CN100403301C - 一种排胶工艺控制知识库的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述排胶工艺控制知识库的应用方法，是基于混炼数学模型知识构建的，以实现抑制和补偿在原料、环境和人为等因素所造成的质量波动、优化炼胶过程、以及提供生产监测与决策支持。通过人机接口界面与推理机、异常库、中间数据库、样本库、一般知识库和消息库连接并与用户建立通讯接口的知识库系统。应用知识库系统，根据接收到的影响门尼粘度指标的各变量建立分析模型，以实现在线预报和控制混炼胶门尼粘度的后台控制；对应于影响门尼粘度指标的变量，动态地建立混炼分析模型的过程包括跟踪排胶建模和补偿排胶建模两部分。

Description

一种排胶工艺控制知识库的应用方法

技术领域

本发明涉及一种面向橡胶混炼生产过程中的排胶工艺控制系统和方法，具体地是实现在线预报和控制混炼胶门尼粘度的后台工艺模型知识库系统。

背景技术

目前各种汽车的销售量大幅增长，对于汽车用轮胎的使用寿命和质量也就提出了更高的技术要求，而炼胶生产的关键因素是如何提高工艺流程来有效控制炼胶生产过程中的排胶动作。

现有轮胎制造过程中采用的密炼技术，虽可基本满足低标准的炼胶生产需求。但现有技术标准的提高，所要求的混炼生产具有相当的复杂性，而至今现有技术中尚未建立起完整的混炼工艺控制系统。

采用智能密炼技术需要提供有能够收集、分析所有生产过程变量的后台模型库和知识库的支持，以实现有效地控制生产工艺优化。现有排胶控制环节，整个混炼过程中的工艺流程制订和参数设定起到决定性的作用，工艺优化和分析结果会直接影响到对于混炼胶门尼粘度指标的控制，因而是保证炼胶排胶成功与否的关键。目前国内在混炼生产过程中建模控制以理论为主并辅以少量的、小规模的实验室数据，来确定有关模型参数，由于实际混炼过程的变量具有相当的复杂性，包括有原材料、环境工况、机械设备和人为因素等，难以实现现场工艺的有针对性、准确的控制和调节。

发明内容

本发明所述的排胶工艺控制知识库的应用方法，可解决上述问题和不足而提供一种基于混炼数学模型知识构建的，是工艺控制系统的核心内容。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种排胶工艺控制知识库的应用方法，其中：应用于密炼生产过程，该知识库通过人机接口界面与推理机、异常库、中间数据库、样本库、一般知识库和消息库连接并与用户建立通讯接口；

应用知识库系统，根据接收到的影响门尼粘度指标的各变量建立分析模型，以实现在线预报和控制混炼胶门尼粘度的后台控制；

对应于影响门尼粘度指标的变量，动态地建立分析模型的过程包括跟踪排胶建模和补偿排胶建模两部分；其中，

所述的跟踪排胶建模的流程是，

利用PLS算法，建立门尼粘度值与混炼过程数据之间的回归模型；

输入参数，选择建模用门尼粘度值数据Y，混炼过程数据X；

输出参数，形成为PLS模型、并存储到第2模型库中；

所述的补偿排胶建模的流程是，

输入参数，选择温度排胶下的一个数据组；

输出参数，形成为补偿排胶模型，包括有反映功率和门尼变量关系的回归方程、温度限制域、功率限制域和能量限制域一同存储在第1模型库中；

所述补偿排胶建模的计算过程是，

第一步，引用数据预处理和预报值实时计算流程，输入并确定门尼设定均值Mset；

确定配方号、建模数据组，确定样本门尼均值并取整操作，然后输出最大值和最小值参考值；

第二步，引用回归迭代算法；

初始化变量数据，得出相关参数矩阵：输入各变量计算得出最小值、检验值；计算出最大值；求回归方程；以最大偏差大于3倍标准差作为动作点的有效值，并建立模型数据库；即变量参数[X_m ^min，X_m ^max，X_m ^set]；

第三步，输入实时数据和模型数据，以判断是否达到排胶条件；

首先，确定主控制变量，单选时间T为主控制变量；

其次，确定辅控制变量，组合选择功率P、能量E为辅控制变量；

再次，确定上述控制变量与质量指标的相关性；即临近排胶点处，门尼随着温度上升而下降，随着功率的下降而降低，能量增加而降低；

最后，根据上述补偿排胶控制逻辑判断是否进行排胶阶段；即包括以下阶段，

①、T_min＜T_t＜T_set时，判断是否P_t＜P_min，若否，则重复①阶段流程；

若P_t＜P_min成立，则继续判断是否E_t＞E_max，若否，则重复①阶段流程；

若T_min＜T_t＜T_set，P_t＜P_min，E_t＞E_max均成立，则说明胶料已软，可以排胶了；

②、当T_set＜T_t＜T_max时，判断是否P_t＞P_max，若否，则可以排胶；

若P_t＞P_max成立，则继续判断是否E_t＜E_min，若否，则可以排胶；

若T_set＜T_t＜T_max，P_t＞P_max，E_t＜E_min均成立，则说明胶料还硬，不能排胶，需重复②阶段流程；

③、当T_t＞T_max成立时，则排胶；否则，就重复①阶段流程。

所述的知识库根据密炼生产过程的运行监测，通过影响门尼粘度指标各变量建立的分析模型，以橡胶高分子理论为出发点，以现场生产经验为辅，来模拟已优化的炼胶生产工况来实现现场工艺控制。

所述知识库的目标定位是起到抑制和补偿在原料、环境和人为等因素所造成的质量波动、优化炼胶过程、以及提供生产监测与决策支持。

混炼数学模型的构建包括有跟踪排胶建模和补偿排胶建模两部分。

本发明所述的排胶工艺控制知识库，包括有事件库、规则库和矛盾结果库，而事件库是由原因库、结果库和中间结果库共同构成，用来存放所有定义内容。

知识库系统模块，包括了与专家数据库系统相关的所有数据库的操作和格式检查。其访问权限分为三级，分别为operater，administrator和super。

在使用知识库时，存在有以下逻辑关系：

与规则库中存有的原因和结果相对应的是，在事件库中有相应的记录；

在事件库中，原因库、中间结果库和结果库中的内容要求是互斥的。即如果一个异常事件在其中一个库中有记录，那么在另外两个库中不能有对这个事件的记录；

与矛盾结果库中的结果名称相对应的是，应该在结果库或中间结果库中有相应的记录；

上述逻辑关系不被破坏是保证数据库正常使用的前提。本发明所述的排胶工艺控制知识库，其采用触发器的方式保证数据库的逻辑关系不被破坏。即在SQL Server中设立一个触发器，在触发器上存储了上述逻辑关系。

该触发器随时监视数据库中各子库的变化情况，当某个子库被修改后，触发器就会根据所存的逻辑关系对整个数据库进行检查，如果这个修改动作影响了子库之间的逻辑关系，触发器会自动更改其他子库的相应字段以满足逻辑要求或给出禁止修改的信息，并阻止修改动作的完成。

附图说明

图1是以知识库为核心的数据库结构示意图；

图2是跟踪排胶建模PLS计算流程示意图；

图3是跟踪排胶建模流程示意图；

图4是补偿排胶建模流程示意图；

图5是补偿排胶建模计算过程示意图。

具体实施方式

本发明所述的排胶工艺控制知识库及其应用方法，以知识库为核心的专家数据库包括有：知识库、推理机、异常库、中间数据库、样本库、一般知识库和消息库，通过人机接口界面将上述子库连接并与外部用户建立通讯接口。专家系统数据库用于存储进行橡胶密炼生产过程中所需的各类知识和相关信息。

其中：

中间数据库平时为空，只是在利用数据库进行推导时，由推理机先将知识库中需要进行推导的规则和相关参数调入到中间数据库中。并由推理机对中间数据库进行操作，每次推导结束后都要清空中间数据库。

推理机不直接和知识库进行数据交换。

样本库，存放每次正确推导中产生的相关信息。样本库的作用是收集在线模块运行过程中的所有有用信息。

异常库，存放所有发生的异常信息，包括从系统其他模块传来的异常消息，推导过程中用户确定的原因和推导结果等。

消息库，存放了整个数据库系统所提供的各种类型信息。

知识库包括有事件库、规则库和矛盾结果库，而事件库是由原因库、结果库和中间结果库共同构成，用来存放所有定义内容。

知识库系统模块，包括了与专家数据库系统相关的所有数据库的操作和格式检查。其访问权限分为三级，分别为operater，administrator和super。其中operater权限只面对普通操作人员，是最低权限，只能进行一般知识录入；administrator权限面对有丰富现场知识的工程师，可以进行“添加混炼知识”；super为最高权限，对象为专家系统的设计和维护人员，可以对数据库进行直接的增删、修改。

其中，

规则库存放异常事件之间的因果关系；

事件库存放推理所有可能用到的异常事件和对这些事件的属性描述。

矛盾结果库存放不同结果在逻辑上是否矛盾，避免推导后出现相互矛盾的结果。

在使用知识库时，存在有以下逻辑关系：

与规则库中存有的原因和结果相对应的是，在事件库中有相应的记录；

在事件库中，原因库、中间结果库和结果库中的内容要求是互斥的。即如果一个异常事件在其中一个库中有记录，那么在另外两个库中不能有对这个事件的记录；

与矛盾结果库中的结果名称相对应的是，应该在结果库或中间结果库中有相应的记录；

上述逻辑关系不被破坏是保证数据库正常使用的前提。本发明所述的排胶工艺控制知识库，其采用触发器的方式保证数据库的逻辑关系不被破坏。即在SQL Server中设立一个触发器，在触发器上存储了上述逻辑关系。

该触发器随时监视数据库中各子库的变化情况，当某个子库被修改后，触发器就会根据所存的逻辑关系对整个数据库进行检查，如果这个修改动作影响了子库之间的逻辑关系，触发器会自动更改其他子库的相应字段以满足逻辑要求或给出禁止修改的信息，并阻止修改动作的完成。

如图2-图3所示，跟踪排胶建模流程如下：

利用PLS算法，建立门尼粘度值与混炼过程数据之间的回归模型；

输入参数，选择建模用门尼粘度值数据Y，混炼过程数据X；

输出参数，形成为PLS模型、并存储到第2模型库中。

如图4-图5所示，补偿排胶建模流程和计算过程如下：

输入参数，选择温度排胶下的一个数据组；

输出参数，形成为补偿排胶模型。包括有：回归方程(功率-门尼)、温度限制域、功率限制域、能量限制域，并和其他相关信息一同存储在第1模型库中。

补偿排胶建模计算过程是：

第一步，引用数据预处理和预报值实时计算流程，输入并确定门尼设定均值Mset；

确定配方号、建模数据组，确定样本门尼均值并取整操作，然后输出最大值和最小值参考值；

第二步，引用回归迭代算法；

初始化变量数据；得出相关参数矩阵；输入各变量计算得出最小值、检验值；计算出最大值；求回归方程及相应的量；以最大偏差大于3倍标准差做为动作点的有效值，并建立模型数据库。即变量参数[X_m ^min，X_m ^max，X_m ^set]。

第三步，输入实时数据和模型数据，以判断是否达到排胶条件；

首先，确定主控制变量，单选时间T为主控制变量；

其次，确定辅控制变量，组合选择功率P、能量E为辅控制变量；

再次，确定上述控制变量与质量指标的相关性；即临近排胶点处，门尼随着温度上升而下降，随着功率的下降而降低，能量增加而降低。

最后，根据上述补偿排胶控制逻辑判断是否进行排胶阶段。也应就是：

①、T_min＜T_t＜T_set时，判断是否P_t＜P_min，若否，则重复①阶段流程；

若P_t＜P_min成立，则继续判断是否E_t＞E_max，若否，则重复重复

①阶段流程；

若T_min＜T_t＜T_set，P_t＜P_min，E_t＞E_max均成立，则说明胶料已软，

可以排胶了，不必等到T_min时刻；

②、当T_set＜T_t＜T_max时，判断是否P_t＞P_max，若否，则可以排胶；

若P_t＞P_max成立，则继续判断是否E_t＜E_min，若否，则可以排胶；

若T_set＜T_t＜T_max，P_t＞P_max，E_t＜E_mm均成立，则说明胶料还硬，

不能排胶，需重复②阶段流程；

③、当T_t＞T_max成立时，则排胶；否则，就重复①阶段流程

Claims (1)

1.一种排胶工艺控制知识库的应用方法，其特征在于：应用于密炼生产过程，该知识库通过人机接口界面与推理机、异常库、中间数据库、样本库、一般知识库和消息库连接并与用户建立通讯接口；

应用知识库系统，根据接收到的影响门尼粘度指标的各变量建立分析模型，以实现在线预报和控制混炼胶门尼粘度的后台控制；

对应于影响门尼粘度指标的变量，动态地建立分析模型的过程包括跟踪排胶建模和补偿排胶建模两部分；其中，

所述的跟踪排胶建模的流程是，

利用PLS算法，建立门尼粘度值与混炼过程数据之间的回归模型；

输入参数，选择建模用门尼粘度值数据Y，混炼过程数据X；

输出参数，形成为PLS模型、并存储到第2模型库中；

所述的补偿排胶建模的流程是，

输入参数，选择温度排胶下的一个数据组；

输出参数，形成为补偿排胶模型，包括有反映功率和门尼变量关系的回归方程、温度限制域、功率限制域和能量限制域一同存储在第1模型库中；

所述补偿排胶建模的计算过程是，

第一步，引用数据预处理和预报值实时计算流程，输入并确定门尼设定均值Mset；

确定配方号、建模数据组，确定样本门尼均值并取整操作，然后输出最大值和最小值参考值；

第二步，引用回归迭代算法；

初始化变量数据，得出相关参数矩阵：输入各变量计算得出最小值、检验值；计算出最大值；求回归方程；以最大偏差大于3倍标准差作为动作点的有效值，并建立模型数据库；即变量参数[X_m ^min，X_m ^max，X_m ^set]；

第三步，输入实时数据和模型数据，以判断是否达到排胶条件；

首先，确定主控制变量，单选时间T为主控制变量；

其次，确定辅控制变量，组合选择功率P、能量E为辅控制变量；

再次，确定上述控制变量与质量指标的相关性；即临近排胶点处，门尼随着温度上升而下降，随着功率的下降而降低，能量增加而降低；

最后，根据上述补偿排胶控制逻辑判断是否进行排胶阶段；即包括以下阶段，

①、T_min＜T_t＜T_set时，判断是否P_t＜P_min，若否，则重复①阶段流程；

若P_t＜P_min成立，则继续判断是否E_t＞E_max，若否，则重复①阶段流程；

若T_min＜T_t＜T_set，P_t＜P_min，E_t＞E_max均成立，则说明胶料已软，可以排胶了；

②、当T_set＜T_t＜T_max时，判断是否P_t＞p_max，若否，则可以排胶；

若P_t＞P_max成立，则继续判断是否E_t＜E_min，若否，则可以排胶；

若T_set＜T_t＜T_max，P_t＞P_max，E_t＜E_min均成立，则说明胶料还硬，不能排胶，需重复②阶段流程；

③、当T_t＞T_max成立时，则排胶；否则，就重复①阶段流程。

Images