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近日，由我校機(jī)械工程學(xué)院楊瑞鋒老師、李金泉老師指導(dǎo)的本科方柑霖、申航、王懷釤、韓志鵬、李國(guó)亮同學(xué)在國(guó)際核心期刊《Neural Computing & Applications》發(fā)表題目為“Investigation of the Aerodynamic Optimization Design of Fluid Machinery Based onMachine Learning”論文。《Neural Computing & Applications》期刊是中國(guó)科學(xué)院二區(qū)期刊（2023年版），2022-2023年影響因子為6.0，主要收錄計(jì)算機(jī)仿真、大模型優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等方向的最新研究進(jìn)展。

目前，在流體機(jī)械和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域仍然存在許多待改進(jìn)、需創(chuàng)新提升的問(wèn)題。從系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，由于系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)之間的不匹配，流體力學(xué)的利用率較低。隨著流體機(jī)械的高效率、高精度和可擴(kuò)展性，傳統(tǒng)的單核處理器已經(jīng)無(wú)法滿足高精度的要求。該論文在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與算法上，建立了一個(gè)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的流體機(jī)械預(yù)測(cè)優(yōu)化模型；其主要研究工作過(guò)程分為工程學(xué)和學(xué)習(xí)學(xué)兩個(gè)部分。在工程階段初期，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的連接權(quán)重保持不變，從輸入級(jí)到輸出級(jí)進(jìn)行計(jì)算，直到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算完成；然后通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程，不斷重復(fù)以減少錯(cuò)誤，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的流體機(jī)械最優(yōu)預(yù)測(cè)的學(xué)習(xí)流程如圖1所示。

圖1基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的流體機(jī)械預(yù)測(cè)優(yōu)化流程圖

論文研究選擇五組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。利用相應(yīng)的軟件模擬流體機(jī)械優(yōu)化誤差，將目標(biāo)訓(xùn)練誤差設(shè)為10^-5。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的流體機(jī)械模型的誤差性能訓(xùn)練曲線如圖2所示，經(jīng)過(guò)600次訓(xùn)練迭代后，該模型接近收斂。利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)兩臺(tái)液壓機(jī)械的相對(duì)總壓效率進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖2所示，基于機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的流體機(jī)械氣體優(yōu)化模型的相對(duì)總壓效率比對(duì)照組高10.1%。表明，該方法的相對(duì)總壓效率優(yōu)于對(duì)照組，即其氣動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)于對(duì)照組。

圖2流體機(jī)械氣體優(yōu)化模型的實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的相對(duì)總壓效率

論文利用深度學(xué)習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬找到潛在的流場(chǎng)信息。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，建立了數(shù)學(xué)流體動(dòng)力學(xué)氣體優(yōu)化模型，發(fā)現(xiàn)利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立的流體動(dòng)力氣體優(yōu)化模型的整體壓力比對(duì)照組明顯較高，且利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立的流體動(dòng)力氣體優(yōu)化模型具有較好的氣動(dòng)特性。

論文基于2022年立項(xiàng)的國(guó)家級(jí)“大創(chuàng)計(jì)劃”項(xiàng)目-“太陽(yáng)能清潔機(jī)器人系統(tǒng)”開(kāi)始試驗(yàn)、收集相關(guān)數(shù)據(jù)；研究成果申請(qǐng)專利3項(xiàng)，并應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)、人工智能等領(lǐng)域創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽，在第十屆遼寧省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會(huì)中獲一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，在第二十五屆中國(guó)機(jī)器人及人工智能大賽中獲國(guó)家級(jí)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、國(guó)家級(jí)三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。（文/方柑霖 圖/楊瑞鋒）