CN104933529B - 废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统及分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统及分析方法，自动计量装置采集生产过程中的废弃烟丝总量，并将数据存储在存储模块中；数据采集装置采集生产过程中各种运行数据，并将数据存储在存储模块中；分析模块提取能源管理系统数据库中存储的生产过程中的运行数据作为匹配串数据集，提取存储模块实时采集的生产过程中的运行数据作为模式串数据集；利用相似度模糊匹配方法在匹配串数据集中选取与模式串数据集匹配度最大的数据作为卷烟单箱能耗的分析预测值。本发明不但能实时监测废弃烟丝量，发现生产过程中的故障，还能预测废弃烟丝量与单箱能耗数据的关系，为优化制丝生产工艺提供依据，最终实现降低原料损耗和能源节约的目标。

Description

废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统及分析方法
技术领域
本发明涉及卷烟单箱能耗分析技术领域，尤其涉及废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统及分析方法。
背景技术
由于现代化卷烟企业生产设备精良，自动化、信息化程度高，使得节能空间越来越小。但在制丝生产工艺过程中，废弃烟丝的产生在所难免，与此同时带来的是物料的损耗和物料附加能量的流失。废弃烟丝主要指在制丝工艺生产过程中产生的落料以及残次等无法进入正常卷烟生产工艺的烟丝，废弃的烟丝导致生产此烟丝的过程中所消耗的能源被浪费。目前，还没有一种实时在线分析废弃烟丝产量对卷烟单位产品能耗影响的分析系统和分析方法。因此监测单位时间内废弃烟丝量，并结合生产运行历史监测数据预测卷烟产品单箱能耗，成为在制丝生产工艺过程中减少废弃烟丝产量的数据依据，并可根据预测结果优化制丝设备和制丝操作方法，是降低卷烟产品单箱能耗的有效途径。
发明内容
本发明的目的是提供废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统及分析方法，能够实时在线分析废弃烟丝对卷烟单位产品能耗的影响，为优化制丝生产工艺提供依据，最终实现降低原料损耗和节约能源的目标。
本发明采用的技术方案为：
一种废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统，包括自动计量装置、数据采集装置、存储模块和分析模块；
自动计量装置安装在废弃烟丝回收装置上，用于检测废弃烟丝量，自动计量装置与存储模块连接；
数据采集装置用于采集生产过程中制丝线运行时间制丝生产线的生产运行参数数据，数据采集装置与存储模块连接；
存储模块用于存储自动计量装置和数据采集装置采集到的数据，存储模块与分析模块连接；
分析模块用于连接能源管理系统数据库，提取能源管理系统数据库中存储的历史数据中生产卷烟产品所产生的单位时间废弃烟丝量、制丝生产线的生产运行参数和卷烟单箱能耗指标数据作为匹配串数据集；根据存储模块中存储的自动计量装置采集到的废弃烟丝总量和数据采集装置采集到的制丝线运行时间，计算生产过程中的单位时间废弃烟丝量，并将计算得到的单位时间废弃烟丝量以及数据采集装置采集到的制丝生产线的生产运行参数数据作为模式串数据集；利用相似度模糊匹配方法在匹配串数据集中选取与模式串数据集匹配度最大的数据，作为卷烟单箱能耗的分析预测值。
所述的分析模块利用相似度模糊匹配方法进行分析的具体步骤为：
其次，将矩阵M中的元素与矩阵P1中的元素做相似性匹配，将矩阵M中的元素am+1与矩阵P1的第一列中的元素进行相似性匹配，选取与am+1值最为接近的2个以上元素，提取所选取的元素在矩阵P1中对应行的制丝生产线的生产运行数据重新构成矩阵为P′1；
再次，矩阵M中去掉元素am+1后构成矩阵M'，M′＝[xm+1，1 xm+1，2...xm+1，n］，其中，m＝1,2,3...，n＝1,2,3...，将矩阵M'中的元素，从左至右逐个与矩阵P′1中对应列的元素进行相似性匹配，并计算匹配度，将每行计算得到的匹配度求平均，得到平均匹配度；
最后，选取平均匹配度最高的矩阵行为目标行，并根据目标行对 应的矩阵P2中的数据得出卷烟单箱能耗参考指标作为卷烟单箱能耗的分析预测值。
匹配度的计算公式为中，η表示匹配度，Q表示匹配值，Q为模式串矩阵及其变型矩阵中的元素，Q'表示被匹配值，Q'为匹配串矩阵及其变型矩阵中的元素。
平均匹配度的计算方法为计算匹配度的算术平均值。
还包括报警模块，报警模块连接分析模块。
一种利用废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统的废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析方法，包括以下步骤：
A，自动计量装置采集生产过程中的废弃烟丝总量，并将采集到的数据存储在存储模块中；
B，数据采集装置采集生产过程中制丝线运行时间、制丝生产线的生产运行参数数据，并将采集到的数据存储在存储模块中；
C，分析模块提取能源管理系统数据库中存储的历史数据中生产卷烟产品所产生的单位时间废弃烟丝量、制丝生产线的生产运行参数和卷烟单箱能耗指标数据作为匹配串数据集；根据存储模块中存储的自动计量装置采集到的废弃烟丝总量和数据采集装置采集到的制丝线运行时间，计算生产过程中的单位时间废弃烟丝量，并将计算得到的单位时间废弃烟丝量以及数据采集装置采集到的制丝生产线的生产运行参数数据作为模式串数据集；利用相似度模糊匹配方法在匹配串数据集中选取与模式串数据集匹配度最大的数据，作为卷烟单箱能耗的分析预测值；分析系统在单位时间废弃烟丝量超过设定值时，传 递信号给报警模块，报警模块发出警报。
步骤C中分析模块利用相似度模糊匹配方法进行分析的具体步骤为：
C2，将矩阵M中的元素与矩阵P1中的元素做相似性匹配，将矩阵M中的元素am+1与矩阵P1的第一列中的元素进行相似性匹配，选取与am+1值最为接近的2个以上元素，提取所选取的元素在矩阵P1中对应行的制丝生产线的生产运行数据重新构成矩阵为P′ 1；
C3，矩阵M中去掉元素am+1后构成矩阵M'， M′＝[xm+1，1 xm+1，2...xm+1，n］，将矩阵M'中的元素，从左至右逐个与矩阵P′1中对应列的元素进行相似性匹配，并计算匹配度，将每行计算得到的匹配度求平均，得到平均匹配度；
C4，选取平均匹配度最高的矩阵行为目标行，并根据目标行对应的矩阵P2中的数据得出卷烟单箱能耗参考指标作为卷烟单箱能耗的分析预测值。
步骤C3中匹配度的计算公式为中，η表示匹配度，Q表示匹配值，Q为模式串矩阵及其变型矩阵中的元素，Q'表示被匹配值，Q'为匹配串矩阵及其变型矩阵中的元素。
步骤C3中平均匹配度的计算方法为计算匹配度的算术平均值。
本发明为分析废弃烟丝对卷烟单箱能耗的影响提供了数据支持，通过此系统的监测和分析，能够精确测量废弃烟丝量，较准确的计算单位时间废弃烟丝量，同时根据能源管理系统数据库中的数据，实时预测废弃烟丝对卷烟单箱能耗的影响。并通过设置单位时间最大废弃烟丝量对制丝生产运行过程进行监控和报警，促使工艺生产操作人员和管理人员减少烟丝的废弃量，进而减少因废弃烟丝而产生的能源浪费，进一步降低卷烟单箱能耗。
本发明不但能实时监测废弃烟丝量，及时发现生产过程中的故障，还能预测废弃烟丝量与单箱能耗数据及其相互关系，为优化制丝生产工艺提供依据，最终实现降低原料损耗和能源节约的目标。
附图说明
图1为本发明中废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析方法的流程图。
具体实施方式
本发明中废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统，包括自动计量装置、数据采集装置、存储模块、分析模块和报警模块；
自动计量装置安装在废弃烟丝回收装置上，用于检测废弃烟丝总量，自动计量装置与存储模块连接；
数据采集装置用于采集生产过程中制丝线运行时间、制丝生产线的生产运行参数数据，数据采集装置与存储模块连接；
存储模块用于存储自动计量装置和数据采集装置采集到的数据，存储模块与分析模块连接；
分析模块用于连接能源管理系统数据库，提取能源管理系统数据库中存储的历史数据中生产卷烟产品所产生的单位时间废弃烟丝量、制丝生产线的生产运行参数和卷烟单箱能耗指标数据作为匹配串数据集；根据存储模块中存储的自动计量装置采集到的废弃烟丝总量和数据采集装置采集到的制丝线运行时间，计算生产过程中的单位时间废弃烟丝量，并将计算得到的单位时间废弃烟丝量以及数据采集装置采集到的制丝生产线的生产运行参数数据作为模式串数据集；利用相似度模糊匹配方法在匹配串数据集中选取与模式串数据集匹配度最大的数据，作为卷烟单箱能耗的分析预测值；
报警模块连接分析模块，用于在单位时间废弃烟丝量超过设定值时发出警报。
在每一批卷烟产品生产过程中，假设制丝线生产时间为t，自动计量装置检测到的废弃烟丝总量为q，则单位时间内产生的废弃烟丝 量为q/t。本发明设定允许的单位时间内最大烟丝废弃量为γ，通过采集的实时制丝线运行时间t'和废弃烟丝总量q'，计算单位时间内废弃烟丝量比率γ'，当γ'>γ时，分析模块传递信号给报警模块，报警模块发出警报，以提醒生产操作人员及时调节生产设备和操作，降低废弃烟丝比率，从而降低卷烟单箱能耗指标。
所述的分析模块利用相似度模糊匹配方法进行分析的具体步骤为：
其次，将矩阵M中的元素与矩阵P1中的元素做相似性匹配，将矩 阵M中的元素am+1与矩阵P1的第一列中的元素进行相似性匹配，选取与am+1值最为接近的2个以上元素，将选取的元素在矩阵P1中对应行的制丝生产线的生产运行数据重新构成矩阵为P′1；
再次，矩阵M中去掉元素am+1后构成矩阵M'，M′＝[xm+1，1 xm+1，2...xm+1，n］，其中，m＝1,2,3...，n＝1,2,3...，将矩阵M'中的元素，从左至右逐个与矩阵P′1中对应列的元素进行相似性匹配，并计算匹配度，将每行计算得到的匹配度求平均，得到平均匹配度；匹配度的计算公式为中，η表示匹配度，Q表示匹配值，Q为模式串矩阵及其变型矩阵中的元素，Q'表示被匹配值，Q'为匹配串矩阵及其变型矩阵中的元素；平均匹配度的计算方法为计算匹配度的算术平均值；
最后，选取平均匹配度最高的矩阵行为目标行，并根据目标行对应的矩阵P2中的数据得出卷烟单箱能耗参考指标作为卷烟单箱能耗的分析预测值。
一种利用废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统的废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析方法，包括以下步骤：
A，自动计量装置采集生产过程中的废弃烟丝总量，并将采集到的数据存储在存储模块中；
B，数据采集装置采集生产过程中制丝线运行时间制丝生产线的生产运行参数数据，并将采集到的数据存储在存储模块中；
C，分析模块提取能源管理系统数据库中存储的历史数据中生产卷烟产品所产生的单位时间废弃烟丝量、制丝生产线的生产运行参数 和卷烟单箱能耗指标数据作为匹配串数据集；根据存储模块中存储的自动计量装置采集到的废弃烟丝总量和数据采集装置采集到的制丝线运行时间，计算生产过程中的单位时间废弃烟丝量，并将计算得到的单位时间废弃烟丝量以及数据采集装置采集到的制丝生产线的生产运行参数数据作为模式串数据集；利用相似度模糊匹配方法在匹配串数据集中选取与模式串数据集匹配度最大的数据，作为卷烟单箱能耗的分析预测值；分析系统在单位时间废弃烟丝量超过设定值时，传递信号给报警模块，报警模块发出警报。
步骤C中分析模块利用相似度模糊匹配方法进行分析的具体步骤为：
C2，将矩阵M中的元素与矩阵P1中的元素做相似性匹配，将矩阵M中的元素am+1与矩阵P1的第一列中的元素进行相似性匹配，选取与am+1值最为接近的2个以上元素，提取所选取的元素在矩阵P1中对应行的制丝生产线的生产运行数据重新构成矩阵为P′1；
本实施中选取与am+1值最为接近的5个元素，将矩阵M中的元素与矩阵P1中的元素做相似性匹配。具体方法是利用公式 的结果选取矩阵P1的第一列中与am+1值最为接近的元素，选取标准为选取η值最大的5个元素，即为与am+1值最为接近的5个元素，公式中，η表示匹配度，Q表示匹配值，Q为模式串矩阵及其变型矩阵中的元素，Q'表示被匹配值，Q'为匹配串矩阵及其变型矩阵中的元素。提取所选取的元素在矩阵P1中对应行的制丝生产线的生产运行参数的数据集合重新构成矩阵为P′'，
C3，矩阵M中去掉元素am+1后构成矩阵M'，M′＝[xm+1，1 xm+1，2...xm+1，n］，将矩阵M'中的元素，从左至右逐个与矩阵P′i中对应列的元素进行相似性匹配，并计算匹配度；利用公式 计算每一行中的元素的匹配度，最终采用公式 计算每行的平均匹配度，公式中η′i为平均匹配度，下标i＝1,2,3,4,5，ηij为矩阵P′1中元素与矩阵M'中的元素匹配后的匹配度，j＝1,2,3,...n。
C4，选取平均匹配度最高的矩阵行为目标行，即取max(η′i)对应的i值作为平均匹配度最高的矩阵行，并根据目标行对应的矩阵P2中的数据得出卷烟单箱能耗参考指标作为卷烟单箱能耗的分析预测值，其中，max为取最大值函数。
本发明为分析废弃烟丝对卷烟单箱能耗的影响提供了数据支持，通过此系统的监测和分析，能够精确测量废弃烟丝量，较准确的计算单位时间废弃烟丝量，同时根据能源管理系统数据库中的数据，实时预测废弃烟丝对卷烟单箱能耗的影响。并通过设置单位时间最大废弃烟丝量对制丝生产运行过程进行监控和报警，促使工艺生产操作人员和管理人员减少烟丝的废弃量，进而减少因废弃烟丝而产生的能源浪费，进一步降低卷烟单箱能耗。
本发明不但能实时监测废弃烟丝量，及时发现生产过程中的故障，还能预测废弃烟丝量与单箱能耗数据及其相互关系，为优化制丝生产工艺提供依据，最终实现降低原料损耗和能源节约的目标。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统，其特征在于：包括自动计量装置、数据采集装置、存储模块和分析模块；
自动计量装置安装在废弃烟丝回收装置上，用于检测废弃烟丝量，自动计量装置与存储模块连接；
数据采集装置用于采集生产过程中制丝线运行时间、制丝生产线的生产运行参数数据，数据采集装置与存储模块连接；
存储模块用于存储自动计量装置和数据采集装置采集到的数据，存储模块与分析模块连接；
分析模块用于连接能源管理系统数据库，提取能源管理系统数据库中存储的历史数据中生产卷烟产品所产生的单位时间废弃烟丝量、制丝生产线的生产运行参数和卷烟单箱能耗指标数据作为匹配串数据集；根据存储模块中存储的自动计量装置采集到的废弃烟丝总量和数据采集装置采集到的制丝线运行时间，计算生产过程中的单位时间废弃烟丝量，并将计算得到的单位时间废弃烟丝量以及数据采集装置采集到的制丝生产线的生产运行参数数据作为模式串数据集；利用相似度模糊匹配方法在匹配串数据集中选取与模式串数据集匹配度最大的数据，作为卷烟单箱能耗的分析预测值；
所述的分析模块利用相似度模糊匹配方法进行分析的具体步骤为：
首先，确定匹配串数据集为矩阵P1和矩阵P2， 其中，m＝1,2,3…，n＝1,2,3…，矩阵P1中为单位时间废弃烟丝量数据集合，矩阵P1中为制丝生产线的历史生产运行参数数据集合，矩阵P2为制丝生产线的历史能耗指标数据数据集合；确定模式串为矩阵M，M＝[am+1 xm+1,1 xm+1,2 … xm+1,n]，其中，m＝1,2,3…，n＝1,2,3…，矩阵M中am+1为根据自动计量装置采集到的废弃烟丝总量和数据采集装置采集到的制丝线运行时间计算得到的单位时间废弃烟丝量，矩阵M中xm+1,1 xm+1,2 …xm+1,n为实时测得的制丝生产线的生产运行参数数据集合；
其次，将矩阵M中的元素与矩阵P1中的元素做相似性匹配，将矩阵M中的元素am+1与矩阵P1的第一列中的元素进行相似性匹配，选取与am+1值最为接近的2个以上元素，提取所选取的元素在矩阵P1中对应行的制丝生产线的生产运行数据重新构成矩阵为P1'；
再次，矩阵M中去掉元素am+1后构成矩阵M'，M'＝[xm+1,1 xm+1,2 … xm+1,n]将矩阵M'中的元素，从左至右逐个与矩阵P1'中对应列的元素进行相似性匹配，并计算匹配度，将每行计算得到的匹配度求平均，得到平均匹配度；
最后，选取平均匹配度最高的矩阵行为目标行，并根据目标行对应的矩阵P2中的数据得出卷烟单箱能耗参考指标作为卷烟单箱能耗的分析预测值。
2.根据权利要求1所述的废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统，其特征在于：匹配度的计算公式为中，η表示匹配度，Q表示匹配值，Q为模式串矩阵及其变型矩阵中的元素，Q'表示被匹配值，Q'为匹配串矩阵及其变型矩阵中的元素。
3.根据权利要求1所述的废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统，其特征在于：平均匹配度的计算方法为计算匹配度的算术平均值。
4.根据权利要求1、2或3任一项所述的废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统，其特征在于：还包括报警模块，报警模块连接分析模块。
5.一种利用权利要求1所述的废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统的废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
A，自动计量装置采集生产过程中的废弃烟丝总量，并将采集到的数据存储在存储模块中；
B，数据采集装置采集生产过程中制丝线运行时间、制丝生产线的生产运行参数数据，并将采集到的数据存储在存储模块中；
C，分析模块提取能源管理系统数据库中存储的历史数据中生产卷烟产品所产生的单位时间废弃烟丝量、制丝生产线的生产运行参数和卷烟单箱能耗指标数据作为匹配串数据集；根据存储模块中存储的自动计量装置采集到的废弃烟丝总量和数据采集装置采集到的制丝线运行时间，计算生产过程中的单位时间废弃烟丝量，并将计算得到的单位时间废弃烟丝量以及数据采集装置采集到的制丝生产线的生产运行参数数据作为模式串数据集；利用相似度模糊匹配方法在匹配串数据集中选取与模式串数据集匹配度最大的数据，作为卷烟单箱能耗的分析预测值；分析系统在单位时间废弃烟丝量超过设定值时，传递信号给报警模块，报警模块发出警报；
步骤C中分析模块利用相似度模糊匹配方法进行分析的具体步骤为：
C1，确定匹配串数据集为矩阵P1和矩阵P2， 其中，m＝1,2,3…，n＝1,2,3…，矩阵P1中为单位时间废弃烟丝量数据集合，矩阵P1中为制丝生产线的历史生产运行参数数据集合，矩阵P2为制丝生产线的历史能耗指标数据数据集合；确定模式串为矩阵M，M＝[am+1 xm+1,1 xm+1,2 … xm+1,n]，其中，m＝1,2,3…，n＝1,2,3…，矩阵M中am+1为根据自动计量装置采集到的废弃烟丝总量和数据采集装置采集到的制丝线运行时间计算得到的单位时间废弃烟丝量，矩阵M中xm+1,1 xm+1,2 …xm+1,n为实时测得的制丝生产线的生产运行参数数据集合；
C2，将矩阵M中的元素与矩阵P1中的元素做相似性匹配，将矩阵M中的元素am+1与矩阵P1的第一列中的元素进行相似性匹配，选取与am+1值最为接近的2个以上元素，提取所选取的元素在矩阵P1中对应行的制丝生产线的生产运行数据重新构成矩阵为P1'；
C3，矩阵M中去掉元素am+1后构成矩阵M'，M'＝[xm+1,1 xm+1,2 … xm+1,n]将矩阵M'中的元素，从左至右逐个与矩阵P1'中对应列的元素进行相似性匹配，并计算匹配度，将每行计算得到的匹配度求平均，得到平均匹配度；
C4，选取平均匹配度最高的矩阵行为目标行，并根据目标行对应的矩阵P2中的数据得出卷烟单箱能耗参考指标作为卷烟单箱能耗的分析预测值。
6.根据权利要求5所述的利用废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统的废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析方法，其特征在于：步骤C3中匹配度的计算公式为中，η表示匹配度，Q表示匹配值，Q为模式串矩阵及其变型矩阵中的元素，Q'表示被匹配值，Q'为匹配串矩阵及其变型矩阵中的元素。
7.根据权利要求5所述的利用废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析系统的废弃烟丝对卷烟单箱能耗影响的分析方法，其特征在于：步骤C3中平均匹配度的计算方法为计算匹配度的算术平均值。
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