數(shù)據(jù)驅(qū)動的卷煙制絲過程制葉絲段在線監(jiān)測和故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及卷煙制絲過程制葉絲段在線監(jiān)測和故障診斷，尤其涉及Sirox增溫增 濕和KLD薄板烘絲設備的在線監(jiān)測和故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煙草是國家的重要經(jīng)濟力量和稅收來源，我國煙草稅收占政府財政收入的8%~ 10%。由于煙草行業(yè)全球化、新的法律法規(guī)以及外部環(huán)境的重大變化，卷煙工業(yè)企業(yè)面臨愈 來愈嚴峻的競爭壓力和社會壓力，逐步提升卷煙產(chǎn)品質(zhì)量控制和設備預知性維修水平，是 實現(xiàn)卷煙工業(yè)企業(yè)"設備狀態(tài)可控及高效運行"目標的有效途徑和必然趨勢。
[0003] 卷煙生產(chǎn)過程屬于典型的流程制造批次過程，根據(jù)生產(chǎn)計劃所預定的產(chǎn)品牌號和 批次號進行煙絲和煙支的生產(chǎn)。卷煙生產(chǎn)包含制絲和卷包兩大主要過程，其中制絲過程根 據(jù)煙葉原料的特性，依次經(jīng)過煙片預處理、制葉絲、摻配加香等工藝流程，將片煙制成合格 煙絲的過程。
[0004] 目前，針對卷煙制絲過程在線監(jiān)測和故障診斷的研宄主要以連續(xù)過程單變量統(tǒng)計 過程控制方法為基礎(chǔ)，面向生產(chǎn)過程監(jiān)控需求，利用彩虹圖和過程能力指數(shù)對處于高溫高 濕條件的制絲過程關(guān)鍵工序進行分析和診斷。文獻"Mishra B, Dangayach G S. Performance improvement through statistical process control:a longitudinal study[J]. International Journal of Globalisation and Small Business,2009, 3(I):55-72. "介 紹了統(tǒng)計過程控制方法在尼泊爾卷煙廠的應用實施，有效提高了設備的過程能力指數(shù)。為 了提高制絲質(zhì)量監(jiān)控精度，上海卷煙廠（張敏，童億剛，戴志淵，等.SPC技術(shù)在制絲質(zhì)量 管理中的初步應用[J].煙草科技，2004,（9):10-11.)首次嘗試應用統(tǒng)計過程控制技術(shù)， 建立了一套過程加工能力評價系統(tǒng)，解決了實際過程能力指數(shù)偏低的問題。為了推動企業(yè) 精細化制造，長沙卷煙廠（黃勝，李建輝，張永川.長沙卷煙廠SPC系統(tǒng)的應用實踐[J]. 中國煙草學報，2008, 14 (SI) : 14-17.)提出了卷煙企業(yè)應用統(tǒng)計過程控制的原則，并介紹 了統(tǒng)計過程控制系統(tǒng)在制絲過程的應用情況及成效。為了確保制絲過程工藝參數(shù)的穩(wěn)定， 山西昆明煙草有限公司（李文泉，趙文田，李文斌.統(tǒng)計過程控制技術(shù)SPC在煙草制絲生 產(chǎn)中的應用[J].機械工程與自動化，2009,（5):116-118.)應用統(tǒng)計過程控制技術(shù)建立了 制絲質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，保證了煙絲質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。為了提高企業(yè)質(zhì)量管理水平，郴 州卷煙廠（羅江，劉強斌.SPC系統(tǒng)在卷煙工業(yè)企業(yè)質(zhì)量管理中的應用實踐[J].產(chǎn)業(yè)經(jīng) 濟，2011，（3) :67-72.)從應用流程、主要功能、數(shù)據(jù)有效性等方法對統(tǒng)計過程控制系統(tǒng)進 行了詳細設計，利用彩虹圖和過程能力指數(shù)對制絲過程進行監(jiān)控和分析。為了保證卷煙同 質(zhì)化生產(chǎn)和持續(xù)提升產(chǎn)品質(zhì)量，南昌卷煙廠（李鐵軍，楊得強，李強.SPC系統(tǒng)在卷煙制絲 工藝質(zhì)量控制的應用[J].中國質(zhì)量，2013,（4):87-88.)構(gòu)建了集數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、過 程分析、異常處理、質(zhì)量考評等于一體的統(tǒng)計過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)制絲過程關(guān)鍵工序和重點 參數(shù)的監(jiān)測和診斷。針對卷煙生產(chǎn)企業(yè)加工過程缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量過程水平參數(shù)評價系統(tǒng)的 問題，基于統(tǒng)計過程控制技術(shù)，青島卷煙廠（朱敏，王培琛，張學禮，等.基于統(tǒng)計過程控 制的卷煙品控系統(tǒng)[J].PLC&FA，2014,（3):58-62.)提出了從車間現(xiàn)場實時質(zhì)量控制、質(zhì)量 部門數(shù)據(jù)分析到企業(yè)質(zhì)量決策的三層生產(chǎn)過程質(zhì)量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了制絲和卷包全過程質(zhì) 量管理。為了實現(xiàn)卷煙生產(chǎn)過程的全過程監(jiān)控和追溯，杭州卷煙廠（錢杰，徐進，季琦， 等.制造執(zhí)行系統(tǒng)在煙草企業(yè)中的應用[J].機械制造與自動化，2014, 43(2) :147-149.) 建立了制造執(zhí)行系統(tǒng)，通過對制絲管控系統(tǒng)、卷包數(shù)字化管理系統(tǒng)和質(zhì)量檢測分析系統(tǒng)數(shù) 據(jù)的有效集成和分析，采用彩虹圖和過程能力指數(shù)對制絲過程進行監(jiān)控和分析。此外，文獻 "紀盛強，程晶晶，李郡.基于SPC和神經(jīng)網(wǎng)絡的卷煙制絲生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控方法研宄[J].工 業(yè)控制計算機，2011，24(12) :65-68. "針對卷煙制絲過程現(xiàn)有統(tǒng)計過程控制系統(tǒng)監(jiān)控方法 存在的問題，提出適合在線監(jiān)控的移動窗口式控制圖，并分別建立了用于控制圖模式識別 和質(zhì)量缺陷原因診斷的兩個BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，有效提高了控制圖的識別效率、增加了質(zhì)量 監(jiān)控的有效性。
[0005] 卷煙制絲過程已積累的海量運行數(shù)據(jù)尚未充分利用，普遍存在"數(shù)據(jù)豐富、信息缺 乏"的問題，上述研宄更多的是關(guān)注某一牌號同一批次內(nèi)的過程特性變化，僅僅局限于單一 時間軸的研宄，沒有考慮卷煙制絲過程屬于連續(xù)制造批次過程的本質(zhì)特性，缺乏對批次軸 上動態(tài)信息的有效分析，不能準確揭示不同產(chǎn)品牌號以及不同生產(chǎn)批次間各種過程變量的 動態(tài)性，無法監(jiān)測和診斷過程變量之間的復雜關(guān)聯(lián)關(guān)系變化，使得單變量統(tǒng)計過程控制方 法監(jiān)測和診斷結(jié)果的可靠性和準確性有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的卷煙制絲過程制葉絲段在線監(jiān) 測和故障診斷方法，該方法將面向批次過程的三維數(shù)據(jù)分析方法引入卷煙制絲過程制葉絲 段在線監(jiān)測和故障診斷中，通過T 2、SPE兩個多元統(tǒng)計量在線監(jiān)測故障，通過貢獻圖方法確 定引起故障的主要過程變量，較好地解決了多批次、慢時變、操作時間不確定以及產(chǎn)品多樣 性導致的監(jiān)測和診斷結(jié)果可靠性、準確性不高的問題。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的卷煙制絲過程制葉絲段在線監(jiān)測和故障診斷方法，包括步驟：
[0009] (1)獲得不同產(chǎn)品牌號不同生產(chǎn)批次的過程運行數(shù)據(jù)，設針對某一產(chǎn)品牌號的葉 絲，具有I個生產(chǎn)批次、J個測量變量和K個采樣點，得到的數(shù)據(jù)可以表述為一個三維矩陣；
[0010] (2)三維矩陣按照屬性展開的方式得到二維數(shù)據(jù)矩陣，對二維數(shù)據(jù)矩陣進行均值 中心化和方差歸一化處理，獲得監(jiān)測模型建模數(shù)據(jù)X(IKXJ);
[0011] (3)對不同產(chǎn)品牌號的建模數(shù)據(jù)X(IKXJ)進行PCA分解，建立多模型結(jié)構(gòu)的PCA 監(jiān)測模型；計算對應不同產(chǎn)品牌號監(jiān)測模型的T2、SPE離線統(tǒng)計量，根據(jù)相同產(chǎn)品牌號不同 生產(chǎn)批次的T 2值服從F分布、SPE值服從X 2分布，確定一定置信度下每個監(jiān)測模型的T2和 SPE控制限；
[0012] (4)在線監(jiān)測時，根據(jù)當前葉絲產(chǎn)品牌號調(diào)用對應的PCA監(jiān)測模型，根據(jù)采集的過 程數(shù)據(jù)X MW(1 XJ)在線實時計算T2、SPE統(tǒng)計量指標，其中T2統(tǒng)計量指標刻畫了每個主成分 在變化趨勢和幅值上偏離模型的程度，SPE統(tǒng)計量指標刻畫了輸入變量的測量值對主元模 型的的偏離程度；實時比較兩個統(tǒng)計量指標與其各自的控制限；如果這兩個統(tǒng)計量指標都 位于控制限之內(nèi)，表明過程運行正常；如果至少其中一個統(tǒng)計量指標將超出控