调试后已显示建筑物的性能会大大降解，从而增加能源消耗和相关的温室气体排放。使用现有的传感器网络和IoT设备进行连续调试有可能通过不断识别系统退化并重新调整控制策略以适应真正的建筑绩效来最大程度地减少这种废物。由于其对温室气体排放的重大贡献，为建筑加热的气体锅炉系统的性能至关重要。锅炉性能研究的综述已用于开发一组常见的断层和降解的性能条件，这些断层已集成到MATLAB/SIMULINK模拟器中。这导致了一个标记的数据集，并为14个非谐波锅炉中的每一个都进行了大约10,000个稳态性能的模拟。收集的数据用于使用K-Nearest邻居，决策树，随机森林和支持向量机训练和测试故障分类。结果表明，支持向量机方法给出了最佳的预测准确性，始终超过90％，并且由于较低的分类精度，无法对多个锅炉进行概括。
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建筑物的智能和连续调试（SCCX）可能会大大减少设计和运营性能之间的差距。本体论在SCCX中起着重要作用，因为它们促进了机器的数据可读性和推理。为了将其开发和纳入SCCX，需要更好地了解本体。本文批判性地回顾了自2014年以来自2014年以来在SCCX域内建立数据本体的最新研究，通过基于建筑数据类型，一般方法和应用程序对它们进行排序。在大多数现有本体论中，已经考虑了建筑信息建模和建筑管理系统的两个主要领域的数据类型。从现有本体论的批判分析中可以明显看出三个主要应用：（1）关键绩效指标计算，（2）建筑物绩效的改善以及（3）故障检测和诊断。文献综述中发现的关键差距是SCCX的整体本体，并了解应如何评估这种方法。基于这些发现，本研究为未来的必要研究提供了建议，包括：与SCCX相关的数据类型的识别，本体学绩效评估以及创建开源方法。
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Energy consumption in buildings, both residential and commercial, accounts for approximately 40% of all energy usage in the U.S., and similar numbers are being reported from countries around the world. This significant amount of energy is used to maintain a comfortable, secure, and productive environment for the occupants. So, it is crucial that the energy consumption in buildings must be optimized, all the while maintaining satisfactory levels of occupant comfort, health, and safety. Recently, Machine Learning has been proven to be an invaluable tool in deriving important insights from data and optimizing various systems. In this work, we review the ways in which machine learning has been leveraged to make buildings smart and energy-efficient. For the convenience of readers, we provide a brief introduction of several machine learning paradigms and the components and functioning of each smart building system we cover. Finally, we discuss challenges faced while implementing machine learning algorithms in smart buildings and provide future avenues for research at the intersection of smart buildings and machine learning.
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天然气管道中的泄漏检测是石油和天然气行业的一个重要且持续的问题。这尤其重要，因为管道是运输天然气的最常见方法。这项研究旨在研究数据驱动的智能模型使用基本操作参数检测天然气管道的小泄漏的能力，然后使用现有的性能指标比较智能模型。该项目应用观察者设计技术，使用回归分类层次模型来检测天然气管道中的泄漏，其中智能模型充当回归器，并且修改后的逻辑回归模型充当分类器。该项目使用四个星期的管道数据流研究了五个智能模型（梯度提升，决策树，随机森林，支持向量机和人工神经网络）。结果表明，虽然支持向量机和人工神经网络比其他网络更好，但由于其内部复杂性和所使用的数据量，它们并未提供最佳的泄漏检测结果。随机森林和决策树模型是最敏感的，因为它们可以在大约2小时内检测到标称流量的0.1％的泄漏。所有智能模型在测试阶段中具有高可靠性，错误警报率为零。将所有智能模型泄漏检测的平均时间与文献中的实时短暂模型进行了比较。结果表明，智能模型在泄漏检测问题中的表现相对较好。该结果表明，可以与实时瞬态模型一起使用智能模型，以显着改善泄漏检测结果。
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信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。
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在过去的十年中，数字双胞胎的概念在受欢迎程度上爆发了，但围绕其多个定义，其新颖性作为新技术的新颖性以及其实际适用性仍然存在，尽管进行了许多评论，调查和新闻稿，但其实际适用性仍然存在。探索了数字双胞胎一词的历史，以及其在产品生命周期管理，资产维护和设备车队管理，运营和计划领域的初始背景。还基于七个基本要素提供了一个最小可行的框架来利用数字双胞胎的定义。还概述了采用DT方法的DT应用程序和行业的简短旅行。预测维护领域突出了数字双胞胎框架的应用，并使用基于机器学习和基于物理的建模的扩展。采用机器学习和基于物理的建模的组合形成混合数字双胞胎框架，可以协同减轻隔离使用时每种方法的缺点。还讨论了实践实施数字双胞胎模型的关键挑战。随着数字双技术的快速增长及其成熟，预计将实现实质性增强工具和解决方案的巨大希望，以实现智能设备的智能维护。
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血浆定义为物质的第四个状态，在高电场下可以在大气压下产生非热血浆。现在众所周知，血浆激活液体（PAL）的强和广谱抗菌作用。机器学习（ML）在医疗领域的可靠适用性也鼓励其在等离子体医学领域的应用。因此，在PALS上的ML应用可以提出一种新的观点，以更好地了解各种参数对其抗菌作用的影响。在本文中，通过使用先前获得的数据来定性预测PAL的体外抗菌活性，从而介绍了比较监督的ML模型。进行了文献搜索，并从33个相关文章中收集了数据。在所需的预处理步骤之后，将两种监督的ML方法（即分类和回归）应用于数据以获得微生物灭活（MI）预测。对于分类，MI分为四类，对于回归，MI被用作连续变量。为分类和回归模型进行了两种不同的可靠交叉验证策略，以评估所提出的方法。重复分层的K折交叉验证和K折交叉验证。我们还研究了不同特征对模型的影响。结果表明，高参数优化的随机森林分类器（ORFC）和随机森林回归者（ORFR）分别比其他模型进行了分类和回归的模型更好。最后，获得ORFC的最佳测试精度为82.68％，ORFR的R2为0.75。 ML技术可能有助于更好地理解在所需的抗菌作用中具有主要作用的血浆参数。此外，此类发现可能有助于将来的血浆剂量定义。
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由于其高能量强度，建筑物在当前全球能源转型中发挥着重要作用。建筑模型是普遍无处不在的，因为在建筑物的每个阶段都需要它们，即设计，改装和控制操作。基于物理方程式的古典白盒式模型必然遵循物理规律，但其底层结构的具体设计可能会阻碍他们的表现力，从而阻碍他们的准确性。另一方面，黑匣子型号更适合捕获非线性建筑动态，因此通常可以实现更好的准确性，但它们需要大量的数据，并且可能不会遵循物理规律，这是神经网络特别常见的问题（NN）模型。为了抵消这种已知的概括问题，最近介绍了物理知识的NNS，研究人员在NNS的结构中介绍了以底层底层物理法律接地，并避免经典的NN概括问题。在这项工作中，我们介绍了一种新的物理信息的NN架构，被称为身体一致的NN（PCNN），其仅需要过去的运行数据并且没有工程开销，包括在并联运行到经典NN的线性模块中的先前知识。我们正式证明，这些网络是物理上一致的 - 通过设计甚至在看不见的数据 - 关于不同的控制输入和邻近区域的温度。我们在案例研究中展示了他们的表现，其中PCNN比3美元的古典物理型电阻电容模型更好地获得高达50美元的准确性。此外，尽管结构受到约束的结构，但PCNNS在验证数据上对古典NNS对古典NNS进行了类似的性能，使训练数据较少，并保留高表达性以解决泛化问题。
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近年来，随着传感器和智能设备的广泛传播，物联网（IoT）系统的数据生成速度已大大增加。在物联网系统中，必须经常处理，转换和分析大量数据，以实现各种物联网服务和功能。机器学习（ML）方法已显示出其物联网数据分析的能力。但是，将ML模型应用于物联网数据分析任务仍然面临许多困难和挑战，特别是有效的模型选择，设计/调整和更新，这给经验丰富的数据科学家带来了巨大的需求。此外，物联网数据的动态性质可能引入概念漂移问题，从而导致模型性能降解。为了减少人类的努力，自动化机器学习（AUTOML）已成为一个流行的领域，旨在自动选择，构建，调整和更新机器学习模型，以在指定任务上实现最佳性能。在本文中，我们对Automl区域中模型选择，调整和更新过程中的现有方法进行了审查，以识别和总结将ML算法应用于IoT数据分析的每个步骤的最佳解决方案。为了证明我们的发现并帮助工业用户和研究人员更好地实施汽车方法，在这项工作中提出了将汽车应用于IoT异常检测问题的案例研究。最后，我们讨论并分类了该领域的挑战和研究方向。
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通过机器学习在所有设计和工程领域的机器学习增益创建的数据驱动模型。他们有很高的潜力，以协助决策者创造具有更好的性能和可持续性的新人工制品。然而，有限的泛化和这些模型的黑匣子性质诱导有限的解释性和可重用性。这些缺点在工程设计中提供了延迟采用的显着障碍。为了克服这种情况，我们提出了一种基于组件的方法来通过机器学习（ml）来创建部分组件模型。该基于组件的方法对齐深入学习到系统工程（SE）。借助于节能建筑设计的示例，我们首先通过准确地预测与训练数据不同的随机结构的设计性能来证明基于组件的方法的概括。其次，我们通过从工程设计的角度来看，从低深度决策树派生的本地采样，敏感性信息和规则来说明解释性，灵敏度信息和规则。解释性的关键是，组件之间的接口处的激活是可解释的工程量。以这种方式，分层组件系统形成深度神经网络（DNN），该网络（DNN）直接集成了工程解释性的信息。组合组件中的大量可能配置允许使用可理解的数据驱动模型进行新颖的未经设计案例。通过类似的概率分布的参数范围的匹配会产生可重复使用的，普遍性和可信赖的模型。该方法适应了系统工程和域知识的工程方法模型结构。
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作为行业4.0时代的一项新兴技术，数字双胞胎因其承诺进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策制定等，通过全面对物理世界进行建模，以进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策，因此获得了前所未有的关注。互连的数字模型。在一系列两部分的论文中，我们研究了不同建模技术，孪生启用技术以及数字双胞胎常用的不确定性量化和优化方法的基本作用。第二篇论文介绍了数字双胞胎的关键启示技术的文献综述，重点是不确定性量化，优化方法，开源数据集和工具，主要发现，挑战和未来方向。讨论的重点是当前的不确定性量化和优化方法，以及如何在数字双胞胎的不同维度中应用它们。此外，本文介绍了一个案例研究，其中构建和测试了电池数字双胞胎，以说明在这两部分评论中回顾的一些建模和孪生方法。 GITHUB上可以找到用于生成案例研究中所有结果和数字的代码和预处理数据。
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物理信息的神经网络（PINN）是神经网络（NNS），它们作为神经网络本身的组成部分编码模型方程，例如部分微分方程（PDE）。如今，PINN是用于求解PDE，分数方程，积分分化方程和随机PDE的。这种新颖的方法已成为一个多任务学习框架，在该框架中，NN必须在减少PDE残差的同时拟合观察到的数据。本文对PINNS的文献进行了全面的综述：虽然该研究的主要目标是表征这些网络及其相关的优势和缺点。该综述还试图将出版物纳入更广泛的基于搭配的物理知识的神经网络，这些神经网络构成了香草·皮恩（Vanilla Pinn）以及许多其他变体，例如物理受限的神经网络（PCNN），各种HP-VPINN，变量HP-VPINN，VPINN，VPINN，变体。和保守的Pinn（CPINN）。该研究表明，大多数研究都集中在通过不同的激活功能，梯度优化技术，神经网络结构和损耗功能结构来定制PINN。尽管使用PINN的应用范围广泛，但通过证明其在某些情况下比有限元方法（FEM）等经典数值技术更可行的能力，但仍有可能的进步，最著名的是尚未解决的理论问题。
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本研究介绍了混合过程建模和优化的广阔视角，将科学知识和数据分析在生物处理和化学工程中与科学引导机学习（SGML）方法相结合。我们将这种方法分为两大类。首先是指基于数据的ML模型的恭维的情况并使基于第一原理的科学的模型在预测中更准确，并且第二个对应于科学知识有助于使ML模型更加科学地保持的情况。我们对科学和工程文献进行了详细审查，与混合SGML方法有关，并提出了混合动力SGML模型的系统分类。为了应用ML改善基于科学的模型，我们呈现了直串行和并行混合建模的子类别及其组合，反向建模，阶阶建模，量化过程中的不确定性，甚至发现该过程的管理方程式的博览会模型。为了应用科学原则来改善ML模型，我们讨论科学导游的设计，学习和改进的子类别。对于每个子类别，我们确定其要求，优势和局限性以及其在生物处理和化学工程中的出版和潜在的应用领域。
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2022-07-26
我们提出了一个混合工业冷却系统模型，该模型将分析解决方案嵌入多物理模拟中。该模型设计用于增强学习（RL）应用程序，并平衡简单性与模拟保真度和解释性。该模型的忠诚度根据大规模冷却系统的现实世界数据进行了评估。接下来是一个案例研究，说明如何将模型用于RL研究。为此，我们开发了一个工业任务套件，该套件允许指定不同的问题设置和复杂性水平，并使用它来评估不同RL算法的性能。
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虽然在各种应用中广泛使用刚性机器人，但它们在他们可以执行的任务中受到限制，并且在密切的人机交互中可以保持不安全。另一方面，软机器鞋面超越了刚性机器人的能力，例如与工作环境，自由度，自由度，制造成本和与环境安全互动的兼容性。本文研究了纤维增强弹性机壳（释放）作为一种特定类型的软气动致动器的行为，可用于软装饰器。创建动态集参数模型以在各种操作条件下模拟单一免费的运动，并通知控制器的设计。所提出的PID控制器使用旋转角度来控制多项式函数之后的自由到限定的步进输入或轨迹的响应来控制末端执行器的方向。另外，采用有限元分析方法，包括释放的固有非线性材料特性，精确地评估释放的各种参数和配置。该工具还用于确定模块中多个释放的工作空间，这基本上是软机械臂的构建块。
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我们展示了一个端到端框架，以提高人造系统对不可预见的事件的弹性。该框架基于基于物理的数字双胞胎模型和三个负责实时故障诊断，预后和重新配置的模块。故障诊断模块使用基于模型的诊断算法来检测和分离断层，并在系统中产生干预措施，以消除不确定的诊断解决方案。我们通过使用基于物理学的数字双胞胎的平行化和替代模型来扩展故障诊断算法为所需的实时性能。预后模块跟踪故障进度，并训练在线退化模型，以计算系统组件的剩余使用寿命。此外，我们使用降解模型来评估断层进程对操作要求的影响。重新配置模块使用基于PDDL的计划，并带有语义附件来调整系统控件，从而最大程度地减少了对系统操作的故障影响。我们定义一个弹性度量，并以燃料系统模型的示例来说明该指标如何通过我们的框架改进。
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评估能源转型和能源市场自由化对资源充足性的影响是一种越来越重要和苛刻的任务。能量系统的上升复杂性需要足够的能量系统建模方法，从而提高计算要求。此外，随着复杂性，同样调用概率评估和场景分析同样增加不确定性。为了充分和高效地解决这些各种要求，需要来自数据科学领域的新方法来加速当前方法。通过我们的系统文献综述，我们希望缩小三个学科之间的差距（1）电力供应安全性评估，（2）人工智能和（3）实验设计。为此，我们对所选应用领域进行大规模的定量审查，并制作彼此不同学科的合成。在其他发现之外，我们使用基于AI的方法和应用程序的AI方法和应用来确定电力供应模型的复杂安全性的元素，并作为未充分涵盖的应用领域的储存调度和（非）可用性。我们结束了推出了一种新的方法管道，以便在评估电力供应安全评估时充分有效地解决当前和即将到来的挑战。
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在飞机系统绩效评估的背景下，深度学习技术可以快速从实验测量中推断模型，其详细的系统知识比基于物理的建模通常所需的详细知识。但是，这种廉价的模型开发也带来了有关模型可信度的新挑战。这项工作提出了一种新颖的方法，即物理学引导的对抗机学习（ML），从而提高了对模型物理一致性的信心。首先，该方法执行了物理引导的对抗测试阶段，以搜索测试输入，以显示行为系统不一致，同时仍落在可预见的操作条件范围内。然后，它进行了物理知识的对抗训练，以通过迭代降低先前未经证实的反描述的不需要的输出偏差来教授与系统相关的物理领域的模型。对两个飞机系统绩效模型的经验评估显示了我们对抗性ML方法在暴露两种模型的身体不一致方面的有效性，并提高其与物理领域知识一致的倾向。
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使热处理可控的一种可能的方法是收集有关产品当前状态的实时信息。通常，感觉设备无法轻松或根本捕获所有相关信息。数字双胞胎在实时模拟中使用虚拟探针缩小了这一差距，并与该过程同步。本文提出了一个基于物理的，数据驱动的数字双框架，用于自动食品处理。我们建议使用设备级别可执行的精益数字双胞胎概念，需要最小的计算负载，数据存储和传感器数据要求。这项研究重点是用于热过程的非侵入性降低模型（ROM）的简约实验设计。在训练数据中表面温度的高标准偏差与ROM测试中的均方根误差之间的高标准偏差之间的相关性（$ r = -0.76 $）可以有效地选择训练数据。最佳ROM的平均均方根误差小于代表性测试集的1 kelvin（0.2％平均平均百分比误差）。 SP $ \ $ 1.8E4的仿真速度允许进行设备模型预测控制。拟议的数字双框架旨在适用于行业。通常，一旦在未提供对求解器的根级访问（例如商业仿真软件）中执行该过程的建模，就需要一旦在软件中执行该过程的建模，就需要进行非侵入式降级建模。仅使用一个数据集就可以实现降顺序模型的数据驱动训练，因为使用相关性来预测训练成功。
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背景信息：在过去几年中，机器学习（ML）一直是许多创新的核心。然而，包括在所谓的“安全关键”系统中，例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的，因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的：本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战，以及文献中提出的解决方案，以解决它们，回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统？'方法：我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述（SLR），涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题，被认为是ML认证的主要支柱：鲁棒性，不确定性，解释性，验证，安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题，并提取了提取的论文的总结。结果：单反结果突出了社区对该主题的热情，以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系，以加深域名研究。最后，它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性，这些主要柱主要主要研究。结论：我们强调了目前部署的努力，以实现ML基于ML的软件系统，并讨论了一些未来的研究方向。
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