專利名稱:多變量工藝優(yōu)化和分析方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種面向橡膠混煉生產(chǎn)過程中、控制排膠性能的多變量工藝優(yōu)化和分析方法。
背景技術(shù):
目前國內(nèi)各類汽車的銷售量大幅增加,這就給輪胎生產(chǎn)廠家提供了大量商機(jī),同時也對輪胎制造工藝提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)要求。
現(xiàn)有橡膠密煉技術(shù)雖可以基本滿足煉膠生產(chǎn)需求,但對于具有更高難度和復(fù)雜性的混煉生產(chǎn),尚缺乏行之有效的工藝優(yōu)化和分析技術(shù)。目前在排膠控制環(huán)節(jié)上,整個混煉過程中工藝步驟制訂和參數(shù)設(shè)定起到?jīng)Q定性的作用,工藝優(yōu)化和分析結(jié)果會直接影響到對于混煉膠門尼粘度指標(biāo)的控制,因而是保證煉膠排膠成功與否的關(guān)鍵。
現(xiàn)有排膠控制環(huán)節(jié),都是由工藝人員根據(jù)自身工作經(jīng)驗、輔以少量的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)來確定生產(chǎn)工藝。因而受人為主觀影響較大,難以確保工藝的最優(yōu)性。而且一旦流程和工況發(fā)生變化,往往工藝優(yōu)選和改進(jìn)具有相當(dāng)?shù)臏笮?,無法對當(dāng)前生產(chǎn)狀況進(jìn)行事先評估,從而造成生產(chǎn)波動大、質(zhì)量難以有效控制等問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法,提供排膠性能參數(shù)與多變量自動分析優(yōu)化,為實現(xiàn)混煉膠質(zhì)量指標(biāo)分析職能而設(shè)計提供合格率、門尼平均值等數(shù)值參數(shù)的優(yōu)選方法,并將優(yōu)選結(jié)果信息以線性回歸方程曲線的形式加以體現(xiàn),供修訂工藝流程時使用。
混煉過程的影響因素是諸多的,因此最好的排膠方法應(yīng)該是多變量的組合排膠條件。
設(shè)定組合排膠條件是較為困難的,本發(fā)明所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法,是在選擇單變量工藝排膠條件的基礎(chǔ)上,通過計算溫度/時間/功率/能量與門尼粘度值之間的敏感程度(通過方程斜率),來確定排膠設(shè)定條件是否恰當(dāng)。
其中,通過計算溫度/時間/功率/能量與門尼之間的線性回歸方程曲線(除了設(shè)定為排膠變量之外的各變量),分別判斷各回歸方程對門尼的敏感程度(通過方程斜率),可以幫助工藝人員確定排膠設(shè)定條件是否恰當(dāng)。若各變量與門尼(基本上)都是不敏感的,則說明相應(yīng)配方的排膠變量選擇是合適的;若多數(shù)變量與門尼的輸出提示都是敏感的,則需要考慮更改排膠變量,其具體的設(shè)定值可以通過回歸曲線得到。
具體地,單變量排膠條件的分析流程是第一步,設(shè)定除排膠變量之外的其他單一變量,做為與門尼參數(shù)建立敏感分析曲線的分析變量;第二步,選擇輸入待分析的變量值數(shù)據(jù)組并判斷是否為單變量;若是,則調(diào)用回歸迭代算法流程和數(shù)據(jù)預(yù)處理流程;若否,則重復(fù)執(zhí)行本步驟;第三步,與門尼值敏感程序分析,包括判斷是否門尼合格率大于85%;同時,回歸迭代方程模型的斜率是否>0.45%;若是,則輸出為分析曲線的參數(shù)值;若否,則舍棄掉;第四步,按上述步驟分別建立溫度、時間、功率和能量的分析曲線并輸出。
在歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的支持下,將混煉過程的各動作點,例如提上頂栓,投膠料、投炭黑、投油料點、投小藥點和排膠點等,對混煉膠質(zhì)量、混煉時間和能耗的影響及時分析出來,并給予直觀和形象地顯示供工藝人員參考。從而可以輔助工藝人員正確了解各混煉參數(shù)對混煉程度影響力的大小,從而為工藝人員調(diào)整混煉工藝和確定新的混煉規(guī)程提供可靠的參考。使混煉工藝過程經(jīng)常保持最佳狀態(tài),最大程度的減少煉膠過程中混煉工藝條件的波動對膠料質(zhì)量的影響,保證膠料質(zhì)量的均一性,同時降低能耗,縮短混煉時間,提高煉膠效率。
所以,單變量影響力分析流程可以設(shè)定為第一步,選取預(yù)分析配方的數(shù)據(jù)組,確定相應(yīng)的優(yōu)化變量和目標(biāo)變量值,其中門尼粘度做為默認(rèn)選擇的目標(biāo)變量;第二步,選取配方所涉及動作點的排膠變量;第三步,建立目標(biāo)變量與優(yōu)化變量之間的模型,調(diào)用回歸迭代算法流程;第四步,調(diào)用門尼粘度值計算流程。
基于上述流程控制的多變量優(yōu)化流程第一步,優(yōu)化目標(biāo)的選擇,即從門尼粘度、混煉時間、混煉能量中選擇一個或多個;第二步,優(yōu)化參數(shù)選取動作點對應(yīng)的變量值,包括有溫度、功率或能量;第三步,建立優(yōu)化目標(biāo)與優(yōu)化變量之間的函數(shù)模型;第四步,顯示各優(yōu)化變量的模型系數(shù),并通過上述優(yōu)化計算將動作點的相應(yīng)變量與目標(biāo)變量的相互間的影響關(guān)系以圖形顯示。
圖1是單變量排膠條件性能分析流程圖;圖2是單變量工況分析流程圖;圖3是單變量影響力分析流程圖;圖4是多變量優(yōu)化流程圖;圖5是回歸迭代算法流程圖;圖6是數(shù)據(jù)預(yù)處理流程示意圖;圖7是門尼粘度值計算流程圖;
具體實施例方式
本發(fā)明所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法,如圖1所示,設(shè)定單變量排膠條件性能分析流程是1、設(shè)定除排膠變量之外的其他單一變量,做為與門尼參數(shù)建立敏感分析曲線的分析變量,選取溫度、時間T、功率P、能量E;2、選擇輸入待分析的變量值數(shù)據(jù)組并判斷是否為單變量;若是,則調(diào)用回歸迭代算法流程(如圖5所示)、以及數(shù)據(jù)預(yù)處理流程(如圖6所示),即將變量值進(jìn)行減均值除方差運(yùn)算;若否,則重復(fù)執(zhí)行上述第2步驟;3、與門尼值敏感程序分析,包括判斷是否門尼合格率>85%、且回歸方程模型斜率>0.45%;若是,證明變量值是不敏感的,則輸出為分析曲線的參數(shù)值;若否,說明該變量值是敏感的,則舍棄、使之成為無效參數(shù)。
4、按上述流程分別建立溫度、時間T、功率P、能量E的分析曲線并輸出。
應(yīng)用上述單變量排膠條件性能分析流程,如圖2所示,單變量工況分析流程是A、選定建立門尼敏感分析曲線的變量值數(shù)據(jù)組;B、確定并顯示排膠方式;C、調(diào)用回歸迭代算法流程(如圖5所示)、以及數(shù)據(jù)預(yù)處理流程(如圖6所示),即將變量值進(jìn)行減均值除方差運(yùn)算;D、引用上述回歸迭代算法流程計算后的變量值和輸入的自變量數(shù)據(jù),建立回歸直線和曲線圖;E、顯示上述變量值對應(yīng)的門尼值代入回歸迭代算法流程,并顯示門尼值計算結(jié)果。
其中,如圖6所示,數(shù)據(jù)預(yù)處理流程是第一步,輸入質(zhì)檢和過程控制數(shù)據(jù),以確定樣本數(shù)m,變量數(shù)n,并將計數(shù)值初始為0。其中變量為能夠準(zhǔn)確反映橡膠密煉程度的有效變量,如溫度、功率、能量等數(shù)值;第二步,建立m*n的數(shù)據(jù)矩陣,并將參數(shù)設(shè)為1,即初始化矩陣為m*1的數(shù)據(jù)模型;第三步,逐一計算所有提供樣本中的各變量的均值和方差;第四步,判斷在所有提供的樣本(m)中是否有大于均值三倍方差以上的樣本。若有,則將該樣本設(shè)為以后比較的均值,同時將計數(shù)值累計增加1;若無,則繼續(xù)判斷此第四步流程,直至全部判斷完;第五步,判斷計數(shù)累計值是否大于樣本數(shù)m的5%。若有,則刪除初始化矩陣為m*1的數(shù)據(jù)模型,進(jìn)而重新從第二步進(jìn)行;若無,則輸出該樣本矩陣。
如圖3所示,對于混煉過程的各動作點對混煉膠質(zhì)量、混煉時間和能耗的影響力分析流程是①讀取預(yù)分析配方的數(shù)據(jù)組,確定相應(yīng)的優(yōu)化變量和目標(biāo)變量值。
其中,門尼粘度做為默認(rèn)選擇的目標(biāo)變量。除此之外,還可根據(jù)需要選擇如混煉時間、混煉能量等,但每次僅對一個優(yōu)化指標(biāo)進(jìn)行分析。選擇優(yōu)化變量是除目標(biāo)變量之外的所有能夠反映橡膠密煉過程的有效變量,如動作點的溫度、功率、能量等。
②選取配方所涉及動作點的排膠變量;③建立目標(biāo)變量與優(yōu)化變量之間的模型,即調(diào)用回歸迭代算法流程(如圖5所示);④調(diào)用門尼粘度值計算流程(圖7);如圖7所示,門尼粘度值在線計算流程是利用已經(jīng)建立的PLS模型,根據(jù)混煉過程變量信息,在線計算、預(yù)報膠料的門尼粘度。
其中,輸入?yún)?shù)是回歸系數(shù)R、P、負(fù)載W,以及預(yù)報使用的混煉過程變量X;輸出參數(shù)是膠料門尼粘度預(yù)報值Yp,即PLS成分。
初始化時,wm=W的行數(shù),h=W的列數(shù);m=X的行數(shù),n=X的列數(shù);Yp=
m*1,T=
m*H,而T(,k)表示T矩陣的第k列,其他以此類推。
⑤根據(jù)模型計算各優(yōu)化變量對目標(biāo)變量的影響力,選取絕對值最大的系數(shù),并將各系數(shù)對其進(jìn)行相對化處理;④按照用戶要求,以柱狀圖形式顯示各優(yōu)化變量的影響力分析。根據(jù)各因素的影響大小,結(jié)合當(dāng)前工況,來決定通過穩(wěn)定哪個參數(shù)來穩(wěn)定混煉過程,或是通過調(diào)整哪幾個參數(shù)來改進(jìn)混煉過程。
綜合上述單變量排膠條件性能分析流程、工況分析流程和影響力分析流程,如圖4所示,多變量優(yōu)化流程主要包括以下內(nèi)容利用多變量優(yōu)化機(jī)理、在已有數(shù)據(jù)庫支持下,將混煉過程加料點對混煉膠質(zhì)量、混煉時間和能耗的影響及時分析出來,從而可以輔助工藝人員判斷是否需要對加料點進(jìn)行優(yōu)化,確定提栓條件的參數(shù)。
(1)優(yōu)化目標(biāo)的選擇,即從下列優(yōu)化目標(biāo)中選擇一個或多個門尼粘度、混煉時間、混煉能量;(2)優(yōu)化參數(shù)選取加料點對應(yīng)的變量,即提栓(包括上到位和浮動)動作點相對應(yīng)的變量值,包括有溫度、功率和能量;(3)多變量優(yōu)化流程是①讀取預(yù)分析配方樣本數(shù)據(jù),相應(yīng)批次優(yōu)化變量、優(yōu)化目標(biāo)值;②建立優(yōu)化目標(biāo)與優(yōu)化變量之間的函數(shù)模型;③顯示各優(yōu)化變量的模型系數(shù)。
④通過上述優(yōu)化計算,將提栓動作點的相應(yīng)變量與目標(biāo)變量的影響相互關(guān)系,以柱狀圖顯示。
權(quán)利要求
1.一種多變量工藝優(yōu)化和分析方法,其特征在于單變量排膠條件的分析流程是第一步,設(shè)定除排膠變量之外的其他單一變量,做為與門尼參數(shù)建立敏感分析曲線的分析變量;第二步,選擇輸入待分析的變量值數(shù)據(jù)組并判斷是否為單變量;若是,則調(diào)用回歸迭代算法流程和數(shù)據(jù)預(yù)處理流程;若否,則重復(fù)執(zhí)行本步驟;第三步,與門尼值敏感程序分析,包括判斷是否門尼合格率大于85%;同時,回歸迭代方程模型的斜率是否>0.45%;若是,則輸出為分析曲線的參數(shù)值;若否,則舍棄掉;第四步,按上述步驟分別建立溫度、時間、功率和能量的分析曲線并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法,其特征在于單變量影響力分析流程是第一步,選取預(yù)分析配方的數(shù)據(jù)組,確定相應(yīng)的優(yōu)化變量和目標(biāo)變量值,其中門尼粘度做為默認(rèn)選擇的目標(biāo)變量;第二步,選取配方所涉及動作點的排膠變量;第三步,建立目標(biāo)變量與優(yōu)化變量之間的模型,調(diào)用回歸迭代算法流程;第四步,調(diào)用門尼粘度值計算流程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法,其特征在于多變量優(yōu)化流程第一步,優(yōu)化目標(biāo)的選擇,即從門尼粘度、混煉時間、混煉能量中選擇一個或多個;第二步,優(yōu)化參數(shù)選取動作點對應(yīng)的變量值,包括有溫度、功率或能量;第三步,建立優(yōu)化目標(biāo)與優(yōu)化變量之間的函數(shù)模型;第四步,顯示各優(yōu)化變量的模型系數(shù),并通過上述優(yōu)化計算將動作點的相應(yīng)變量與目標(biāo)變量的相互間的影響關(guān)系以圖形顯示。
全文摘要
本發(fā)明所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法,提供排膠性能參數(shù)與多變量自動分析優(yōu)化,為實現(xiàn)混煉膠質(zhì)量指標(biāo)分析職能而設(shè)計提供合格率、門尼平均值等數(shù)值參數(shù)的優(yōu)選方法,并將優(yōu)選結(jié)果信息以線性回歸方程曲線的形式加以體現(xiàn),供修訂工藝流程時使用。
文檔編號B29B7/30GK1616205SQ200310105640
公開日2005年5月18日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者王海清, 高彥臣, 焦清國, 李平, 張君峰 申請人:青島高校軟控股份有限公司