一種熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法，輔助熱連軋工藝設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)新的活動(dòng)。包括以下步驟：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)相關(guān)性分析等；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)聚類(lèi)處理，并對(duì)得到的數(shù)據(jù)集進(jìn)行回歸分析，得到相關(guān)的回歸函數(shù)；最后利用得到的知識(shí)知道熱連軋產(chǎn)品的創(chuàng)新，預(yù)測(cè)熱連軋生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)大量熱連軋工藝各個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘出熱連軋工藝產(chǎn)品數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)以及熱連軋產(chǎn)品知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了熱連軋產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化，有效地提高了熱連軋產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本且避免了資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)熱連軋高效率高質(zhì)量的生產(chǎn)，具有可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵冶金行業(yè)熱連軋控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱連軋生產(chǎn)技術(shù)是鋼鐵領(lǐng)域生產(chǎn)鋼材的一種最常用的方式，它廣泛采用薄板坯連鑄連軋技術(shù)，從煉鋼，連鑄經(jīng)均熱后坯料直接進(jìn)入軋線(xiàn)，具有短流程、能耗低、生產(chǎn)效率高的工藝特點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行熱連軋新型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，為了達(dá)到新產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員往往要在生產(chǎn)車(chē)間采用已有的原材料，對(duì)生產(chǎn)流程加工方式進(jìn)行多次調(diào)整來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，以找到最符合要求的原材料和加工方式。但是這種熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)方式不僅大量浪費(fèi)了生產(chǎn)的資源，消耗了設(shè)計(jì)人員大量的精力，不滿(mǎn)足熱連軋新產(chǎn)品能量消耗低，高效率且成本低的特點(diǎn)，而且沒(méi)有充分利用前人在以往生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和累積的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，造成了這些寶貴資源的極大浪費(fèi)。
[0003]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前基本上所有的熱軋帶鋼廠(chǎng)都實(shí)現(xiàn)了電子化信息化管理，熱連軋生產(chǎn)流程中各個(gè)中間過(guò)程的數(shù)據(jù)都可以收集起來(lái)?，F(xiàn)有的熱連軋新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方式無(wú)法充分利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行指導(dǎo)生產(chǎn)，且對(duì)設(shè)計(jì)人員的依賴(lài)性較大，具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是對(duì)熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)提出一種預(yù)測(cè)方法，提供一種從產(chǎn)品數(shù)據(jù)中挖掘知識(shí)的方式，并指導(dǎo)熱連軋生產(chǎn)人員進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下:
[0006]步驟一:收集屬性數(shù)據(jù)，形成案例數(shù)據(jù)庫(kù)；其中，案例數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)案例包括熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)的化學(xué)元素成分和含量、工藝參數(shù)和產(chǎn)品的力學(xué)性能；
[0007]步驟二:基于化學(xué)元素含量對(duì)案例庫(kù)中的案例進(jìn)行聚類(lèi)，獲得簇Ai ;基于力學(xué)性能對(duì)案例庫(kù)中的案例進(jìn)行聚類(lèi)，獲得簇Bi ；
[0008]步驟三:以基于化學(xué)元素含量形成的簇Ai為行，以力學(xué)性能形成的簇為列，構(gòu)建矩陣，矩陣的交點(diǎn)為所在行的簇與所在列的簇的交集；
[0009]步驟四:對(duì)矩陣中不為空的的交點(diǎn)中的案例，基于所有化學(xué)元素含量和力學(xué)性能對(duì)每個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，得到每個(gè)工藝參數(shù)與所有化學(xué)元素含量和力學(xué)性能的相關(guān)性系數(shù)的大小，若存在工藝參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)不小于設(shè)定值，計(jì)算相關(guān)性系數(shù)最大的工藝參數(shù)的回歸函數(shù)；
[0010]之后對(duì)沒(méi)有得到回歸函數(shù)的工藝參數(shù)基于化學(xué)元素含量和力學(xué)性能以及已有回歸函數(shù)的工藝參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，在剩余工藝參數(shù)中找到相關(guān)性系數(shù)最大的工藝參數(shù)，得到它的回歸函數(shù)，并重復(fù)這一過(guò)程直到得到所有工藝參數(shù)的回歸函數(shù)；
[0011]步驟五:按照目標(biāo)產(chǎn)品的力學(xué)性能在案例庫(kù)中與已有案例中進(jìn)行匹配，若匹配成功，則直接給出匹配案例相應(yīng)的化學(xué)元素含量和工藝參數(shù)；若匹配不成功，利用步驟四中的矩陣來(lái)確定化學(xué)元素含量和工藝參數(shù)，具體包括以下步驟:
[0012]5.1先將目標(biāo)案例的力學(xué)性能分配到基于力學(xué)性能的簇Bi中，找到該簇Bi所在列中不為空的交點(diǎn)，則與每一個(gè)交點(diǎn)中化學(xué)元素含量相應(yīng)的原材料經(jīng)過(guò)一定加工方式的熱連軋工藝可得到目標(biāo)產(chǎn)品的力學(xué)性能要求；
[0013]5.2利用步驟四得到的矩陣的回歸函數(shù)分別對(duì)每一種原材料的化學(xué)元素含量計(jì)算相應(yīng)的工藝參數(shù)，選擇得到熱連軋目標(biāo)產(chǎn)品的原材料和加工方式的工藝參數(shù)。
[0014]優(yōu)選地，步驟一和步驟二之間還包括分析數(shù)據(jù)步驟，從數(shù)據(jù)中得到熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)的特點(diǎn)，可知不同的原材料經(jīng)過(guò)一定的工藝參數(shù)的加工工藝方式，能得到相同的力學(xué)性能，同時(shí)，相同的原材料經(jīng)過(guò)不同的工藝參數(shù)的工藝方式可以得到不同的力學(xué)性能；同時(shí)也可知工藝參數(shù)不僅與原材料的化學(xué)元素和產(chǎn)品的力學(xué)性能有關(guān)，同時(shí)也與某些其他的工藝參數(shù)有關(guān)。
[0015]優(yōu)選地，步驟一還包括對(duì)案例數(shù)據(jù)庫(kù)中的案例的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。
[0016]優(yōu)選地，所述預(yù)處理包括標(biāo)準(zhǔn)化、缺失值處理和去噪.[0017]優(yōu)選地，步驟二中對(duì)案例數(shù)據(jù)庫(kù)中的案例進(jìn)行聚類(lèi)前還包括將各案例中的化學(xué)元素含量按照化學(xué)元素的含量與力學(xué)性能的相關(guān)性大小進(jìn)行加權(quán)處理。
[0018]優(yōu)選地，在步驟四中:若交點(diǎn)中案例所有的工藝參數(shù)與所有化學(xué)元素含量和力學(xué)性能的相關(guān)性系數(shù)都小于設(shè)定值，且交點(diǎn)中的案例個(gè)數(shù)不小于某個(gè)數(shù)，則對(duì)原矩陣進(jìn)行嵌套，以該交點(diǎn)的案例為總數(shù)據(jù)，重新按照化學(xué)元素含量和力學(xué)性能分別聚類(lèi)，構(gòu)建一個(gè)嵌套的矩陣，得到該嵌套的矩 陣的回歸函數(shù)。
[0019]優(yōu)選地，步驟5.2中分別對(duì)每一種可能的化學(xué)元素含量計(jì)算相應(yīng)的工藝參數(shù)，進(jìn)一步是對(duì)工廠(chǎng)已有的原材料的化學(xué)元素含量計(jì)算相應(yīng)的工藝參數(shù)；所述選擇進(jìn)一步為選擇最符合人員需要且成本最低的熱連軋新目標(biāo)產(chǎn)品的原材料和加工方式的工藝參數(shù)。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，首先充分地對(duì)已有的大量熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘出生產(chǎn)數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的熱連軋生產(chǎn)知識(shí)，幫助熱連軋產(chǎn)品知識(shí)的形成和儲(chǔ)存，形成熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法，輔助了熱連軋生產(chǎn)人員進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)了熱連軋產(chǎn)品創(chuàng)新過(guò)程的優(yōu)化，有效地降低了熱連軋工藝的生產(chǎn)成本且避免了資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)高效率高質(zhì)量的生產(chǎn)，具有可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明還可以推廣到其他行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的熱連軋產(chǎn)品總體數(shù)據(jù)伸長(zhǎng)率小提琴圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的熱連軋產(chǎn)品案例數(shù)據(jù)的全屬性散點(diǎn)圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的熱連軋產(chǎn)品知識(shí)矩陣構(gòu)建流程圖。
[0024]圖4位本發(fā)明的熱連軋產(chǎn)品知識(shí)矩陣示例圖。
[0025]圖5為本發(fā)明的生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步具體說(shuō)明。
[0027]第一，收集屬性數(shù)據(jù)，形成案例數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)案例中的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。將熱連軋生產(chǎn)工藝的各個(gè)過(guò)程產(chǎn)生屬性數(shù)據(jù)收集起，形成案例數(shù)據(jù)庫(kù)，為了提高數(shù)據(jù)的可靠性，可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行缺失值處理和數(shù)據(jù)去噪。案例數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)案例包括產(chǎn)品生產(chǎn)中收集的熱連軋生產(chǎn)工藝的各個(gè)過(guò)程中影響熱連軋生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵屬性，主要包括三大類(lèi)，化學(xué)元素含量、加工方式工藝參數(shù)和產(chǎn)品的力學(xué)性能，其中化學(xué)元素包括碳，硅，錳，磷，硫。工藝參數(shù)包括目標(biāo)厚度，目標(biāo)卷曲溫度，目標(biāo)終軋溫度，粗扎入口厚度，精軋入口溫度，精軋出口溫度和實(shí)際卷曲溫度。力學(xué)性能指標(biāo)包括抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。
[0028]第二，對(duì)案例的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行畫(huà)圖分析，觀(guān)察數(shù)據(jù)各個(gè)屬性的分布特點(diǎn)。
[0029]圖1為針對(duì)不同的鋼種，找出伸長(zhǎng)率的分布特點(diǎn)。從圖中可以看出，不同鋼種的伸長(zhǎng)率明顯具有不同的特點(diǎn)，他們分別具有自己的取值范圍，但是不同種類(lèi)的鋼種有時(shí)能夠達(dá)到相同的伸長(zhǎng)率。由此我們可以得知鋼種并不是區(qū)分原材料的標(biāo)準(zhǔn)，不同種類(lèi)的鋼種經(jīng)過(guò)一定的加工方式能夠得到相同的力學(xué)性能。
[0030]圖2為案例數(shù)據(jù)的全屬性散點(diǎn)圖可知，產(chǎn)品的力學(xué)性能與原材料的化學(xué)元素含量和加工方式的工藝參數(shù)具有很強(qiáng)的相關(guān)性，最終產(chǎn)品的質(zhì)量是由原材料和工藝參數(shù)決定的。同時(shí)不同的工藝參數(shù)之間有時(shí)也具有很強(qiáng)的相關(guān)性，由此可知。熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)不僅與化學(xué)元素含量和力學(xué)性能有關(guān)，且與某些其他的工藝參數(shù)有聯(lián)系。
[0031]因此對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行定性地預(yù)測(cè)時(shí)，需要綜合的對(duì)原材料的化學(xué)元素含量和加工方式工藝參數(shù)以及某些工藝參數(shù)進(jìn)行定性的分析，得到他們之間定性的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)熱連軋新產(chǎn)品工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)。
[0032]第三，分別根據(jù)案例中屬性數(shù)據(jù)的化學(xué)元素含量與力學(xué)性能對(duì)案例進(jìn)行聚類(lèi)，分別獲得基于化學(xué)元素含量形成的案例的簇Ai，以力學(xué)性能形成的案例的簇Bi。為了正確區(qū)分化學(xué)元素含量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，同時(shí)由于每一種化學(xué)元素含量對(duì)力學(xué)性能的貢獻(xiàn)值是不同的，可以按照他們之間的相關(guān)性大小對(duì)化學(xué)元素含量進(jìn)行加權(quán)處理，不同化學(xué)元素含量與力學(xué)性能的相關(guān)性大小如表1所示，因此在本例中將碳硅錳含量的權(quán)重增加到原始的四倍，以加大他們的對(duì)結(jié)果的影響，磷和硫的值不與原始相同。將原始案例基于加權(quán)的化學(xué)元素含量按照數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)處理，使化學(xué)元素含量相近的案例成一個(gè)簇。再對(duì)原始案例基于力學(xué)性能進(jìn)行聚類(lèi)處理，使力學(xué)性能類(lèi)似的案例成一個(gè)簇，將最終產(chǎn)品質(zhì)量相近的案例放在一起。
[0033]表1所示為化學(xué)元素與力學(xué)性能之間的相關(guān)性系數(shù)
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟: 步驟一:收集屬性數(shù)據(jù)，形成案例數(shù)據(jù)庫(kù)；其中，案例數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)案例包括熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)的化學(xué)元素成分和含量、工藝參數(shù)和產(chǎn)品的力學(xué)性能； 步驟二:基于化學(xué)元素含量對(duì)案例庫(kù)中的案例進(jìn)行聚類(lèi)，獲得簇Ai ;基于力學(xué)性能對(duì)案例庫(kù)中的案例進(jìn)行聚類(lèi)，獲得簇Bi ； 步驟三:以基于化學(xué)元素含量形成的簇Ai為行，以力學(xué)性能形成的簇為列，構(gòu)建矩陣，矩陣的交點(diǎn)為所在行的簇與所在列的簇的交集； 步驟四:對(duì)矩陣中不為空的的交點(diǎn)中的案例，基于所有化學(xué)元素含量和力學(xué)性能對(duì)每個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，得到每個(gè)工藝參數(shù)與所有化學(xué)元素含量和力學(xué)性能的相關(guān)性系數(shù)的大小，若存在工藝參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)不小于設(shè)定值，計(jì)算相關(guān)性系數(shù)最大的工藝參數(shù)的回歸函數(shù)； 之后對(duì)沒(méi)有得到回歸函數(shù)的工藝參數(shù)基于化學(xué)元素含量和力學(xué)性能以及已有回歸函數(shù)的工藝參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，在剩余工藝參數(shù)中找到相關(guān)性系數(shù)最大的工藝參數(shù)，得到它的回歸函數(shù)，并重復(fù)這一過(guò)程直到得到所有工藝參數(shù)的回歸函數(shù)； 步驟五:按照目標(biāo)產(chǎn)品的力學(xué)性能在案例庫(kù)中與已有案例中進(jìn)行匹配，若匹配成功，則直接給出匹配案例相應(yīng)的化學(xué)元素含量和工藝參數(shù)；若匹配不成功，利用步驟四中的矩陣來(lái)確定化學(xué)元素含量和工藝參數(shù)，具體包括以下步驟: 5.1先將目標(biāo)案例的力學(xué)性能分配到基于力學(xué)性能的簇Bi中，找到該簇Bi所在列中不為空的交點(diǎn)，則與每一個(gè)交點(diǎn)中化學(xué)元素含量相應(yīng)的原材料經(jīng)過(guò)一定加工方式的熱連軋工藝可得到目標(biāo)產(chǎn)品的力學(xué)性能要求； 5.2利用步驟四得到的矩陣的回歸函數(shù)分別對(duì)每一種原材料的化學(xué)元素含量計(jì)算相應(yīng)的工藝參數(shù)，選擇得到熱連軋目標(biāo)產(chǎn)品的原材料和加工方式的工藝參數(shù)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟一和步驟二之間進(jìn)一步包括分析數(shù)據(jù)步驟，從數(shù)據(jù)中得到熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)的特點(diǎn)，可知不同的原材料經(jīng)過(guò)一定的工藝參數(shù)的加工工藝方式，能得到相同的力學(xué)性能，同時(shí)，相同的原材料經(jīng)過(guò)不同的工藝參數(shù)的工藝方式可以得到不同的力學(xué)性能；同時(shí)也可知工藝參數(shù)不僅與原材料的化學(xué)元素和產(chǎn)品的力學(xué)性能有關(guān)，同時(shí)也與某些其他的工藝參數(shù)有關(guān)。
3.—種如權(quán)利要求1所述的熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟一還包括對(duì)案例數(shù)據(jù)庫(kù)中的案例的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。
4.一種如權(quán)利要求3所述的熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述預(yù)處理包括標(biāo)準(zhǔn)化、缺失值處理和去噪。
5.一種如權(quán)利要求1所述的熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟二中對(duì)案例數(shù)據(jù)庫(kù)中的案例進(jìn)行聚類(lèi)前還包括將各案例中的化學(xué)元素含量按照化學(xué)元素的含量與力學(xué)性能的相關(guān)性大小進(jìn)行加權(quán)處理。
6.一種如權(quán)利要求1所述的熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟四中:若交點(diǎn)中案例所有的工藝參數(shù)與所有化學(xué)元素含量和力學(xué)性能的相關(guān)性系數(shù)都小于設(shè)定值，且交點(diǎn)中的案例個(gè)數(shù)不小于某個(gè)數(shù)，則對(duì)原矩陣進(jìn)行嵌套，以該交點(diǎn)的案例為總數(shù)據(jù)，重新按照化學(xué)元素含量和力學(xué)性能分別聚類(lèi)，構(gòu)建一個(gè)嵌套的矩陣，得到該嵌套的矩陣的回歸函數(shù)。
7.—種如權(quán)利要求1所述的熱連軋產(chǎn)品生產(chǎn)流程的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟5.2中分別對(duì)每一種可能的化學(xué)元素含量計(jì)算相應(yīng)的工藝參數(shù)，進(jìn)一步是對(duì)工廠(chǎng)已有的原材料的化學(xué)元素含量計(jì)算相應(yīng)的工藝參數(shù)；所述選擇進(jìn)一步為選擇最符合人員需要且成本最低的熱連軋新 目標(biāo)產(chǎn)品的原材料和加工方式的工藝參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103632014SQ201310697911
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】謝永紅, 劉珂, 高羽, 張德政, 阿孜古麗·吾拉木, 李莉 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)