CN110046463B - 制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计系统及方法 - Google Patents

Abstract

制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计系统及方法，包括：人机交互界面、需求指标评价模块、质量功能展开模块、问题识别模块、数学模型库模块、设计方案评价模块、系统衔接模块、磨片计算机辅助设计平台模块，数学模型库模块下设数据库、知识库及其支撑的磨片设计参数机器学习子模块；收到需求后，将需求整理为需求指标，根据需求指标评价模型确定用户需求要素重要度，将需求分别转化为浆料特性要求和磨片设计要求，通过磨片设计要求界定磨浆问题，确定磨浆方式和磨齿类型，运用磨片预测模型生成磨片设计主参数，量化评价生成的磨片方案，将磨片方案理想解参数输入磨片CAD系统，生成磨片三维模型；缩短磨片研发周期，降低研发成本。

Description

制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计系统及方法

技术领域

本发明属于制浆造纸中盘磨机技术领域，具体涉及一种制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计系统及方法，用于低浓、中浓及高浓盘磨机磨片设计方案生成。

背景技术

盘磨机作为制浆过程的核心设备，对浆料质量的好坏起着至关重要的作用。磨片作为盘磨机的核心部件（心脏），显得尤为重要。

根据客户需求确定磨片的最佳方案，是一项非常复杂的工作。目前，这一工作的程序是：首先，用户提出纸张生产要求，提供纤维原料性能参数，磨片研发人员根据用户提供的信息，结合自身经验，给出磨片设计方案；其次，将磨片设计方案交由专门的生产部门或者企业进行磨片样机生产；最后，将磨片样机在盘磨机上试运行，如果生产的浆料满足用户造纸要求，磨片研发项目结束，否则，要返回方案设计阶段再重复研发流程。此工作程序生产成本高，浪费资源，研发周期长，削弱企业竞争力，方案主观性太强，有价值的磨片研发和使用知识经验高度集中于行业专家，不能普惠企业等需求者。

本发明采用智能决策支持系统生成磨片设计参数，再利用计算机辅助设计系统直接获得磨片设计理想解的三维模型。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计系统及方法，缩短磨片研发周期，降低磨片研发成本，削弱磨片方案的主观性，使磨片研发非专家操作性更强，本发明通过磨片方案预测数学模型，在输入浆料特性变化量条件下，自动生成磨片设计主参数，再通过磨片计算机辅助设计（CAD）系统得到理想磨片的三维模型。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计系统，包括有人机交互界面、需求指标评价模块、质量功能展开模块、问题识别模块、数学模型库模块、设计方案评价模块、系统衔接模块、磨片计算机辅助设计平台模块；

所述的数学模型库模块包括有数据库、知识库及其支撑的磨片设计参数机器学习子模块；

所述的人机交互界面，由计算机程序语言编程实现，用于接收用户输入的磨前纤维原料特性参数及拟生产的纸张种类及磨浆要求；

所述的需求指标评价模块，负责将用户需求信息归纳整理为需求指标，根据该模块中的需求指标评价体系模型获得各需求指标的权重；

所述的质量功能展开模块，负责按照各需求指标权重将用户质量需求转化成浆料特性要求和磨片设计需求；

所述的问题识别模块，负责根据质量功能展开模块的结果界定磨浆问题，分解问题功能；根据质量功能展开模块转化后的浆料特性要求界定属于以下哪一种磨浆方式：长纤维游离打浆、长纤维粘状打浆、短纤维游离打浆及短纤维粘状打浆，需要匹配疏解型、切断型及帚化型磨齿中的哪一种齿形；

所述的数学模型库模块，负责根据磨浆前浆料特性与期望磨后浆料特性在打浆度、纤维长度、纤维宽度、保水值、细小纤维含量及纤维比表面积等方面的差异值，调用在数据库与知识库基础上运用预测模型方法根据磨齿种类生成磨浆前后浆料特性变化与磨片设计主参数之间关系的相应磨片预测数学模型，计算出磨片设计主参数值。

所述的设计方案评价模块，预先构建磨片方案评价指标体系，利用现代综合评价方法得到各指标的权重，参照评价体系对数学模型库生成的磨片设计方案进行优、良、中、合格及差的最终等级评价。

所述的系统衔接模块，负责将磨片设计方案理想解的参数传输给磨片CAD平台。

所述的磨片计算机辅助设计平台采用磨片CAD平台，磨片CAD平台作为插件植于常用的磨片建模软件中，负责生成磨片方案三维模型。

所述的磨片设计主参数的计算，是指将磨浆前浆料特性与期望磨后浆料特性在打浆度、纤维长度、纤维宽度、保水值、细小纤维含量及纤维比表面积等方面的差异值作为自变量输入磨片预测数学模型，经计算可输出磨片设计主参数值。

所述磨片设计方案的等级评价，该模块中已存储有事先构建的磨片方案评价指标体系及各指标权重W_i，在接到数学模型库生成的磨片设计方案指令后，即开始评价生成的磨片各指标与评价体系中各指标要求的达成度B_j，达成度等级分为优、良、中、合格及差，最终达成度M_j=W_i×B_j，最大乘积所对应的等级即为磨片方案的最终等级。等级为良及以上才能进行下一步。

制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计方法，包括以下步骤：

步骤1，智能决策系统的人机交互界面接收到用户关于磨前纤维原料特性、拟生产纸张及磨浆要求后，将需求整理为递阶结构的需求指标，智能决策系统中需求指标评价模块已预先存储运用现代综合评价方法如层次分析法等构建的用户需求指标评价模型及各指标权重，通过查询评价模型中的相应指标即可获得用户需求各指标权重，各指标权重值即可体现用户需求要素重要度；

步骤2，智能决策系统中的质量功能展开模块利用质量功能展开方法构建质量屋，将需求要素及重要度作为质量屋的左墙，浆料特性作为天花板，磨片设计工程技术要求作为地板，房间为关系矩阵，通过编制质量表，确定关键质量特性，获得浆料特性要求和磨片设计要求；

步骤3，问题识别模块通过比较磨前浆料特性和期望磨浆后浆料特性之间的差异界定磨浆问题，即需要以下哪一种磨浆方式：长纤维游离打浆、长纤维粘状打浆、短纤维游离打浆及短纤维粘状打浆，需要匹配疏解型、切断型及帚化型磨齿中的哪一种齿形；

步骤4，数学模型库模块根据问题识别模块确定的磨浆方式和磨齿类型，调用相应类型的磨片预测数学模型，在将磨浆前浆料特性与期望磨后浆料特性在打浆度、纤维长度、纤维宽度、保水值、细小纤维含量及纤维比表面积等方面的差异值作为自变量条件下，运用磨片预测模型生成磨片设计主参数值；

步骤5，磨片方案评价模块量化评价生成的磨片方案，该模块中已存储有事先构建的磨片方案评价指标体系及各指标权重W_i，在接到数学模型库生成的磨片设计方案指令后，即开始评价生成的磨片各指标与评价体系中各指标要求的达成度B_j，达成度等级分为优、良、中、合格及差，最终达成度M_j=W_i×B_j，最大乘积所对应的等级即为磨片方案的最终等级；

步骤6，将磨片方案理想解参数输入磨片CAD系统，CAD系统是由计算机编程语言编辑的一款三维建模软件插件，一般适用于Solidworks、UG、Creo的三维建模软件，打开软件插件，在其界面输入磨片齿宽、齿高、磨齿倾角、磨片内外半径等磨片设计主参数值，点击生成按钮，即可生成磨片三维模型。

本发明的有益效果是：

由于本发明采用预测模型的方法建立磨片预测数学模型，通过定量与定性相结合的方法构建用户需求指标评价体系和磨片方案理想解评价体系，利用质量功能展开确定浆料特性和磨片设计要求，将以上模块整合建立制浆造纸领域用盘磨机磨片智能决策系统，再将其决策结论输入磨片CAD系统，生成磨片三维几何模型，完成磨片研发，所以具有磨片方案设计科学化、系统化、定量化、参数化，缩短磨片研发周期，节约资源的优点。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明数学模型库生成示意图。

图3为本发明实施例茶叶袋纸需求直标评价体系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

制浆造纸领域用的盘磨机磨片智能决策、设计系统，包含以下模块：人机交互界面、需求指标评价模块、质量功能展开模块、问题识别模块、数学模型库模块、设计方案评价模块、系统衔接模块、磨片计算机辅助设计平台模块，数学模型库模块下设数据库、知识库及其支撑的磨片设计参数机器学习子模块。

所述的人机交互界面，由计算机程序语言编程实现，负责人性化地接收磨前浆料特性数据和用户需求信息，并将信息传输给下一模块。

所述的需求指标评价模块，负责将用户需求信息归纳整理为递阶结构的需求指标，根据该模块中事先存储的需求指标评价体系模型获得各需求指标的权重。该评价体系模型依据专家经验知识，采用定性与定量相结合的方法构建而成。

所述的质量功能展开模块，负责按照各需求指标权重将用户质量需求分两次转化，第一次转化成浆料特性要求，目的是和用户对磨后浆料特性期望值进行比较，第二次转化成磨片设计需求，以备调用数学模型库中相应的磨片预测数学模型。

所述的问题识别模块，负责根据质量功能展开模块的结果界定磨浆问题，分解问题功能，确定磨浆方式与磨齿类型。

所述的数学模型库模块，调研获得的浆料特性参数、磨片参数及纤维原料种类组成数据库，磨浆规则、专家知识及技术规范组成知识库，在数据库与知识库基础上运用预测模型方法根据磨齿种类生成磨浆前后浆料特性变化与磨片设计主参数之间关系的磨片预测数学模型，负责根据浆料特性变化数据计算出磨片设计主参数。

所述的设计方案评价模块，运用现代综合评价方法对数学模型库模块生成的磨片设计方案进行量化评价。

所述的系统衔接模块，由计算机程序语言编程实现将磨片设计方案理想解的参数传输给磨片CAD平台。

所述的磨片计算机辅助设计平台采用磨片CAD平台，所述的磨片CAD平台，根据磨片三维建模参数要求，由计算机程序语言编程为独立的CAD系统，磨片CAD平台作为插件植于常用的磨片建模软件中，负责生成磨片方案三维模型。

参见图1，制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计方法，包括以下步骤：

步骤1，智能决策系统通过人机交互界面接收到用户需求后，将需求整理为递阶结构的需求指标，根据需求指标评价模块已存储的用户需求指标评价模型确定用户需求要素重要度；

步骤2，质量功能展开模块根据需求要素重要度，利用质量功能展开将用户需求分别转化为浆料特性要求和磨片设计要求；

步骤3，问题识别模块通过磨片设计要求界定磨浆问题；

步骤4，数学模型库模块根据问题识别模块确定的磨浆方式和磨齿类型，在输入磨浆前后浆料特性变化量条件下，运用磨片预测模型生成磨片设计主参数；

步骤5，磨片方案评价模块量化评价生成的磨片方案；

步骤6，将磨片方案理想解参数输入磨片CAD系统，生成磨片三维模型。

参见图2，通过调研获得磨片技术专家经验知识，通过查找文献获得磨浆规则及技术规范等资料，经过量化处理存储在知识库中，以备在构建需求指标评价模型中使用；通过对磨片生产企业、盘磨机应用企业调研，文献资料阅读整理，获得纤维原料种类、磨片结构参数及浆料特性参数等数据存储于数据库中，将调研收集到的实际案例中磨前纤维原料特性参数与磨后浆料特性参数差异值作为输入变量，将不同类型磨片结构中的一个或多个参数作为输出变量进行机器学习，获得按照磨片类型分类的磨片方案预测数学模型。所有磨片方案预测模型构成数学模型库模块。

实施例

以打浆度为15°SR、纤维平均长度为2.9mm、宽度为22.79um、细小纤维含量6.35%的硫酸盐漂白黄麻浆制备茶叶泡袋纸为例说明本发明的实施步骤。

步骤1，智能决策系统接收到用户磨浆前纤维原料特性为：打浆度15°SR、纤维平均长度为2.9mm、宽度为22.79um、细小纤维含量6.35%的硫酸盐漂白黄麻浆，拟制备茶叶泡袋纸的信息和要求后，将用户要求整理为递阶结构的需求指标，对比已经存储在需求指标评价模块中的模型，获得各需求指标权重，即需求要素重要度如下图3所示；

步骤2，将用户需求要素重要度带入质量功能展开模块的质量屋中，经过质量功能展开后获得浆料特性即打浆度、纤维平均长度、纤维宽度及细小纤维含量为浆料质量特性要点，磨齿宽度、磨齿高度、沟槽宽度、磨齿倾角及磨片内外径为磨片设计要点；

步骤3，按照生产茶叶泡袋纸的要求，浆料的打浆度要提升到55°SR，纤维平均长度为2.58mm、宽度为24.88um、细小纤维含量4.92%，所以界定磨浆问题为长纤维游离打浆，需要的磨片为切断型；

步骤4，根据问题识别模块确定的切断型磨片种类，由数学模型库模块调用相应磨片类型的数学模型，输入打浆度、纤维平均长度、纤维宽度及细小纤维含量磨浆前后各自的变化量分别为40°SR、0.32mm、2.09um、1.43%，获得磨齿宽度、磨齿高度、沟槽宽度、磨齿倾角和磨片内外径等磨片设计的主参数值；

步骤5，磨片方案评价模块依照预先存储的磨片方案评价指标体系模型中各指标权重赋予上一步生成的磨片设计主参数权重W_i，评价生成的磨片各指标与评价体系中各指标要求的达成度B_j，最终达成度M_j=W_i×B_j，达成度等级分为优、良、中、合格及差，例如该磨片方案最终达成度优、良、中、合格及差分别为：26%、39%、17%、15%、3%，即可确定磨片方案的最终等级为良，可作为磨片方案的理想解；

步骤6，打开三维建模软件插件磨片CAD系统，在其界面输入磨片齿宽、齿高、磨齿倾角、磨片内外半径等磨片设计主参数值，点击生成按钮，即可生成磨片三维几何模型。

Claims (2)

1.一种制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计系统，其特征在于，包括有人机交互界面、需求指标评价模块、质量功能展开模块、问题识别模块、数学模型库模块、设计方案评价模块、系统衔接模块、磨片计算机辅助设计平台；

所述的数学模型库模块包括有数据库、知识库及其支撑的磨片设计参数机器学习子模块；

所述的人机交互界面，由计算机程序语言编程实现，用于接收用户输入的磨前纤维原料特性参数及拟生产的纸张种类及磨浆要求；

所述的需求指标评价模块，负责将用户需求信息归纳整理为递阶结构 的需求指标，根据该模块中的需求指标评价体系模型获得各需求指标的权重；

所述的质量功能展开模块，负责按照各需求指标权重将用户质量需求转化成浆料特性要求和磨片设计需求；

所述的问题识别模块，负责根据质量功能展开模块的结果界定磨浆问题，分解问题功能；根据质量功能展开模块转化后的浆料特性要求界定属于以下哪一种磨浆方式：长纤维游离打浆、长纤维粘状打浆、短纤维游离打浆及短纤维粘状打浆，需要匹配疏解型、切断型及帚化型磨齿中的哪一种齿形；

所述的数学模型库模块，负责根据磨浆前浆料特性与期望磨后浆料特性在打浆度、纤维长度、纤维宽度、保水值、细小纤维含量及纤维比表面积等方面的差异值，调用在数据库与知识库基础上运用预测模型方法根据磨齿种类生成磨浆前后浆料特性变化与磨片设计主参数之间关系的相应磨片预测数学模型，计算出磨片设计主参数值；

所述的设计方案评价模块，预先构建磨片方案评价指标体系，利用现代综合评价方法得到各指标的权重，参照评价体系对数学模型库生成的磨片设计方案进行优、良、中、合格及差的最终等级评价；

所述的系统衔接模块，负责将磨片设计方案理想解的参数传输给磨片CAD平台；

所述的磨片计算机辅助设计平台采用磨片CAD平台，磨片CAD平台作为插件植于常用的磨片建模软件中，负责生成磨片方案三维模型；

所述的磨片设计主参数的计算，是指将磨浆前浆料特性与期望磨后浆料特性在打浆度、纤维长度、纤维宽度、保水值、细小纤维含量及纤维比表面积等方面的差异值作为自变量输入磨片预测数学模型，经计算可输出磨片设计主参数值；

所述磨片设计方案的等级评价，该模块中已存储有事先构建的磨片方案评价指标体系及各指标权重W_i，在接到数学模型库生成的磨片设计方案指令后，即开始评价生成的磨片各指标与评价体系中各指标要求的达成度B_j，达成度等级分为优、良、中、合格及差，最终达成度M_j=W_i×B_j，最大乘积所对应的等级即为磨片方案的最终等级；

等级为良及以上才能进行下一步。

2.制浆造纸用的盘磨机磨片智能决策、设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，智能决策系统的人机交互界面接收到用户关于磨前纤维原料特性、拟生产纸张及磨浆要求后，将需求整理为递阶结构的需求指标，智能决策系统中需求指标评价模块已预先存储运用现代综合评价方法构建的用户需求指标评价模型及各指标权重，通过查询评价模型中的相应指标即可获得用户需求各指标权重，各指标权重值即可体现用户需求要素重要度；

步骤2，质量功能展开模块利用质量功能展开方法构建质量屋，将需求要素及重要度作为质量屋的左墙，浆料特性作为天花板，磨片设计工程技术要求作为地板，房间为关系矩阵，通过编制质量表，确定关键质量特性，获得浆料特性要求和磨片设计要求；

步骤3，问题识别模块通过比较磨前浆料特性和期望磨浆后浆料特性之间的差异界定磨浆方式，即需要以下哪一种磨浆方式：长纤维游离打浆、长纤维粘状打浆、短纤维游离打浆及短纤维粘状打浆，需要匹配疏解型、切断型及帚化型磨齿中的哪一种齿形；

步骤4，数学模型库模块根据问题识别模块确定的磨浆方式和磨齿类型，调用相应类型的磨片预测数学模型，在将磨浆前浆料特性与期望磨后浆料特性在打浆度、纤维长度、纤维宽度、保水值、细小纤维含量及纤维比表面积方面的差异值作为自变量条件下，运用磨片预测模型生成磨片设计主参数值；

步骤5，磨片设计方案评价模块量化评价生成的磨片方案，该模块中已存储有事先构建的磨片方案评价指标体系及各指标权重W_i，在接到数学模型库生成的磨片设计方案指令后，即开始评价生成的磨片各指标与评价体系中各指标要求的达成度B_j，达成度等级分为优、良、中、合格及差，最终达成度M_j=W_i×B_j，最大乘积所对应的等级即为磨片方案的最终等级；

步骤6，将磨片方案理想解参数输入磨片CAD平台，打开磨片CAD平台，在其界面输入磨片齿宽、齿高、磨齿倾角、磨片内外半径等磨片设计主参数值，点击生成按钮，即可生成磨片三维模型。

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