控制生產(chǎn)流程的方法
【專利摘要】一種對(duì)包括生物材料基質(zhì)的形態(tài)修改的流程步驟的生產(chǎn)流程進(jìn)行控制的方法包括：獲得在該流程的多次生產(chǎn)運(yùn)行中的每次生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中獲取的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，該輸入數(shù)據(jù)包括來(lái)自在該流程內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置處與該基質(zhì)已經(jīng)交互過(guò)的電磁或聲譜的一部分內(nèi)的輻射的信息和相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)運(yùn)行的流程控制參數(shù)和生產(chǎn)事件數(shù)據(jù)；在計(jì)算機(jī)中從該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的多變量分析生成一個(gè)預(yù)測(cè)模型，該模型使該信息直接與流程控制參數(shù)、生產(chǎn)運(yùn)行事件和流程控制設(shè)置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)鏈接；以及在該計(jì)算機(jī)中將該預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于從一次新的生產(chǎn)運(yùn)行獲得的交互信息以生成該新的生產(chǎn)運(yùn)行的流程控制參數(shù)、流程控制事件和所預(yù)測(cè)的生產(chǎn)運(yùn)行事件中的一項(xiàng)或多項(xiàng)作為輸出以便在對(duì)該生產(chǎn)流程進(jìn)行控制中使用。
【專利說(shuō)明】控制生產(chǎn)流程的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種控制生產(chǎn)流程(并且具體地包括生物材料基質(zhì)的形態(tài)修改的步驟的流程)的方法。
[0002]在本文件的余下部分中，除非另有具體說(shuō)明或除非上下文另外要求，否則單數(shù)的使用包括復(fù)數(shù)的使用，并且反之亦然。具體地并且為了避免混淆，旨在說(shuō)明書中或權(quán)利要求所述的元件前面的詞語(yǔ)“一個(gè)”或“一種”不排除存在或保護(hù)多個(gè)這種元件。
[0003]通常眾所周知的是在生產(chǎn)流程過(guò)程中監(jiān)控生物材料基質(zhì)的化學(xué)和/或生物化學(xué)成分和使用成分信息用于控制生產(chǎn)流程以便一致地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的最終或中間產(chǎn)品的所希望的成分目標(biāo)。
[0004]分析探針輻射交互與生物材料基質(zhì)的交互作用的效應(yīng)已經(jīng)被成功地用作一種用于化學(xué)成分的在線監(jiān)控的手段。紅外線(具體地近紅外線)探針輻射的使用已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在此方面中的廣泛實(shí)際應(yīng)用。已經(jīng)明確確認(rèn)近紅外線輻射的吸收光譜圖案非常經(jīng)常包含關(guān)于輻射已經(jīng)與其交互的生物材料基質(zhì)的信息。來(lái)自電磁光譜的其他部分(例如，X射線、微波或可見光部分)、或來(lái)自超聲的探針輻射也可以與生物材料基質(zhì)進(jìn)行交互并且由此被其修改。因此，這種交互輻射將很可能也包含與生物材料基質(zhì)相關(guān)的有用信息。
[0005]生物材料基質(zhì)的形態(tài)修改是許多生產(chǎn)流程的一個(gè)組成部分并且通常在工業(yè)生物質(zhì)、食品或飼料生產(chǎn)流程中發(fā)現(xiàn)。這種修改經(jīng)常包括在破碎機(jī)、沖壓機(jī)、截?cái)嗥鳌U(kuò)張器或擠壓機(jī)單元中改變生物材料基質(zhì)的形狀、大小、粒度和/或密度，其中，成分變化小并且具有間接性質(zhì)。形態(tài)修改通常消耗生產(chǎn)流程所需的總能量的主要部分并且通過(guò)這種流程的正確且精確控制可以實(shí)現(xiàn)潛在的經(jīng)濟(jì)效益。
[0006]Lestander (萊斯坦德)、Johnsson (約翰遜)和Grothage (格羅特治)(生物資源技術(shù)100 (2009年)，1589-1594年)披露了光譜信息用于預(yù)測(cè)生物燃料生成流程中顆粒沖壓?jiǎn)卧哪芰肯模摏_壓?jiǎn)卧獙㈦p組分生物材料基質(zhì)(此處為兩種不同類型的鋸屑)用作用于沖壓的給料。從23-使用三個(gè)因變量的析因?qū)嶒?yàn)(即，使用全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì))發(fā)展出預(yù)測(cè)模型。第一因變量為一個(gè)生物材料參考樣本集合的成分，這些生物材料參考樣被人為地構(gòu)建成包含第一類型鋸屑的100%、55%和10%，與其他類型構(gòu)成平衡。用于構(gòu)建預(yù)測(cè)模型的其他兩個(gè)因變量為鋸屑的含水量和干燥溫度。近紅外線輻射被用作探針輻射，并且在該流程中為在顆粒沖壓?jiǎn)卧懊娴囊粋€(gè)位置處的每個(gè)參考樣本記錄光譜。然后，這些光譜中的每個(gè)光譜與針對(duì)那個(gè)參考樣本測(cè)量的顆粒沖壓?jiǎn)卧芰肯南嚓P(guān)。光譜信息被設(shè)置為針對(duì)數(shù)據(jù)的多變量建模中的三個(gè)因變量的自變量，并且建立使光譜信息與能量消耗鏈接的預(yù)測(cè)模型。
[0007]與在流程控制中使用光譜信息的這種方法相關(guān)聯(lián)的一個(gè)問(wèn)題為需要使用所構(gòu)建的參考樣本的實(shí)驗(yàn)以便發(fā)展或更新預(yù)測(cè)模型。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中所需的組合隨著生物材料基質(zhì)的復(fù)雜性增加而顯著擴(kuò)張。為了適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)流程中所使用的生物材料基質(zhì)的成分的新變化，需要每次更新時(shí)設(shè)計(jì)和執(zhí)行大型的且復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。這會(huì)引起保持預(yù)測(cè)模型更新的難度增加。
[0008]為了舉例說(shuō)明這種情況，考慮為生產(chǎn)型動(dòng)物制造的配合飼料。這些飼料通?；诎朔N或更多種生物材料成份。配合飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在任何給定時(shí)間將經(jīng)常制造五十種或更多種不同類型的配合飼料，所有都基于不同成份組合。不久后，通常一個(gè)月，將對(duì)這些配合飼料進(jìn)行重新配制以反映成份的可用性和/或成本的變化。在這種重新配制過(guò)程中，會(huì)停止使用某些成份，其他成份可以投入使用并且具體飼料的成份的比例可以深刻地變化。此外，可能需要在大量生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)反映這些重新配制活動(dòng)。為了實(shí)施遵循Lestander等人的流程控制，將需要從涉及到為五十條產(chǎn)品線中的每條產(chǎn)品線構(gòu)建的并且隨著每次重新配置(即，每月)而重復(fù)的128個(gè)參考樣本(假設(shè)八種成分)的實(shí)驗(yàn)發(fā)展出預(yù)測(cè)模型。如果溫度和含水量也將要變化，則針對(duì)每條產(chǎn)品線，這將涉及到512次實(shí)驗(yàn)性運(yùn)行。這將最有可能引起相當(dāng)大的生產(chǎn)‘停工時(shí)間’，因?yàn)樯a(chǎn)線用于進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)并且因此使這種方法的實(shí)際實(shí)施極其困難和成本可能非常高。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種控制生產(chǎn)流程的方法，該生產(chǎn)流程包括生物材料基質(zhì)給料的形態(tài)修改的流程步驟，該方法包括:獲得在該流程的多次生產(chǎn)運(yùn)行中的每次生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中獲取的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，該輸入數(shù)據(jù)包括來(lái)自探針輻射(通常來(lái)自在該流程內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置處已經(jīng)與給料交互過(guò)的電磁光譜部分內(nèi))的信息和相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)運(yùn)行的流程控制參數(shù)和生產(chǎn)事件數(shù)據(jù)；從該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的多變量分析生成多個(gè)預(yù)測(cè)模型，其中，具體模型使該交互探針輻射信息直接與具體控制參數(shù)或生產(chǎn)事件鏈接；使這些預(yù)測(cè)模型對(duì)計(jì)算機(jī)可用；在該流程的新的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中為給料獲得該交互探針輻射信息；以及在該計(jì)算機(jī)中將所獲得的交互探針輻射信息應(yīng)用于這些模型以生成該新的生產(chǎn)運(yùn)行的流程控制參數(shù)和生產(chǎn)運(yùn)行事件中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)的預(yù)測(cè)值作為輸出；以及將這些預(yù)測(cè)值用于形態(tài)修改的控制，通常為前饋控制。
[0010]通過(guò)使用在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中從適當(dāng)定位的傳感器和其他輸入裝置獲得的交互探針輻射信息、流程控制參數(shù)和生產(chǎn)運(yùn)行事件發(fā)展預(yù)測(cè)模型，然后避免了特殊試驗(yàn)安排和構(gòu)建的參考樣本。
[0011]此外，由于預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建中所使用的生物材料基質(zhì)為那些構(gòu)成實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中被處理的給料的基質(zhì)，則主要地僅那些在實(shí)際和經(jīng)濟(jì)上可能處理的基質(zhì)將在商業(yè)上用于建模。此外，就與所討論的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)的成份和流程而言，將對(duì)如此發(fā)展的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行優(yōu)化。因此，保證了這些模型的最可靠的性能。
[0012]最方便地，經(jīng)歷過(guò)多變量分析的數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)在電子數(shù)據(jù)庫(kù)中以便重復(fù)訪問(wèn)。因此，當(dāng)引入新的生物材料基質(zhì)并且將其相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)添加至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)時(shí)，預(yù)測(cè)模型可以被構(gòu)建成使得可以用新的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)相對(duì)容易地更新。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)可以訪問(wèn)所希望的生產(chǎn)運(yùn)行目標(biāo)或流程控制設(shè)置，或者被用戶預(yù)編程到存儲(chǔ)器中或被其輸入，可以針對(duì)這種情況優(yōu)化所預(yù)測(cè)的流程控制參數(shù)或生產(chǎn)運(yùn)行事件中的每一個(gè)。
[0014]形態(tài)修改流程步驟可以包括或者單獨(dú)地或者在單個(gè)外殼中向如顆粒沖壓?jiǎn)卧?、截?cái)嗥鲉卧?、擠壓機(jī)單元、擴(kuò)張器單元、研磨單元的形態(tài)修改裝置進(jìn)給生物材料基質(zhì)；或這些當(dāng)中任何的組合進(jìn)給生物材料基質(zhì)。可以從由以下各項(xiàng)組成的組中選擇生物材料基質(zhì):生廣型動(dòng)物詞料基質(zhì)、食品基質(zhì)、寵物食品基質(zhì)、水廣詞料基質(zhì)；生物質(zhì)基質(zhì)、以及任何以上基質(zhì)的中間產(chǎn)物或成分。這些基質(zhì)進(jìn)而通常混合了眾多具有不同特性的生物堿基成份。生產(chǎn)型動(dòng)物飼料基質(zhì)的說(shuō)明，這些成份可以是例如小麥、大麥、大米、玉米、其他谷類或其副產(chǎn)品，包括蒸餾器餾分；大豆、油菜籽、葵花子、其他油籽或其副產(chǎn)品；羽扇豆、豌豆、豆類、其他干豆或其副產(chǎn)品；或魚粉或肉類-以及動(dòng)物或海洋源的骨粉或相似產(chǎn)品。
[0015]有用地，生成預(yù)測(cè)模型的步驟可以包括使用數(shù)字輸入數(shù)據(jù)生成預(yù)測(cè)模型，該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)被選擇成能夠預(yù)測(cè)控制參數(shù)以便用于在給料被進(jìn)給到形態(tài)修改裝置內(nèi)之前控制其供應(yīng)速率或狀況(如溫度)中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)。
[0016]此外或可替代地，生成預(yù)測(cè)模型的步驟可以包括使用被選擇成能夠預(yù)測(cè)控制參數(shù)以便用于控制形態(tài)修改裝置本身的操作的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)生成預(yù)測(cè)模型。
[0017]僅出于說(shuō)明目的，現(xiàn)在將參照附圖中的圖示更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的將要在生產(chǎn)型動(dòng)物飼料的制造中使用的示例性實(shí)施例，其中:圖1展示了顆粒狀材料的生產(chǎn)的典型生產(chǎn)流程的代表性部分；圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控生產(chǎn)流程的方法的實(shí)施例的流程圖；以及圖3展示了建立可在圖2的方法中使用的預(yù)測(cè)模型的方法的實(shí)施例。
[0018]圖1中展示了顆粒狀材料(例如，此處為顆粒狀動(dòng)物飼料)的生產(chǎn)流程的部分2，僅作為普遍性的代表。其已經(jīng)被簡(jiǎn)化成用于能夠更好地理解本發(fā)明。在本實(shí)施例中，提供了料斗4以容納將經(jīng)歷形態(tài)修改流程(此處為造粒)的生物材料基質(zhì)給料。參照動(dòng)物飼料，這種給料通常為組成飼料塊并且根據(jù)需要補(bǔ)充有微量養(yǎng)分(如礦物質(zhì)和維生素)和膳食補(bǔ)充品的若干成份的混合，例如，主要養(yǎng)分來(lái)源，如大豆、玉米或其他谷粒。將認(rèn)識(shí)到，可以用多種不同方式建立飼料，例如，單獨(dú)的成分可以是成比例的并且被在線混合作為生產(chǎn)流程的一部分，從而使得可以用如用于輸送飼料的配料和混合裝置的元件替換料斗4。
[0019]安置了一個(gè)輸送機(jī)(此處為變速螺旋輸送機(jī)6)用于從料斗4接收給料以便將給料運(yùn)向調(diào)節(jié)單元8，給料將從那里傳至形態(tài)修改裝置10。僅以說(shuō)明的方式，在本實(shí)施例中，調(diào)節(jié)單元8為一個(gè)操作用于通過(guò)加熱蒸氣和/或?qū)⑵湟虢o料內(nèi)來(lái)對(duì)給料進(jìn)行調(diào)節(jié)的蒸氣單元。在本實(shí)施例中，形態(tài)修改裝置10被表現(xiàn)為顆粒沖壓?jiǎn)卧ㄒ粋€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平模顆粒沖壓機(jī)12和控制器14。此外或可替代地，裝置10可以包括也操作用于修改給料的形態(tài)而基本上不改變其成分的其他已知單元。這種單元可以是擠壓機(jī)、擴(kuò)張器、研磨、破碎或截?cái)鄦卧蜻@些中任何的組合。提供調(diào)速器16作為螺旋輸送機(jī)6的一部分以測(cè)量和調(diào)節(jié)給料從料斗4被輸送至調(diào)節(jié)單元8的速度。提供了溫度調(diào)節(jié)器18作為調(diào)節(jié)單元8的一部分以測(cè)量和調(diào)節(jié)給料被輸出向形態(tài)修改裝置10的溫度?？刂破?4、調(diào)速器16和溫度調(diào)節(jié)器18中的一個(gè)或多個(gè)可操作地連接到流程控制計(jì)算機(jī)20，在本實(shí)施例中，該流程控制計(jì)算機(jī)被配置成用于控制顆粒沖壓機(jī)12、螺旋輸送機(jī)6和調(diào)節(jié)單元8中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)的操作以便調(diào)節(jié)與形態(tài)修改流程相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)流程的至少部分2的吞吐量。
[0020]舉例來(lái)講，在本實(shí)施例中，調(diào)速器16被適配成用于提供目前給料輸送速度的測(cè)量作為到計(jì)算機(jī)20內(nèi)的數(shù)據(jù)處理器22的流程控制參數(shù)。存儲(chǔ)器單元24對(duì)處理器22是可或者遠(yuǎn)程或者本地訪問(wèn)的并且在本實(shí)施例中存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)模型。處理器22通過(guò)合適的編程被適配成用于使用這些模型預(yù)測(cè)流程控制參數(shù)、流程控制設(shè)置(即，有待被控制以便實(shí)現(xiàn)所希望的控制參數(shù)值的單元的設(shè)置)和生產(chǎn)運(yùn)行事件中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。在本實(shí)施例中并且如以下將更全面描述的，存儲(chǔ)器單元24保持處理器22可使用的至少一個(gè)預(yù)測(cè)模型用于預(yù)測(cè)最佳速度設(shè)置(可替代地，本設(shè)置的必要偏差)或有待在螺旋輸送機(jī)6中實(shí)施的測(cè)量控制參數(shù)(此處為速度)以便實(shí)現(xiàn)所希望的目標(biāo)，如造粒沖壓機(jī)12的吞吐量、最終生產(chǎn)的顆粒的能量消耗或物體特性中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。在本實(shí)施例中，處理器22被適配成用于向調(diào)速器16提供基于預(yù)測(cè)值的控制信號(hào)以便其在螺旋輸送機(jī)6的輸送速度的適當(dāng)調(diào)節(jié)中使用。類似地，溫度調(diào)節(jié)器18所測(cè)量的給料溫度可以此外或可替代地被提供作為至計(jì)算機(jī)20的數(shù)據(jù)處理器22的測(cè)量流程控制參數(shù)。適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)模型在數(shù)據(jù)處理器22中的應(yīng)用將產(chǎn)生調(diào)節(jié)單元20的實(shí)現(xiàn)造粒沖壓機(jī)12的目標(biāo)吞吐量所需的最佳溫度設(shè)置、或本設(shè)置的必要偏差的預(yù)測(cè)?？梢栽俅螌⒅甘咀罴褱囟仍O(shè)置的控制信號(hào)從處理器22提供至溫度調(diào)節(jié)器18以便其在調(diào)節(jié)單元8所供應(yīng)的熱量(此處通過(guò)蒸氣調(diào)節(jié))的調(diào)節(jié)中使用。
[0021]將認(rèn)識(shí)到，一個(gè)單元所監(jiān)控的控制參數(shù)可以用于調(diào)節(jié)另一個(gè)單元的設(shè)置以便實(shí)現(xiàn)目標(biāo)?？赡芤呀?jīng)發(fā)展出存儲(chǔ)器28中所存儲(chǔ)的預(yù)測(cè)模型，當(dāng)應(yīng)用于處理器22中時(shí)，該預(yù)測(cè)模型生成例如有待通過(guò)調(diào)速器16實(shí)施的速度設(shè)置以便作為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)流程所生產(chǎn)的顆粒相關(guān)聯(lián)的所希望的物理特性，如細(xì)料的耐久性或量值。來(lái)自模型的速度設(shè)置取決于如溫度調(diào)節(jié)器18所測(cè)量的溫度的流程控制參數(shù)。作為說(shuō)明，螺旋輸送機(jī)6的加速將引起給料更快速地傳遞通過(guò)調(diào)節(jié)單元8。其結(jié)果是，給料花費(fèi)更少的時(shí)間被加熱，從而使得其在調(diào)節(jié)單元8的輸出端的溫度將下降。
[0022]僅舉進(jìn)一步的例子來(lái)講，還提供了可操作地連接到處理器22上的顯示單元24，可以基于所預(yù)測(cè)的生產(chǎn)運(yùn)行事件或當(dāng)前生產(chǎn)運(yùn)行的所預(yù)測(cè)的流程控制設(shè)置在該顯示單元上為操作員顯示信息。然后，操作員可以手動(dòng)地應(yīng)用所顯示的信息用于優(yōu)化流程的控制。
[0023]以下將更詳細(xì)地描述在計(jì)算機(jī)20中的一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)模型的生成和其用于提供所預(yù)測(cè)的流程控制設(shè)置和生產(chǎn)運(yùn)行事件從一個(gè)或多個(gè)測(cè)量流程控制參數(shù)的預(yù)測(cè)中的任一項(xiàng)或兩項(xiàng)的使用方式。
[0024]提供了分析器28用于將探針輻射(此處為電磁輻射)輸送到給料內(nèi)并且在其與給料交互后檢測(cè)所輸送的探針輻射。分析器28被安排成用于通常在形態(tài)修改裝置10之前和最有用地在其設(shè)置要被控制的單元之前在生產(chǎn)流程中的一個(gè)位置輸送電磁輻射，從而使得該單元生成的信息可以用于那個(gè)單元的前饋控制。在本示例性實(shí)施例中，分析器28被安裝在流程線中以便在料斗4與螺旋輸送機(jī)6之間的一個(gè)位置處將輻射耦合到給料內(nèi)。通常，分析器28可以被適配成耦合來(lái)自電磁光譜或聲譜的可以與給料交互的任何一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的探針輻射，并且這些交互作用對(duì)其特性的變化是靈敏。這種電磁輻射區(qū)域可以有用地包括微波、X射線、紫外線、可見光和/或紅外線區(qū)域。這種聲輻射區(qū)域可以是超聲。
[0025]具體地并且在本實(shí)施例中，分析器28被適配成用于將紅外線探針輻射輸送到給料內(nèi)。眾所周知的是，中紅外線和近紅外線輻射區(qū)域趨向于對(duì)這種給料的特性的變化特別敏感。
[0026]分析器28以已知的方式被配置成用于檢測(cè)其與生物材料基質(zhì)給料交互后的紅外線探針輻射并且為處理器22生成光譜數(shù)據(jù)作為輸出，為代表按照跨相關(guān)光譜區(qū)域的波長(zhǎng)的表達(dá)標(biāo)引的所檢測(cè)的紅外線探針輻射的強(qiáng)度變化的信息。
[0027]圖2的流程圖中展示了根據(jù)本發(fā)明的控制生產(chǎn)流程的方法的示例并且以下將具體參照上述和圖1中所示的生產(chǎn)流程部分對(duì)其進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)模型被生成作為根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)第一步驟210，并且使得其對(duì)計(jì)算機(jī)20的處理器22是可訪問(wèn)的。針對(duì)每個(gè)控制參數(shù)、設(shè)置和/或有待預(yù)測(cè)的生產(chǎn)運(yùn)行事件生成單獨(dú)的預(yù)測(cè)模型。通常根據(jù)以下將參照?qǐng)D3的流程圖更加詳細(xì)描述的方法生成每個(gè)模型，并且每個(gè)模型將與給料相關(guān)聯(lián)的相同的交互光譜信息與有待預(yù)測(cè)的參數(shù)、設(shè)置和/或事件中的不同的一項(xiàng)鏈接而不需要單獨(dú)確定生物材料基質(zhì)的成分信息。
[0028]一旦已經(jīng)建立了必要的預(yù)測(cè)模型，如圖2的步驟220處所表現(xiàn)的，分析器28就在生產(chǎn)流程中從有待控制的單元或多個(gè)單元6、8、10之前的一個(gè)位置獲得來(lái)自新的生產(chǎn)運(yùn)行中的生物材料基質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)。此光譜數(shù)據(jù)在此步驟220被傳遞至計(jì)算機(jī)20的處理器22。
[0029]在計(jì)算機(jī)20內(nèi)執(zhí)行步驟230，在該步驟，從存儲(chǔ)器28中所存儲(chǔ)的那些預(yù)測(cè)模型中選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)模型并且其在處理器22中應(yīng)用于在步驟220獲得的交互信息?？梢灾貜?fù)選擇和應(yīng)用適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)模型的此步驟230直到已經(jīng)預(yù)測(cè)了所有所需的參數(shù)、設(shè)置和事件。以此方式，在步驟240生成相應(yīng)的所預(yù)測(cè)的流程控制參數(shù)、設(shè)置或生產(chǎn)事件數(shù)據(jù)。這可以是例如代表實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程或其一部分的所希望的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)所需的有待用于螺旋輸送機(jī)6的速度(測(cè)量控制參數(shù))或有待用于達(dá)到給料溫度(測(cè)量參數(shù))的調(diào)節(jié)單元8的設(shè)置的數(shù)字信號(hào)。目標(biāo)可以是例如形態(tài)修改流程(此處為造粒)中的最佳吞吐量；形態(tài)流程的能量消耗；或所希望的輸出物理特性(此處為細(xì)料的顆粒耐久性或少量)。在其他實(shí)施例中，可以在操作員手動(dòng)地作用在其上的顯示單元24上形象化地呈現(xiàn)所預(yù)測(cè)的控制參數(shù)、設(shè)置或事件。此外或可替代地，可以在步驟240預(yù)測(cè)所預(yù)期的顆粒沖壓?jiǎn)卧?0能量消耗、所預(yù)期的單元10的吞吐量、或單元10的停止或堵塞的可能性的指示并且其被顯示用于人類感知、優(yōu)選地用于后續(xù)手動(dòng)動(dòng)作。
[0030]在步驟250，使用從步驟240輸出的所生成的預(yù)測(cè)進(jìn)行生產(chǎn)流程的自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)。因?yàn)樵诹鞒叹€中在有待控制的單元6、8、10之前的一個(gè)位置從分析器28獲得在步驟220所獲得的交互光譜信息，則最有益地，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)可以采取那個(gè)單元6、8、10的前饋控制的形式。
[0031]如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明的控制生產(chǎn)流程的方法可以可選地包括使用在新的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中生成的交互光譜信息結(jié)合來(lái)自該新運(yùn)行的流程控制參數(shù)和生產(chǎn)運(yùn)行事件來(lái)對(duì)這些預(yù)測(cè)模型中的一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行更新的步驟215?？梢允褂靡阎问降臄?shù)學(xué)算法來(lái)確定是否可以用預(yù)測(cè)模型可靠地預(yù)測(cè)新的光譜信息或該新的信息是否應(yīng)該用于更新這些模型。如果需要，在新的生產(chǎn)流程的正常操作過(guò)程中使用在步驟220以類似方式收集的光譜數(shù)據(jù)執(zhí)行更新而不需要單獨(dú)確定如新的生產(chǎn)運(yùn)行中的給料所使用的那個(gè)生物材料基質(zhì)的成分信息。此交互信息與新的生產(chǎn)運(yùn)行所需的生產(chǎn)流程信息相關(guān)，使用適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谠撋a(chǎn)流程中的傳感器以類似的方式收集該生產(chǎn)流程信息并且其被添加至這種相關(guān)數(shù)據(jù)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)中，該數(shù)據(jù)在步驟210用于生成預(yù)測(cè)原始模型。然后，重復(fù)步驟210以實(shí)質(zhì)上如以下所描述的方式生成更新過(guò)的預(yù)測(cè)模型。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，在被編程為使用眾所周知的利用或者線性或者非線性多變量分析的化學(xué)計(jì)量技術(shù)的計(jì)算機(jī)20內(nèi)建立每個(gè)預(yù)測(cè)模型。從而，生成數(shù)學(xué)算法(或預(yù)測(cè)模型)，通過(guò)該數(shù)學(xué)算法，來(lái)自已經(jīng)與生產(chǎn)流程內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置處的給料交互過(guò)的探針輻射的強(qiáng)度信息與所希望的流程控制參數(shù)或生產(chǎn)運(yùn)行事件相關(guān)。在本實(shí)施例中，使用了紅外線(具體地近紅外線)光譜輻射。在本實(shí)施例中，使用如透射、反射、反射率、傅立葉轉(zhuǎn)換或拉曼散射技術(shù)的已知技術(shù)檢測(cè)交互紅外線光譜信息。
[0033]然而，將認(rèn)識(shí)到，在其他實(shí)施例中，可以在電磁光譜的其他波長(zhǎng)區(qū)域(包括可見光、X射線波長(zhǎng)區(qū)域)處獲得交互光譜信息或其可以通過(guò)其他分析技術(shù)(包括NMR、超聲和圖像分析技術(shù))來(lái)獲得，其條件始終是這種輻射受到生物材料基質(zhì)給料的確定有待預(yù)測(cè)的參數(shù)、設(shè)置或事件的特性的影響?？梢栽谒懻摰男畔⑸鲜褂蒙鲜鲆阎嘧兞糠治黾夹g(shù)通過(guò)合理的試錯(cuò)法來(lái)驗(yàn)證這種影響的存在，以便確定交互信息與有待預(yù)測(cè)的參數(shù)、設(shè)置或事件直接的相關(guān)度。
[0034]在建立這種預(yù)測(cè)模型中的一個(gè)第一步驟310是生成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中，每條記錄代表一次生產(chǎn)運(yùn)行并且該數(shù)據(jù)庫(kù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器28中或以另外方式使得對(duì)處理器22是可訪問(wèn)的。
[0035]有待在那次生產(chǎn)運(yùn)行中經(jīng)歷形態(tài)修改流程的給料的交互光譜信息被存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)庫(kù)中，該交互光譜信息通常來(lái)自電磁光譜的紅外線并且優(yōu)選地近紅外線部分內(nèi)。該數(shù)據(jù)庫(kù)中的每條記錄還包括對(duì)相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)運(yùn)行的相關(guān)流程控制參數(shù)、設(shè)置和生產(chǎn)運(yùn)行事件進(jìn)行識(shí)別的信息?？刂茀?shù)可以包括速度；設(shè)置可以包括實(shí)現(xiàn)所希望的控制參數(shù)所需的單元設(shè)置；以及事件可以包括關(guān)于堵塞頻率、給料配方、形態(tài)修改裝置的能量消耗、或修改后的給料或最終產(chǎn)品的物理特性的信息?？梢杂靡阎姆绞綇纳a(chǎn)流程內(nèi)的傳感器自動(dòng)收集這種信息，其可以從另一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被傳輸或可以被手動(dòng)地輸入并且可以通常與和給料的形態(tài)修改相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)流程內(nèi)的單元6、8、10相關(guān)聯(lián)。
[0036]在步驟320，數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容在計(jì)算機(jī)內(nèi)經(jīng)歷多變量統(tǒng)計(jì)分析。在本示例中，這包括從步驟310將數(shù)據(jù)庫(kù)分成兩個(gè)部分的步驟324。被用作校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的第一且最大的部分在步驟326經(jīng)歷多變量分析。第二部分在步驟328被用作驗(yàn)證集。將認(rèn)識(shí)到，數(shù)據(jù)庫(kù)的精確使用和劃分將取決于建立預(yù)測(cè)模型中所使用的具體分析技術(shù)?？蛇x地，可以在計(jì)算機(jī)20內(nèi)進(jìn)行步驟322，通過(guò)該步驟，交互光譜信息經(jīng)歷數(shù)據(jù)預(yù)處理。進(jìn)行此內(nèi)容主要用于消除來(lái)自交互光譜信息的與流程控制參數(shù)或生產(chǎn)運(yùn)行事件無(wú)關(guān)的效應(yīng)。預(yù)處理步驟322使用從由以下各項(xiàng)組成的組中選擇的已知方法:導(dǎo)數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量、和乘法信號(hào)校正。
[0037]此流程步驟320的組合輸出為在步驟330建立的并且提供輸入交互光譜信息與所希望的流程控制參數(shù)或設(shè)置或生產(chǎn)運(yùn)行事件之間的數(shù)學(xué)關(guān)系的預(yù)測(cè)模型。此模型供計(jì)算機(jī)20用于預(yù)測(cè)新生產(chǎn)運(yùn)行中的給料的那個(gè)控制參數(shù)、設(shè)置或事件。然后，此預(yù)測(cè)輸出可以用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值所需的給料的形態(tài)修改的生產(chǎn)流程步驟的自動(dòng)控制。此外或可替代地，預(yù)測(cè)輸出可以是操作員有待作用在其上以便控制流程的感覺信號(hào)。
[0038]根據(jù)圖2中所示的方法的實(shí)施例，來(lái)自生產(chǎn)運(yùn)行的交互光譜信息可以和從同一次生產(chǎn)運(yùn)行獲取的相關(guān)聯(lián)的流程控制參數(shù)、設(shè)置和/或以及生產(chǎn)運(yùn)行事件一起添加至在步驟310生成的數(shù)據(jù)庫(kù)。然后，更新過(guò)的數(shù)據(jù)庫(kù)可以在計(jì)算機(jī)20中用于以上述方式建立更新過(guò)的預(yù)測(cè)模型而不需要構(gòu)建專門的參考樣本或需要執(zhí)行新的單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)。
[0039]將認(rèn)識(shí)到，在不脫離所要求保護(hù)的本發(fā)明的情況下，計(jì)算機(jī)20可以包括如圖1的實(shí)施例中所描述的單個(gè)單元，或其可以包括被適配成用于一起執(zhí)行如上所述的計(jì)算機(jī)20的操作的兩個(gè)或更多個(gè)或者本地的或者彼此相互遠(yuǎn)離的子單元，并且認(rèn)識(shí)到，在不脫離所要求保護(hù)的本發(fā)明的情況下，輸送機(jī)6、和/或調(diào)解單元8和/或形態(tài)修改單元10的功能性可以組合在單個(gè)單元內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種控制生產(chǎn)流程的方法，該生產(chǎn)流程包括一個(gè)形態(tài)修改流程步驟，在該步驟中使用一個(gè)被適配成用于執(zhí)行一次基于生物材料基質(zhì)的給料的一種形態(tài)修改的形態(tài)修改裝置，該方法包括:獲得在該流程的多次生產(chǎn)運(yùn)行中的每次生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中獲取的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，該輸入數(shù)據(jù)包括來(lái)自在該流程內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置處與該給料交互過(guò)的探針輻射的信息和相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)運(yùn)行的一個(gè)流程控制參數(shù)、一個(gè)流程控制設(shè)置和生產(chǎn)事件數(shù)據(jù)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)；從該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的一次多變量分析生成一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)模型，其中，一個(gè)具體模型使該交互探針輻射信息直接與一個(gè)具體流程控制參數(shù)、流程控制設(shè)置或生產(chǎn)運(yùn)行事件鏈接；使該一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)模型對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)處理器可用；在該流程的一次新的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中為一次給料獲得交互探針輻射信息；以及在該數(shù)據(jù)處理器中將這些預(yù)測(cè)模型中的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用于所獲得的交互探針輻射信息以生成該新的生產(chǎn)運(yùn)行的一個(gè)流程控制參數(shù)、一個(gè)流程控制設(shè)置和一個(gè)所預(yù)測(cè)的生產(chǎn)運(yùn)行事件中的一項(xiàng)或多項(xiàng)作為輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，這些輸出包括一個(gè)流程控制參數(shù)、一個(gè)流程控制設(shè)置和一個(gè)所預(yù)測(cè)的流程事件中的一項(xiàng)或多項(xiàng)以便實(shí)現(xiàn)該生產(chǎn)流程的一個(gè)目標(biāo)性能，并且其特征在于，該方法進(jìn)一步包括使用這些輸出控制該形態(tài)修改流程步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，控制該形態(tài)修改流程步驟包括對(duì)該形態(tài)修改流程步驟中所使用的給料的供應(yīng)速率或狀況中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)進(jìn)行控制。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，控制該形態(tài)修改流程步驟包括對(duì)該形態(tài)修改裝置的操作進(jìn)行控制。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該輸出包括一個(gè)所預(yù)測(cè)的生產(chǎn)運(yùn)行事件，并且其特征在于，方法進(jìn)一步包括生成一個(gè)從屬感覺信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所 述的方法，其特征在于，該形態(tài)修改裝置包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng):一個(gè)顆粒沖壓?jiǎn)卧灰粋€(gè)擠壓機(jī)單元；一個(gè)擴(kuò)張器單元；一個(gè)截?cái)嗥鲉卧?；一個(gè)篩分單元；以及一個(gè)研磨單元。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從該流程的一部分中在該形態(tài)修改裝置之前的一個(gè)位置獲得該交互探針輻射信息。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該交互探針輻射信息用于該形態(tài)修改流程步驟的一種前饋控制中。
9.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，從電磁光譜的微波到X射線部分內(nèi)的輻射獲得該交互探針輻射信息。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，從電磁光譜的近紅外線部分內(nèi)的輻射獲得該交互探針輻射信息。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該交互探針輻射信息代表該探針輻射的按照其波長(zhǎng)的表達(dá)而標(biāo)引的強(qiáng)度變化。
12.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該多變量分析包括應(yīng)用于實(shí)施從以下各項(xiàng)組成的組中的一項(xiàng)或多項(xiàng)中選擇的方法的計(jì)算機(jī)算法中:多個(gè)導(dǎo)數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量；以及用于從該交互信息清除與該流程控制參數(shù)無(wú)關(guān)的效應(yīng)的乘法信號(hào)校正；流程控制設(shè)置或生產(chǎn)運(yùn)行事件。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該多變量分析包括應(yīng)用于實(shí)施從以下各項(xiàng)組成的組中的一項(xiàng)或多項(xiàng)中選擇的方法的計(jì)算機(jī)算法中:包括偏最小二乘法、主成分回歸法、多元線性回歸法、或嶺回歸法的線性建模算法；或者包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機(jī)以生成該預(yù)測(cè)模型的非線性建模算法。
14.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從聲譜的超聲部分內(nèi)的輻射獲得該交互探針輻射信息。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法包括一個(gè)將該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)可更新的電子數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的進(jìn)一步的步驟，并且其特征在于，所述生成該預(yù)測(cè)模型的步驟包括對(duì)所更新的所存儲(chǔ)的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行一次多變量分析。
16.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該生物材料基質(zhì)為一個(gè)從由以下各項(xiàng)組成的組中選擇的一個(gè)基本上生物的材料基質(zhì):一種食品基質(zhì)；一種動(dòng)物詞料基質(zhì)；一種寵物食品基質(zhì)；一種水廣詞料基質(zhì)；一種生物質(zhì)基質(zhì)；以及任何以上基質(zhì)的中間廣物或成分 。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK104081296SQ201280068494
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2012年2月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月2日
【發(fā)明者】波·布克曼, 波爾·格雷格森 申請(qǐng)人:福斯分析股份公司