基于数据增强与XGBoost-MLP集成学习的炸药散粒体成型密度预测方法

史慧芳; 尹建平; 伊建亚

doi:10.12382/bgxb.2025.1124

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基于数据增强与XGBoost-MLP集成学习的炸药散粒体成型密度预测方法

更新时间：2026-10-13

- 基于数据增强与XGBoost-MLP集成学习的炸药散粒体成型密度预测方法
- A Method for Predicting the Formed Density of Explosive Granules Based on Data Augmentation and XGBoost-MLP Ensemble Learning
- 兵工学报 2026年47卷第9期页码：251124
- 作者机构：
  
  1.中北大学机电工程学院，山西太原 030051
  2.中国兵器装备集团自动化研究所有限公司智能制造事业部，四川绵阳 621000
- 作者简介：
  
  邮箱：yjp123@nuc.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(12572421;12402441)
- DOI：10.12382/bgxb.2025.1124
  中图分类号： TJ530.5
- 收稿：2025-12-20，
  
  修回：2026-08-26，
  
  录用：2026-05-13，
  
  网络首发：2026-09-09，
  
  纸质出版：2026-09-30
- 稿件说明：
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史慧芳,尹建平,伊建亚.基于数据增强与XGBoost-MLP集成学习的炸药散粒体成型密度预测方法[J].兵工学报,2026,47(09):251124.

SHI Huifang,YIN Jianping,YI Jianya.A Method for Predicting the Formed Density of Explosive Granules Based on Data Augmentation and XGBoost-MLP Ensemble Learning[J].ACTA ARMAMENTARII,2026,47(09):251124.
史慧芳,尹建平,伊建亚.基于数据增强与XGBoost-MLP集成学习的炸药散粒体成型密度预测方法[J].兵工学报,2026,47(09):251124. DOI： 10.12382/bgxb.2025.1124.

SHI Huifang,YIN Jianping,YI Jianya.A Method for Predicting the Formed Density of Explosive Granules Based on Data Augmentation and XGBoost-MLP Ensemble Learning[J].ACTA ARMAMENTARII,2026,47(09):251124. DOI： 10.12382/bgxb.2025.1124.

摘要

在武器产品压装领域，产品成型密度与武器装备毁伤效能密切相关，是压制成型质量的重要指标之一。炸药散粒体压制成型过程具有多变量、参数不确定、数据难获取等特点，传统的数值仿真方法难以准确得到产品成型密度，数据驱动方法因数据依懒性强亦无法精准预测成型密度。为此，提出基于数据增强与极端梯度提升-多层感知器（Extreme Gradient Boosting-Multi-Layer Perceptron， XGBoost-MLP）集成学习的炸药散粒体成型密度预测方法。采用基于随机森林的数据增强方法对原始数据进行扩增，并通过物理一致性分析确保扩增后的数据符合物理机理；提出XGBoost-MLP集成学习方法，构建炸药散粒体压制成型密度预测模型，并采用

折交叉法和早停策略对模型训练过程进行强化；设计并开展炸药散粒体压制成型与密度测试试验，对所提方法进行验证。在此基础上，将所提方法与XGBoost-MLP、数据增强-XGBoost、数据增强-MLP方法进行对比分析。研究结果表明，基于随机森林的数据增强方法能够有效缓解因样本匮乏而导致的模型过拟合问题，在一定程度上克服了压制成型数据的小样本难题；所提方法在平均绝对误差、均方误差和平均绝对百分比误差上均取得最低值，分别为0.017 5、0.000 555和1.03%，实现了对压制成型密度的高精度预测。

Abstract

In the field of weapon product pressing， the forming density of products is closely related to the damage effectiveness of weapon equipment and is one of the important indicators of press forming quality. The press forming process of granular explosive material is characterized by multiple variables， uncertain parameters， and difficult data acquisition. The traditional numerical simulation methods often fail to accurately determine the forming density of products， and the data-driven methods are also unable to precisely predict the forming density of products due to strong data dependency. To address this issue， a granular explosive material forming density prediction method based on data augmentation and extreme gradient boosting-multi-layer perceptron （XGBoost-MLP） ensemble learning is proposed. Firstly， the original dataset is augmented using a data augmentation method based on the random forest model， and the physical consistency analysis is conducted to ensure that the augmented data conforms to the physical mechanism . Secondly， an XGBoost-MLP ensemble learning method is proposed to construct a granular explosive material press forming density prediction model， and the K-fold cross-validation method and the early stopping strategies are applied to strengthen the model training process. Finally， the experiments on granular explosive material press forming and density testing are designed and conducted to validate the proposed method. The results show that the random forest-based data augmentation method can effectively alleviate the model overfitting caused by insufficient samples and， overcome the small sample challenge in press forming data to some extent. Based on this， the comparation with other methods shows that the proposed method achieves the lowest values in MAE， MSE， and MAPE， which are 0.017 5， 0.000 555 and 1.03%， respectively， realizing the high-precision prediction of press forming density. This study provides a foundation for forming density prediction in the field of weapon product pressing and is of great significance for optimizing the forming process and improving the forming quality.

关键词

Keywords

references

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