东北大学学报（自然科学版）

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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

2025, 46 (7): 1-10. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250079

摘要 ( 689 )

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PDF(4009KB) ( 163 )

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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多类型能量路由器研究综述

孙秋野, 邢荣达, 沈千翔, 孙振奥

2025, 46 (7): 11-21. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250063

摘要 ( 637 )

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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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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

2025, 46 (7): 22-29. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240218

摘要 ( 448 )

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PDF(4393KB) ( 16 )

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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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

2025, 46 (7): 30-36. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240184

摘要 ( 352 )

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PDF(1978KB) ( 17 )

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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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

2025, 46 (7): 37-48. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240164

摘要 ( 617 )

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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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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

2025, 46 (7): 49-58. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240212

摘要 ( 653 )

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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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供应链韧性：研究综述与展望

蒋忠中, 郭佳润, 郑伟

2025, 46 (7): 59-70. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250055

摘要 ( 475 )

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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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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

2025, 46 (7): 71-83. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240193

摘要 ( 417 )

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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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智能制造技术进展与应用

巩亚东, 高家浩, 金丽雅, 赵衡

2025, 46 (7): 84-93. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250053

摘要 ( 338 )

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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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感知微系统内嵌式智能轴承关键技术与应用展望

韩清凯, 赵宇来, 马树军, 于长鑫

2025, 46 (7): 94-107. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240200

摘要 ( 185 )

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高性能滚动轴承作为重大装备的核心基础部件，其智能化需求在风电、工程机械和轨道交通等领域日益迫切.首先，分析了智能轴承的技术特点，总结了国内外相关研究进展与发展动态.然后，重点讨论了感知微系统内嵌式智能轴承的系统组成、工作原理与关键技术，包括功能结构一体化设计、感知机理与数字化传感技术、精密制造与装配工艺，以及性能检测与试验考核.最后，对智能轴承技术的未来发展趋势和推广应用前景进行了评述与展望，为相关领域技术创新与产业化提供了理论支撑和实践指导.

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基于统计最小差异原理的Weibull分布参数估计方法

谢里阳, 朱文慧, 吴宁祥, 杨小玉

2025, 46 (7): 108-112. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240194

摘要 ( 276 )

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针对Weibull分布的参数估计，构造1个尺度参数的伪估计量，可以通过寻找有关变量的极值点的方法得到参数估计值.该参数估计方法原理是，正确的位置参数和形状参数使得根据各样本值估计出的尺度参数之间的差异最小.本质上，参数估计是基于1组具有不确定性的数据（随机变量样本）反映出的特定规律来提取（总体）信息.然而，这种规律是统计意义上的规律，而不是确定意义上的规律.其在有关函数极值点出现位置方面的表现是，估计量的准确值并非一定出现在确定性意义上的极值点.研究表明，对于上述Weibull分布参数估计问题，准确分布参数所在点与理论上的极值点之间通常存在一定的偏离，在最小值判据中引入1个偏移值（将“一阶导数等于零”修改为“一阶导数等于1个大于零的值”），能够显著提高参数估计的精度和稳健性.大量参数估计案例表明，将偏移值取为0.1，使得根据不同样本得到的真实值为1 000的Weibull分布位置参数估计值的范围从0~1 500大幅度缩小为500~1 550.

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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

2025, 46 (7): 113-130. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250070

摘要 ( 421 )

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PDF(4726KB) ( 29 )

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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大型金属坯料制备电磁调控关键共性技术开发和应用

王强, 乐启炽, 王向杰

2025, 46 (7): 131-138. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250081

摘要 ( 222 )

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大型高性能金属产品是高端装备制造业发展的基础和先导，但我国大型铸坯传统制备方法普遍存在夹杂、偏析、晶粒粗大以及裂纹等铸造缺陷，导致坯料冶金质量和成材率低等问题，无法满足大规格高端金属产品加工制造要求.因此，研发大型铸坯冶金质量调控新技术，攻克坯料洁净化、均质化、细晶化和低应力铸造难题是突破困境的有效途径.东北大学历经二十余年产学研用协同攻关，在大型坯料制备过程中利用电磁场独特效应，精准调控坯料制备过程凝固行为，完成了电磁调控技术全链条创新，构建了大型金属坯料制备电磁调控理论，研发出了电磁调控核心技术和装备，成功制备了系列大型高品质钢、镁合金和铝合金坯料，推动了高端材料制备技术的进步.

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基于DFT的氢基竖炉内H₂和CO在Fe₂O₃(0001)表面反应的机理

唐珏, 储满生, 刘西财, 刘杰

2025, 46 (7): 139-147. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240199

摘要 ( 268 )

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氢基竖炉工艺可显著减少CO₂排放，是钢铁工业绿色低碳发展的有效途径.本研究基于密度泛函理论（DFT），深入研究了氢基竖炉冶炼过程中H₂和CO与Fe₂O₃的反应机理.结果表明：H₂分子最稳定吸附构型的吸附能为-1.65 eV，CO分子为-2.10 eV，CO分子吸附占优.H₂分子反应时的能垒为0.64 eV，CO分子为1.40 eV，H₂分子与Fe₂O₃反应在动力学上占优.升高温度虽然不利于气体分子的吸附，但有利于还原反应的进行，因此升高温度可以弥补H₂分子吸附及反应在热力学上的劣势.对于富氢或纯氢竖炉，可以提高操作压力，同时适当提高还原温度以加快反应速率，但应确保吸附效率.

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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

2025, 46 (7): 148-162. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20250085

摘要 ( 315 )

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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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基于ICEEMDAN与Attention-LSTM的矿山边坡位移预测

李荟, 韩晓飞, 朱万成, 毛嘉石

2025, 46 (7): 163-170. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240197

摘要 ( 152 )

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为了提高矿山边坡位移预测的精度，提出了1种基于改进自适应噪声完备集合经验模态分解（ICEEMDAN）、最小二乘拟合与融入注意力机制的长短时记忆网络的矿山边坡位移预测模型.首先，针对矿山边坡位移监测数据的时序性、非线性等特点，引入改进的模态分解方法将累积位移进行时频分解，获得趋势项、周期项和随机项，有效降低了数据复杂度.其次，针对趋势项预测，采用最小二乘拟合方法建立三次多项式回归预测模型；针对周期项预测，引入注意力机制区分不同时刻位移数据的重要程度，有效捕捉了长时间位移序列内部的依赖关系.最终，通过整合趋势项和周期项预测结果，获得矿山边坡累积位移的预测结果.以西藏巨龙铜矿边坡为例，测试了该模型的性能.结果表明，提出的边坡位移预测模型的均方根误差和平均绝对百分比误差分别为5.99 mm和5.94%，与传统长短时记忆网络模型相比，分别下降了51.30%和55.17%，预测精度显著提高.

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