿真验证了该策略的有效性.

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10. 深部金属矿TBM开拓岩爆微震智能监测与预警

陈炳瑞, 王旭, 姜桂鹏, 贺飞, 韩佳霖, 郝剑钧

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 148-162. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250085

摘要（840）

HTML （15）

PDF（pc）（10803KB）（1012）

针对深部金属矿隧道掘进机(tunnelling boring machine, TBM)开拓岩爆微震监测与预警自动化、智能化不足的问题，开展了基于深度机器视觉DPED（drilling profile ellipse detection）-AT(accurate location of drilling multidimensional features based on anchor tracking)方法的钻孔多维参数识别研究、微震传感器自动拆装装置研发与决策系统设计，实现了TBM开拓微震传感器自动拆装；研发了微震智能变频采集技术，实现了岩爆孕育过程岩石破裂信息连续、保真采集；研发了改进神经网络破裂信号识别与到时实时拾取算法，及岩爆孕育微震源概率场三维表征算法，初步实现TBM开拓岩爆孕育信息智能解译与精细化预警，最终建立了融合钻孔智能识别、传感器自动拆装、信号智能采集-解译的岩爆智能监测预警技术体系.招金矿业瑞海金矿应用表明，该技术初步实现了岩爆微震自动监测、解译与预警，为深部金属矿TBM开拓的少人化、无人化提供有力支撑.

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11. 基于图像融合技术的阿尔茨海默病检测研究

李志刚, 牟明凯, 胡德安, 项楠

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (6): 1-7. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230338

摘要（773）

HTML （41）

PDF（pc）（2142KB）（506）

利用傅里叶变换红外衰减全反射光谱（FTIR-ATR）技术采集阿尔茨海默病(AD)患者血浆样本.根据血浆膜样本的FTIR-ATR光谱数据，利用格拉姆角场（GAF）和马尔可夫转移场(MTF)将光谱数据编码为二维图像，同时结合基于深度残差网络和注意力机制的神经网络模型，实现对阿尔茨海默病的筛查分类研究.实验结果表明，使用GAF-MTF-CNN模型能够有效提升光谱特征提取的准确率.同时，使用二维数据结合深度学习的方法比传统的分类方法具有更高的分类精度.采用GAF与MTF技术编码光谱为图像，结合改进残差神经网络，有效提升了AD筛查模型的泛化能力与诊断精准度，优化了筛查性能.

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12. 考虑线边零件库存的多阶段装配线解析建模与性能评估

崔鹏浩, 张祺曼, 蒋忠中, 盛国军

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 71-83. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240193

摘要（767）

HTML （5）

PDF（pc）（2384KB）（426）

装配线的产出性能不仅受到机器不可靠性和缓冲空间有限性的影响，还受到线边零件库存的制约.针对考虑线边零件库存的多阶段装配线，研究了其解析建模与性能评估问题.首先，对于单阶段装配线，基于马尔可夫链求得了单阶段装配线系统状态的稳态概率分布.其次，对于两阶段装配线，将单阶段子系统等效为具有1个工作状态和1个故障状态的机器，基于马尔可夫链建立性能评估模型，通过模型求解得到产出率等性能指标的闭集表达式.再次，对于多阶段装配线，提出了聚合方法对主要性能指标进行近似评估.进一步地，通过数值实验验证了性能评估方法的准确性.最后，基于所提出的性能评估方法，通过数值实验分析了多阶段装配线的可逆性及单调性等系统性质.

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13. 基于目标检测的复杂城市交通环境感知技术及应用

艾散·西尔艾力, 车德福, 王夺, 喻甜

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (5): 29-36. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230297

摘要（740）

HTML （14）

PDF（pc）（4528KB）（237）

基于机器视觉的环境感知技术是智慧交通领域的关键任务之一.传统深度学习算法通常只能满足单一场景下的个别目标检测任务，难以应对复杂交通环境下的智能感知需求.为提高车辆在复杂环境下的智能感知能力，提出了一种改进的YOLOv8目标检测网络模型，结合注意力机制、优化器和可变形卷积层，实现了在复杂城市交通环境下的多目标检测.采用YOLOv4，YOLOv8及改进的YOLOv8算法对复杂交通环境样本图进行目标检测对比实验.结果表明，与YOLOv4，YOLOv8相比，改进的YOLOv8算法的平均精度分别提高了40.76%和16.92%.该算法的检测准确性与实时性满足实际应用需求，可通过多传感器信息融合，实现在复杂城市交通环境下的智能感知.

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14. 基于改进多目标混沌粒子群优化的电动汽车充放电调度

曹知奥, 马晨硕

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (9): 1-8. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240014

摘要（730）

HTML （66）

PDF（pc）（1428KB）（323）

针对电动汽车充放电调度问题，提出一种考虑用户综合满意度的有序充放电算法.首先，构建了大规模电动汽车有序充放电模型，并量化用户综合满意度；其次，提出了一种基于改进多目标策略多样性混沌序列扰动粒子群优化(improved multi-objective role partitioning chaotic particle swarm optimization, IMRPC-PSO)算法以解决传统方法中多样性不足和易陷入局部最优的问题.根据粒子性能，给粒子赋予精英粒子、一般粒子和学习粒子的角色，并分别执行保持搜索、发展搜索和学习搜索的多样性策略.每个粒子根据其角色寻优搜索空间；为避免陷入局部最优，在每次迭代初始化后加入混沌序列扰动.最后，通过案例仿真对比所提算法与其余5种多目标优化算法的性能，结果显示IMRPC-PSO在解决电动汽车有序充放电问题上优于其他算法，验证了该算法的有效性和可行性.

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15. 基于3D点云的平面角接焊缝特征提取与运动跟踪

吴海彬, 黄浯锴

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (6): 93-101. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239074

摘要（690）

HTML （22）

PDF（pc）（2906KB）（927）

提出一种基于3D点云的平面角接焊缝特征提取与轨迹规划策略，用于解决焊缝的自动识别与机器人自动跟踪焊接.首先，基于差异点云分割方法提取待焊工件，并进行点云预处理.其次，为获得焊缝特征点，提出了工件结构分割特征提取算法.接着基于非均匀有理B样条（NURBS）曲线的路径拟合方法进行拟合.最后，提出一种焊接点位的机器人位姿估计方法，得到各路径点位姿以供焊接.该策略适用于直线与各种平面曲线焊缝.实验结果表明，该策略能够精确地提取角接焊缝位置并生成所需的轨迹点位姿，各轴最大误差控制在1 mm之内，总耗时不超过18 s，为高效自动化焊接提供参考.

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16. 装配式钢管-拉森钢板桩围堰结构数值模拟分析

陈百玲, 牛金辉, 王连广, 许刚

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (6): 102-112. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230335

摘要（685）

HTML （10）

PDF（pc）（14725KB）（481）

为解决常规钢板桩围堰遇坚硬土层插打难度大及锁口钢管桩围堰止水效果差的问题，提出一种装配式钢管-钢板桩围堰，充分利用了钢管桩刚度大、钢板桩止水效果好的优点.通过ABAQUS对该结构进行数值分析表明，角部的钢管桩极大改善了钢板桩围堰角部剥脱以及对支撑依赖度高的不足，增加钢管桩数量可以改善结构受力情况.3道支撑尤其是封底混凝土对抑制钢板桩变形的发展最有效.同时，该结构可以有效抑制河床土体的变形.土体最大水平和竖向变形集中在抽水初始阶段和清淤阶段，分别占最大变形的89.9%和65.2%，结构的3道支撑与封底混凝土可以很好地抑制抽水与清淤阶段变形.

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17. 基于改进的YOLOv8的PCB瑕疵检测

吕真真, 房立金, 赵乾坤, 万应才

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (10): 1-9. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240038

摘要（682）

HTML （36）

PDF（pc）（10197KB）（134）

由于印刷电路板（PCB）集成度高且线路复杂以及参数量日益增加，其存在的瑕疵直接影响PCB的生产效率，利用计算机视觉技术对PCB瑕疵进行检测对PCB生产具有重要意义.本文在YOLO目标检测算法基础上，提出了一种基于自注意力的PCB瑕疵检测算法.首先，在特征提取阶段引入了极化自注意力机制，对PCB特征的空间与语义特征分别进行提取，并将其与输入原始特征进行结合，增强网络特征的表征能力.然后，在解码阶段加入了一种小目标检测头，该检测头充分利用了YOLO网络Backbone模块提取的低分辨率特征，使网络关注PCB局部细节特征，提高瑕疵区域的定位精度.实验结果表明，所提方法在PCB数据集上精度可达95.5%，与原YOLOv8方法相比提高了4%，mAP0.5∶0.95指标与原YOLOv8方法相比提高了2.8%.

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18. 基于响应面分析的纤维泡沫混凝土多目标优化

王述红, 李皓然, 尹宏, 贡藩

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (6): 122-130. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230340

摘要（667）

HTML （5）

PDF（pc）（3246KB）（706）

泡沫混凝土可作为初期支护和二次衬砌之间的变形预留层，抵抗高地应力深埋隧道围岩流变变形.通过掺入纤维可进一步改善其压缩性能及延性，并在一定纤维特征条件下解决抗压强度低的问题.利用正交试验及响应面Box-Behnken设计法，系统探究纤维质量分数、长度、种类等特征因素对泡沫混凝土抗压强度与弹性模量的影响，并构建特征回归模型对配合比进行优化.结果表明：响应面法建立回归模型具有较高的可信度.在多种纤维特征中，纤维质量分数对泡沫混凝土的抗压强度和弹性模量影响最大，同时多特征之间的交互作用对抗压强度影响较大，而对弹性模量影响较小，且纤维长度和纤维种类的交互作用对其抗压强度影响最为显著.此外，通过最大化抗压强度和最小化弹性模量的目标进行模型配合比优化，得出最优配合比的相对误差绝对值均小于5%.该模型可为此工程背景下不同纤维特征的泡沫混凝土参数优化提供参考.

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19. 考虑储能荷电状态的可再生能源制氢优化控制

王智良, 郭亮亮, 李新宇, 刘鑫蕊

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (7): 30-36. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240184

摘要（660）

HTML （11）

PDF（pc）（1978KB）（245）

针对可再生能源、电解槽和储能设备集成的孤岛直流微电网制氢系统，提出了1种考虑储能荷电状态(state of charge，SoC)的优化控制策略.首先，对碱性电解槽的制氢效率特性进行分析，提出了1种制氢效率随母线电压变化而自适应调整的优化控制方法，通过与储能系统协调互补，将制氢效率保持在较高的范围内.当储能SoC越过上下限时，设计了1种不依赖通信的SoC主动恢复控制策略，确保储能系统的安全运行.其次，设计了1种考虑极端工况下的功率协调控制策略，通过各个运行模式之间的灵活切换来保证直流微电网的稳定运行.最后，通过MATLAB/Simulink仿真平台对所提控制策略的有效性进行了验证.

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20. 羟肟酸捕收剂对钛铁矿和钛辉石的浮选效果及作用机理

李倩雯, 孟庆有, 袁致涛, 齐赛男

东北大学学报（自然科学版） 2025, 46 (6): 138-146. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240005

摘要（648）

HTML （7）

PDF（pc）（2487KB）（633）

通过矿物浮选试验研究了苯甲羟肟酸(BHA)、水杨羟肟酸(SHA)、辛基羟肟酸(OHA)、丁苯羟酸(BFXA)作用下钛铁矿与钛辉石的浮选分离行为.采用接触角、Zeta电位、傅里叶变换红外光谱等测试方法以及密度泛函理论（DFT）分析了4种不同结构羟肟酸在钛铁矿与钛辉石表面的作用机理.结果表明：4种羟肟酸对钛铁矿的浮选分离效果顺序为：BFXA>OHA>SHA>BHA；羟肟酸在钛铁矿表面的吸附作用强于钛辉石，加入羟肟酸显著提高了钛铁矿表面疏水性；羟肟酸捕收剂的反应位点为氧肟基的2个氧原子，相比于其他3种羟肟酸，BFXA的最高占据分子轨道(HOMO)能量最高，具有更强的吸附和捕收能力.

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