CN117273237B - 一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法及系统,方法包括数据采集、数据预处理、建立产能预测模型、模型初始权重搜索和实时运行。本发明属于预测分析技术领域,具体是指一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法及系统,本方案基于设计神经网络,通过设计激活函数、设计损失函数和设计非线性函数进行更新模型;通过生成变异向量和测试向量增加搜索多样性和灵活性,基于设计自适应惯性权重进行位置更新。
Description
技术领域
本发明涉及预测分析技术领域,具体是指一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法及系统。
背景技术
基于人工智能的汽车零部件产能预测方法是利用机器学习和数据分析技术,结合汽车零部件生产过程中的特征数据和历史产能数据,通过模型建立对未来的汽车零部件产能进行准确预测的方法。但是传统产能预测模型存在非线性关系捕捉能力弱,模型学习能力弱及难以适应数据变化的问题;一般搜索算法存在搜索局限性,搜索多样性和搜索力度弱导致搜索效率低的问题。
发明内容
针对上述情况,为克服现有技术的缺陷,本发明提供了一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法及系统,针对传统产能预测模型存在非线性关系捕捉能力弱,模型学习能力弱及难以适应数据变化的问题,本方案基于设计神经网络,通过设计激活函数、设计损失函数和设计非线性函数进行更新模型,增强模型鲁棒性和准确性;针对一般搜索算法存在搜索局限性,搜索多样性和搜索力度弱导致搜索效率低的问题,本方案通过生成变异向量和测试向量增加搜索多样性和灵活性,基于设计自适应惯性权重进行位置更新,提高搜索适应性,增加搜索力度,进而提高搜索效率。
本发明采取的技术方案如下:本发明提供的一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法,该方法包括以下步骤:
步骤S1:数据采集,采集特征数据、周期数据、目标数据和权重数据;
步骤S2:数据预处理;
步骤S3:建立产能预测模型,基于设计神经网络,通过设计激活函数、设计损失函数和设计非线性函数进行更新模型;
步骤S4:模型初始权重搜索,基于生成变异向量和生成测试向量进行位置更替,基于设计自适应惯性权重更新权重位置;
步骤S5:实时运行。
进一步地,在步骤S1中,特征数据包括生产线产能利用率、生产设备运行状态、原材料供应稳定性、生产效率;周期数据是不同周期内的特征数据;目标数据是汽车零部件产能数据;权重数据是影响特征之间关系的数据。
进一步地,在步骤S2中,所述数据预处理是对采集的数据进行数据清洗、特征选择和归一化处理。
进一步地,在步骤S3中,所述建立产能预测模型具体包括以下步骤:
步骤S31:设计神经网络,所用公式如下:
;
式中,y是模型输出,γ0是初始学习率,k是当前训练次数,kmax是最大训练次数,A是周期内特征矩阵;σ是激活函数,X是用于预测汽车零部件产能的参数矩阵,b是偏置矩阵;
步骤S32:设计激活函数,所用公式如下:
;
式中,p是幂函数的指数,ξ是控制指数函数的斜率;
步骤S33:设计损失函数J(·),所用公式如下:
;
式中,nI是矩阵数量,I是矩阵索引;F是目标值矩阵,表示每个时间周期的实际产能;
步骤S34:计算梯度,所用公式如下:
;
步骤S35:设计非线性函数,所用公式如下:
;
步骤S36:更新模型,所用公式如下:
;
步骤S37:模型判断,预先设有损失阈值,若模型损失函数值低于损失阈值时,模型训练完成,否则继续训练。
进一步地,在步骤S4中,所述模型初始权重搜索具体包括以下步骤:
步骤S41:初始化权重位置,将基于权重位置建立的模型性能作为权重适应度值,初始化权重位置的公式如下:
;
式中,x是权重位置,n是权重数量;
步骤S42:生成变异向量V,所用公式如下:
;
式中,i是向量索引,r1、r2和r3是随机选择的三个权重索引,C1是方差因子,C1是0到1的随机数;
步骤S43:生成测试向量U,所用公式如下:
;
式中,j是维度索引,randi,j[0,1]和Rc是相互独立的0到1的随机数;
步骤S44:位置选择,所用公式如下:
;
式中,是最终选择的权重位置,f(·)是适应度值;
步骤S45:设计自适应惯性权重,所用公式如下:
;
式中,ω是惯性权重,u是迭代中最佳适应度值;
步骤S46:更新权重位置,所用公式如下:
;
式中,t是当前迭代次数,tmax是最大迭代次数,b是常数系数,l是0到1的随机数,xbest(t)是最优权重位置,C是0到2的随机数;
步骤S47:搜索判定,预先设有适应度阈值,当存在权重个体适应度值高于适应度阈值时,基于权重个体位置建立产能预测模型;若达到最大迭代次数,则重新初始化权重个体进行搜索;否则继续迭代搜索。
进一步地,在步骤S5中,所述实时运行是实时采集汽车零部件生产数据,基于步骤S4搜索的权重位置建立产能预测模型实现对汽车零部件产能预测。
本发明提供的一种基于人工智能的汽车零部件产能预测系统,包括数据采集模块、数据预处理模块、产能预测模型建立模块、模型初始权重搜索模块和实时运行模块;
所述数据采集模块采集特征数据、周期数据、目标数据和权重数据,并将数据发送至数据预处理模块;
所述数据预处理模块对采集的数据进行数据清洗、特征选择和归一化处理,并将数据发送至产能预测模型建立模块;
所述产能预测模型建立模块基于设计神经网络,通过设计激活函数、设计损失函数和设计非线性函数进行更新模型,并将数据发送至模型初始权重搜索模块;
所述模型初始权重搜索模块基于生成变异向量和生成测试向量进行位置更替,基于设计自适应惯性权重更新权重位置,并将数据发送至实时运行模块;
所述实时运行模块实时采集汽车零部件生产数据,基于步骤S4搜索的权重位置建立产能预测模型实现对汽车零部件产能预测。
采用上述方案本发明取得的有益效果如下:
(1)针对传统产能预测模型存在非线性关系捕捉能力弱,模型学习能力弱及难以适应数据变化的问题,本方案基于设计神经网络,通过设计激活函数、设计损失函数和设计非线性函数进行更新模型,增强模型鲁棒性和准确性。
(2)针对一般搜索算法存在搜索局限性,搜索多样性和搜索力度弱导致搜索效率低的问题,本方案通过生成变异向量和测试向量增加搜索多样性和灵活性,基于设计自适应惯性权重进行位置更新,提高搜索适应性,增加搜索力度,进而提高搜索效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法的流程示意图;
图2为本发明提供的一种基于人工智能的汽车零部件产能预测系统的示意图;
图3为步骤S3的流程示意图;
图4为步骤S4的流程示意图。
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一,参阅图1,本发明提供的一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法,该方法包括以下步骤:
步骤S1:数据采集,采集特征数据、周期数据、目标数据和权重数据;
步骤S2:数据预处理;
步骤S3:建立产能预测模型,基于设计神经网络,通过设计激活函数、设计损失函数和设计非线性函数进行更新模型;
步骤S4:模型初始权重搜索,基于生成变异向量和生成测试向量进行位置更替,基于设计自适应惯性权重更新权重位置;
步骤S5:实时运行。
实施例二,参阅图1,该实施例基于上述实施例,在步骤S1中,特征数据包括生产线产能利用率、生产设备运行状态、原材料供应稳定性、生产效率;周期数据是不同周期内的特征数据;目标数据是汽车零部件产能数据;权重数据是影响特征之间关系的数据。
实施例三,参阅图1,该实施例基于上述实施例,在步骤S2中,数据预处理是对采集的数据进行数据清洗、特征选择和归一化处理。
实施例四,参阅图1和图3,该实施例基于上述实施例,在步骤S3中,建立产能预测模型具体包括以下步骤:
步骤S31:设计神经网络,所用公式如下:
;
式中,y是模型输出,γ0是初始学习率,k是当前训练次数,kmax是最大训练次数,A是周期内特征矩阵;σ是激活函数,X是用于预测汽车零部件产能的参数矩阵,b是偏置矩阵;
步骤S32:设计激活函数,所用公式如下:
;
式中,p是幂函数的指数,ξ是控制指数函数的斜率;
步骤S33:设计损失函数J(·),所用公式如下:
;
式中,nI是矩阵数量,I是矩阵索引;F是目标值矩阵,表示每个时间周期的实际产能;
步骤S34:计算梯度,所用公式如下:
;
步骤S35:设计非线性函数,所用公式如下:
;
步骤S36:更新模型,所用公式如下:
;
步骤S37:模型判断,预先设有损失阈值,若模型损失函数值低于损失阈值时,模型训练完成,否则继续训练。
通过执行上述操作,针对传统产能预测模型存在非线性关系捕捉能力弱,模型学习能力弱及难以适应数据变化的问题,本方案基于设计神经网络,通过设计激活函数、设计损失函数和设计非线性函数进行更新模型,增强模型鲁棒性和准确性。
实施例五,参阅图1和图4,该实施例基于上述实施例,在步骤S4中,模型初始权重搜索具体包括以下步骤:
步骤S41:初始化权重位置,将基于权重位置建立的模型性能作为权重适应度值,初始化权重位置的公式如下:
;
式中,x是权重位置,n是权重数量;
步骤S42:生成变异向量V,所用公式如下:
;
式中,i是向量索引,r1、r2和r3是随机选择的三个权重索引,C1是方差因子,C1是0到1的随机数;
步骤S43:生成测试向量U,所用公式如下:
;
式中,j是维度索引,randi,j[0,1]和Rc是相互独立的0到1的随机数;
步骤S44:位置选择,所用公式如下:
;
式中,是最终选择的权重位置,f(·)是适应度值;
步骤S45:设计自适应惯性权重,所用公式如下:
;
式中,ω是惯性权重,u是迭代中最佳适应度值;
步骤S46:更新权重位置,所用公式如下:
;
式中,t是当前迭代次数,tmax是最大迭代次数,b是常数系数,l是0到1的随机数,xbest(t)是最优权重位置,C是0到2的随机数;
步骤S47:搜索判定,预先设有适应度阈值,当存在权重个体适应度值高于适应度阈值时,基于权重个体位置建立产能预测模型;若达到最大迭代次数,则重新初始化权重个体进行搜索;否则继续迭代搜索。
通过执行上述操作,针对一般搜索算法存在搜索局限性,搜索多样性和搜索力度弱导致搜索效率低的问题,本方案通过生成变异向量和测试向量增加搜索多样性和灵活性,基于设计自适应惯性权重进行位置更新,提高搜索适应性,增加搜索力度,进而提高搜索效率。
实施例六,参阅图1,该实施例基于上述实施例,在步骤S5中,实时运行是实时采集汽车零部件生产数据,基于步骤S4搜索的权重位置建立产能预测模型实现对汽车零部件产能预测。
实施例七,参阅图2,该实施例基于上述实施例,本发明提供的一种基于人工智能的汽车零部件产能预测系统,包括数据采集模块、数据预处理模块、产能预测模型建立模块、模型初始权重搜索模块和实时运行模块;
所述数据采集模块采集特征数据、周期数据、目标数据、权重数据,并将数据发送至数据预处理模块;
所述数据预处理模块对采集的数据进行数据清洗、特征选择和归一化处理,并将数据发送至产能预测模型建立模块;
所述产能预测模型建立模块基于设计神经网络,通过设计激活函数、设计损失函数和设计非线性函数进行更新模型;
所述模型初始权重搜索模块基于生成变异向量和生成测试向量进行位置更替,基于设计自适应惯性权重更新权重位置,并将数据发送至实时运行模块;
所述实时运行模块实时采集汽车零部件生产数据,基于步骤S4搜索的权重位置建立产能预测模型实现对汽车零部件产能预测。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述,这种描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
步骤S1:数据采集,采集特征数据、周期数据、目标数据和权重数据;
步骤S2:数据预处理;
步骤S3:建立产能预测模型,基于设计神经网络,通过设计激活函数、设计损失函数和设计非线性函数进行更新模型;
步骤S4:模型初始权重搜索,基于生成变异向量和生成测试向量进行位置更替,基于设计自适应惯性权重更新权重位置;
步骤S5:实时运行;
在步骤S3中,所述建立产能预测模型具体包括以下步骤:
步骤S31:设计神经网络,所用公式如下:
;
式中,y是模型输出,γ0是初始学习率,k是当前训练次数,kmax是最大训练次数,A是周期内特征矩阵;σ是激活函数,X是用于预测汽车零部件产能的参数矩阵,B是偏置矩阵;
步骤S32:设计激活函数,所用公式如下:
;
式中,p是幂函数的指数,ξ是控制指数函数的斜率;
步骤S33:设计损失函数J(·),所用公式如下:
;
式中,nI是矩阵数量,I是矩阵索引;F是目标值矩阵,表示每个时间周期的实际产能;
步骤S34:计算梯度,所用公式如下:
;
式中,BI-1是前一层神经网络的偏置矩阵,BI是当前层神经网络的偏置矩阵;
步骤S35:设计非线性函数,所用公式如下:
;
步骤S36:更新模型,所用公式如下:
;
步骤S37:模型判断,预先设有损失阈值,若模型损失函数值低于损失阈值时,模型训练完成,否则继续训练;
在步骤S4中,所述模型初始权重搜索具体包括以下步骤:
步骤S41:初始化权重位置,将基于权重位置建立的模型性能作为权重适应度值,初始化权重位置的公式如下:
;
式中,x是权重位置,n是权重数量;
步骤S42:生成变异向量V,所用公式如下:
;
式中,i是向量索引,r1、r2和r3是随机选择的三个权重索引,C1是方差因子,C1是0到1的随机数;
步骤S43:生成测试向量U,所用公式如下:
;
式中,j是维度索引,randi,j[0,1]和Rc是相互独立的0到1的随机数;
步骤S44:位置选择,所用公式如下:
;
式中,是最终选择的权重位置,f(·)是适应度值;
步骤S45:设计自适应惯性权重,所用公式如下:
;
式中,ω是惯性权重,u是迭代中最佳适应度值;
步骤S46:更新权重位置,所用公式如下:
;
式中,t是当前迭代次数,tmax是最大迭代次数,b是常数系数,l是0到1的随机数,xbest(t)是最优权重位置,C是0到2的随机数;
步骤S47:搜索判定,预先设有适应度阈值,当存在权重个体适应度值高于适应度阈值时,基于权重个体位置建立产能预测模型;若达到最大迭代次数,则重新初始化权重个体进行搜索;否则继续迭代搜索;
在步骤S1中,特征数据包括生产线产能利用率、生产设备运行状态、原材料供应稳定性、生产效率;周期数据是不同周期内的特征数据;目标数据是汽车零部件产能数据;权重数据是影响特征之间关系的数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法,其特征在于:在步骤S2中,所述数据预处理是对采集的数据进行数据清洗、特征选择和归一化处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的汽车零部件产能预测方法,其特征在于:在步骤S5中,所述实时运行是实时采集汽车零部件生产数据,基于步骤S4搜索的权重位置建立产能预测模型实现对汽车零部件产能预测。
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2023
- 2023-11-15 CN CN202311519671.4A patent/CN117273237B/zh active Active
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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