CN114223921B - 一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置 - Google Patents
一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114223921B CN114223921B CN202111224629.0A CN202111224629A CN114223921B CN 114223921 B CN114223921 B CN 114223921B CN 202111224629 A CN202111224629 A CN 202111224629A CN 114223921 B CN114223921 B CN 114223921B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mixing
- parameter
- material mixing
- model
- particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002156 mixing Methods 0.000 title claims abstract description 223
- 241000208125 Nicotiana Species 0.000 title claims abstract description 99
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 title claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 136
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 110
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 20
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 11
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 7
- 238000011439 discrete element method Methods 0.000 claims description 7
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 102100021807 ER degradation-enhancing alpha-mannosidase-like protein 1 Human genes 0.000 claims 1
- 101000895701 Homo sapiens ER degradation-enhancing alpha-mannosidase-like protein 1 Proteins 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000109 continuous material Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
- A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
- A24B1/00—Preparation of tobacco on the plantation
- A24B1/10—Packing or pressing tobacco
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
- A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
- A24B1/00—Preparation of tobacco on the plantation
- A24B1/06—Stringing tobacco leaves
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
- A24B—MANUFACTURE OR PREPARATION OF TOBACCO FOR SMOKING OR CHEWING; TOBACCO; SNUFF
- A24B3/00—Preparing tobacco in the factory
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Stored Programmes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置，包括建立拌料运动模型，预设颗粒模型在拌料运动模型上运行参数的变化范围，生成标参数组；遍历标参数组，通过拌料运动模型进行拌料，依次获取标参数组中每个参数组所对应的颗粒分布数据；根据各个参数组的颗粒分布数据计算拌料均匀性，将拌料均匀性符合要求的参数组输出；对比所有符合要求的参数组的拌料均匀性表征数据，剔除边缘化参数组。本发明通过DEM数值模拟，研究拌料机构水平拌料速度和垂直方向举升速度对烟草薄片在箱体中的分布特征和运动轨迹影响规律，优化拌料工艺参数；对拌料系统开发设计具备指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及烟叶料拌料技术领域，特别是涉及一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置。
背景技术
烘干后的烟草薄片压缩打包过程是卷烟生产中的重要生产环节之一。实际生产中烟草薄片从上传送带经过落料管道自由落体进入箱体，然后进行压缩打包，烟草薄片在箱体中自由堆落。烟草薄片自由落体堆落在箱体中存在明显的分布不均匀，导致压缩打包局部区域成品烟坯结块、结团，最终影响成品卷烟质量。打包过程中，采用机械拌料设备对烟草薄片进行拌料，能有效改善烟草薄片分散性。
目前，在薄片领域一般采用高压气管对原料颗粒直接进行气体搅拌、混匀，这种方法搅拌时间长短属于人为控制，随意性较大，且搅拌均匀程度无法保证，搅拌效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置，通过DEM数值模拟，研究拌料机构水平拌料速度和垂直方向举升速度对烟草薄片在箱体中的分布特征和运动轨迹影响规律，优化拌料工艺参数；对拌料系统开发设计具备指导意义。
根据本发明的第一方面，提出一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法，包括：
建立拌料运动模型，预设颗粒模型在所述拌料运动模型上运行参数的变化范围，生成标参数组；
遍历所述标参数组，通过所述拌料运动模型进行拌料，依次获取所述标参数组中每个参数组所对应的颗粒分布数据；
根据各个参数组的颗粒分布数据计算拌料均匀性，将所述拌料均匀性符合要求的参数组输出；
对比所有符合要求的参数组的拌料均匀性表征数据，剔除边缘化参数组。
进一步的，建立拌料运动模型，具体包括：
基于离散元方法，通过EDEM建立烟草薄片拌料系统的有限元模型；
所述颗粒模型为烟草薄片几何模型，基于离散元模拟，对烟草薄片几何模型进行颗粒放大，形成楔形颗粒模型；
以理想型颗粒进行模拟，选择Hertz-Mindlin接触模型；
基于上述接触模型，所述楔形颗粒模型在拌料系统上运行时，将烟草薄片颗粒接触振动分解为法向振动与切向振动；
其中，切向振动运动状态表现为切向滑动运动和颗粒滚动运动。
进一步的，预设颗粒模型在所述拌料运动模型上运行参数的变化范围，生成标参数组，具体包括：
所述运行参数包括水平速度、竖直速度；
预设速度变化量，根据所述速度变化量将水平速度变化区间等量分解为水平分量数字串、将竖直速度变化区间等量分解为竖直分量数字串；
将水平分量数字串作为第一坐标值，将竖直分量数字串作为第二坐标值，进行全排列生成标参数组；
所述标参数组中的每组参数均与所述拌料运动模型实现、执行该参数的条件相关联。
进一步的，遍历所述标参数组，通过所述拌料运动模型进行拌料，依次获取所述标参数组中每个参数组所对应的颗粒分布数据，具体包括：
预设剔除比例阈值；
遍历所述标参数组并依次将单组参数输出至所述拌料运动模型；
根据单组参数调整所述拌料运动模型的拌料模拟作业，将颗粒模型抖落至落料区域；
获取所有落于所述落料区域内的颗粒模型基于落料区域的相对位置信息，将多个颗粒模型的相对位置信息集合定义为颗粒分布数据；
在拌料运动模型的拌料模拟作业运行一段时间之后，计算落于落料区域内的颗粒模型数量与参与拌料模拟作业的颗粒模型的总数量之间的参考比例：
当所述参考比例不大于所述比例阈值时，剔除该组参数，所述拌料运动模型进行下一组参数的拌料模拟作业；
当所述参考比例大于所述比例阈值时，保存颗粒分布数据，将当前参数组与颗粒分布数据关联。
进一步的，根据各个参数组的颗粒分布数据计算拌料均匀性，将所述拌料均匀性符合要求的参数组输出，具体包括：
沿X轴方向等间距划分多个区间，获取每个区间内的烟草薄片模型的重心归属总量；
根据每个区间的重心归属总量实时输出烟草薄片的堆积形态柱状图；
计算当前堆积形态柱状图各柱与标准形态柱状图各柱之间的差值，并将所述差值依次进行动态标识；
计算所述差值的均方差，输出为拌料均匀性；根据所述差值随时间的变化输出均方差的变化曲线；
预设连续拌料的运行时间，预定义均匀性参考值、预定义参考值的波动范围；
当拌料运动模型在完成所述运行时间之后，下列条件均满足时，则输出当前拌料运动模型的参数组：所述拌料均匀性的数值小于所述参考值、所述变化曲线始终处于所述参考值的波动范围内。
进一步的，当拌料运动模型在完成全部参数组的拌料均匀性判定之后，还包括：
获取所有不符合所述拌料均匀性的参数组的最终堆积形态，计算其拌料均匀性，定义为终止拌料均匀性数值；
当终止拌料均匀性数值小于所述均匀性参考值时，将对应的参数组划入第二备用参数集合。
进一步的，对比所有符合要求的参数组的拌料均匀性表征数据，剔除边缘化参数组，具体包括：
调取所有符合要求的参数组的变化曲线，将各组变化曲线与所述参考值的波动范围中值线拟合至同一坐标系中；
位于所述中值线之上的面积为正值，位于所述中值线之下的面积为负值，累加计算变化曲线基于所述中值线的参考面积；
将所述参考面积远离零值的边缘化参数组剔除，并划入第一备用参数集合。
根据本发明的第二方面，提供了一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化装置，包括：
模型搭建模块：建立拌料运动模型，预设颗粒模型在拌料运动模型上运行参数的变化范围，生成标参数组；
拌料运行模块：遍历标参数组，通过拌料运动模型进行拌料，依次获取标参数组中每个参数组所对应的颗粒分布数据；
数据处理模块：根据各个参数组的颗粒分布数据计算拌料均匀性，将拌料均匀性符合要求的参数组输出；
参数剔除模块：对比所有符合要求的参数组的拌料均匀性表征数据，剔除边缘化参数组。
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面中任一项的所述方法步骤。
根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项的所述方法步骤。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置，根据烟草薄片拌料的工作环境，对现有拌料装置进行分析并大致确定了烟草薄片拌料的方案且建立模型，然后在EDEM中完成对烟草薄片拌料过程的仿真；综合分析不同参数设置下的烟草薄片拌料装置是否满足要求，对烟草薄片拌料装置进行优化设计，减少了实体试验工作量，缩短了烟草薄片拌料装置的开发周期，提高了烟草薄片拌料装置设计效率以及搅拌的均匀性。
通过有限元模拟分析还可得到直线导轨、曲柄滑块等关键零部件在烟草薄片拌料过程中的应力应变情况，对直线导轨、曲柄滑块优化设计具有指导意义。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化装置的模块化框图；
图3为本发明实施例提供的一种楔形颗粒模型；
图4为本发明实施例提供的一种拌料运动模型示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的当竖直抖料速度为1mm/s、水平往复拌料速度为0.55m/s时，X轴方向烟草薄片分布柱状图；
图7为本发明实施例提供的当竖直抖料速度为1mm/s、水平往复拌料速度为1.1m/s时，X轴方向烟草薄片分布柱状图；
图8为本发明实施例提供的当竖直抖料速度为1mm/s、水平往复拌料速度为2.2m/s时，X轴方向烟草薄片分布柱状图；
图9为本发明实施例提供的当水平往复速度拌料速度为1.1m/s、竖直拌料速度为0.5mm/s时，X轴方向烟草薄片分布柱状图；
图10为本发明实施例提供的当水平往复速度拌料速度为1.1m/s、竖直拌料速度为0.8mm/s时，X轴方向烟草薄片分布柱状图；
图11为本发明实施例提供的当水平往复速度拌料速度为1.1m/s、竖直拌料速度为1mm/s时，X轴方向烟草薄片分布柱状图。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创在性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另，设计方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。
实施例一
根据本发明的第一方面，提供了一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法，如图1所示，为烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法的流程图，包括：
步骤S101：建立拌料运动模型，预设颗粒模型在拌料运动模型上运行参数的变化范围，生成标参数组。
本发明的实施例中，采用离散元方法（DEM）建立烟草薄片拌料过程数值仿真模型，研究拌料头水平往复拌料速度和垂直拌料速度对箱体中烟草薄片分布的影响规律。
本发明的实施例中，通过分析烟草薄片拌料工艺以及现有拌料装置，提出运用DEM数值模拟。基于离散元方法，通过EDEM建立烟草薄片拌料系统的有限元模型，对烟草薄片拌料过程进行分析。对应的，颗粒模型为烟草薄片几何模型，颗粒模型在拌料系统上运行，模拟拌料过程。
可以理解的是，可在Solidworks中建立各零部件包括曲柄滑块、传输带、直线导轨、 拌料头的三维模型，并在Solidworks中完成烟草薄片拌料系统的各零部件的装配。
本发明的实施例中，烟草薄片粒径、形状仿真精度对仿真效率存在重要相关影响。在不影响计算结果的前提下，为了提高仿真效率，可对烟草薄片模型进行简化：颗粒放大法常用于离散元模拟，实际工况中烟草薄片数量可达上万甚至更多，为减少仿真计算时间，在测得烟草薄片平均长度为2cm、厚度为0.2mm后，可选择如图3中的楔形颗粒模型建立烟草薄片几何模型进行模拟，放大后的楔形颗粒模型尺寸为长度2cm、厚度5mm。
基于实际情况，烟草薄片落料打包前已经进行烘干处理，使得烟草薄片的表面含水量很低（低至一定程度标准即可），颗粒间的黏附力可忽略，近似于理想颗粒；因此在模拟过程中，可以理想型颗粒进行模拟，选择Hertz-Mindlin接触模型，由Hertz接触理论可推出烟草薄片间的作用力与位移的关系式为：
式中:
F为两个相互接触烟草薄片颗粒间的作用力，N；
基于上述接触模型，烟草薄片颗粒接触可分解为法向振动与切向振动，其中法向振动的运动方程为：
切向振动运动状态表现为切向滑动运动的运动方程和颗粒滚动运动的运动方程：
其中：
M为离散颗粒所受的力矩大小；
基于实际情况，落料箱的尺寸/落料区域的大小、落料高度，从拌料机散落的烟草薄片的初速度应限制在一定范围内，使得烟草薄片能够稳定的落在落料箱内/落料区域内；因此，对于模拟过程中的颗粒模型的初速度应同步设置运行参数的合理范围，使得颗粒模型的落料位置处于限定区域内，模拟仿真具备实际意义。
可对颗粒模型在拌料运动模型上的运行参数进行合理性限制，使颗粒模型在拌料之后的下落阶段符合实际情况。颗粒模型的运行参数可分解为水平速度、竖直速度，颗粒模型的运行参数来源于拌料运行模型的拌料作业，水平速度的初速度由传送带赋予，竖直速度的初速度则由拌料头赋予。
可将水平速度、竖直速度定义为基础变量，以颗粒模型的特征表象作为变量，来调整拌料系统的对应参数，从而实现颗粒模型的表象。
本发明的实施例中，可先预设颗粒模型在所述拌料运动模型上运行参数的变化范围，再根据运行参数的变化范围生成标参数组，生成标参数组的具体步骤为：
所述运行参数包括水平速度、竖直速度；
预设速度变化量，根据所述速度变化量将水平速度变化区间等量分解为水平分量数字串、将竖直速度变化区间等量分解为竖直分量数字串；
将水平分量数字串作为第一坐标值，将竖直分量数字串作为第二坐标值，进行全排列生成标参数组；
所述标参数组中的每组参数均与所述拌料运动模型实现、执行该参数的条件相关联。
可以理解的是，任意一个水平分量数字串作为第一坐标值，每个竖直分量数字串均与第一坐标值配合形成一个坐标参数。全排列之后，所有的左边参数集合则为标参数组，标参数组中包含多组参数。可将每组参数的实现、执行条件与该组参数关联，当该组参数被输出时，可进行关联性查找、访问。
可以理解的是，参数组的生成方式为等额定量穷举，在模拟计算的过程中，用于等量分解的速度变化量越小，其分解盲区越小，数据模拟精度越大，但同时会造成大量的全排列数据组产生。可根据实际生产设备在使用过程的历史经验，对运行参数的变化范围进一步缩小，降低全排列数据组的总量。
步骤S102：遍历所述标参数组，通过所述拌料运动模型进行拌料，依次获取所述标参数组中每个参数组所对应的颗粒分布数据。
本发明的实施例中，标参数组中包含颗粒模型的多组参数，通过拌料运动模型对每组参数进行拌料模拟，则可根据颗粒模型在拌料作业之后的表象对各组参数进行筛选，具体步骤包括：
预设剔除比例阈值；
遍历所述标参数组并依次将单组参数输出至所述拌料运动模型；
根据单组参数调整所述拌料运动模型的拌料模拟作业，将颗粒模型抖落至落料区域；
获取所有落于所述落料区域内的颗粒模型基于落料区域的相对位置信息，将多个颗粒模型的相对位置信息集合定义为颗粒分布数据；
在拌料运动模型的拌料模拟作业运行一段时间之后，计算落于落料区域内的颗粒模型数量与参与拌料模拟作业的颗粒模型的总数量之间的参考比例：
当所述参考比例不大于所述比例阈值时，剔除该组参数，所述拌料运动模型进行下一组参数的拌料模拟作业；
当所述参考比例大于所述比例阈值时，保存颗粒分布数据，将当前参数组与颗粒分布数据关联。
可以理解的是，在进行全排列的过程中，存在部分极限值的组合，此种情况下，颗粒模型在拌料作业过程中可能会出现“溢出”的情况，即颗粒模型的下落位置位于落料区域之外。若存在大量颗粒模型的“溢出”，则应放弃当前参数组，可直接进行下一组的参数模拟。
本发明的实施例中，颗粒模型可持续生成，已生成的颗粒模型数量与下落至落料区域内的颗粒模型的数量之间的比例应等于1或趋近于1，可预定义剔除比例阈值，当拌料运动模型在拌料模拟作业的过程中，基于实时计算的参考比例不大于比例阈值时，则可判定当前参数组不具备实际意义，可剔除该组参数。
对于具备实际意义的参数组，则应完整保存期颗粒部分数据，并与参数组进行关联，以便于调用。
步骤S103：根据各个参数组的颗粒分布数据计算拌料均匀性，将所述拌料均匀性符合要求的参数组输出。
本发明的实施例中，拌料运行模型根据各组参数进行拌料作业时，对应形成具备一定特征形态的颗粒模型的堆积形态，可根据堆积形态对比各组参数下的拌料效果，其均匀性可进行明确的对比。
本发明的实施例中，可针对每个参数组所对应的拌料均匀性进行预检，将符合要求的参数组进行初步筛选并输出，然后再进行优化对比。参数组的筛选及输出的具体步骤为：
沿X轴方向等间距划分多个区间，获取每个区间内的烟草薄片模型的重心归属总量；
根据每个区间的中心归属总量实时输出烟草薄片的堆积形态柱状图；
计算当前堆积形态柱状图各柱与标准形态柱状图各柱之间的差值，并将所述差值依次进行动态标识；
计算所述差值的均方差，输出为拌料均匀性；根据所述差值随时间的变化输出均方差的变化曲线；
预设连续拌料的运行时间，预定义均匀性参考值、预定义参考值的波动范围；
当拌料运动模型在完成所述运行时间之后，下列条件均满足时，则输出当前拌料运动模型的参数组：所述拌料均匀性的数值小于所述参考值、所述变化曲线始终处于所述参考值的波动范围内。
可以理解的是，每个区间的宽度应远大于烟草薄片的颗粒模型的最大直径。区间的数量可根据落料区域的大小进行适应性调整。以落料区域的X轴方向进行区间划分即可，每个区间的宽度相同。
本发明的实施例中，差值的均方差为动态变化的，可预设计算频率，按照计算频率更新均方差，降低算力需求；同时，在拟合绘制均方差的变化曲线时，可平滑连接各时间点的均方差值从而形成曲线。可以理解的是，计算频率越快，均方差的值越能反应实时的拌料均匀性，同理，拟合的曲线也越能反应差值的波动程度。
本发明的实施例中，标准形态柱状图为理想状态下的均匀拌料效果的颗粒模型分布数据，随时间可产生一定的变化。可根据不同拌料装置进行针对性调整。
本发明的实施例中，烟草薄片模型的重心可根据颗粒分布数据获取，针对每个区间的边界进行归属判定，即可获取每个区间内的重心归属总量。
本发明的实施例中，针对一组参数可进行一个阶段的拌料作业，形成一定量的颗粒模型堆积，使得模拟仿真具备应有的实际意义，可预设连续拌料的运行时间，每一组参数的模拟拌料作业均运行一个所述运行时间。
当拌料运动模型在完成全部参数组的拌料均匀性判定之后，还包括备用参数组的筛选，具体步骤包括：
获取所有不符合所述拌料均匀性的参数组的最终堆积形态，计算其拌料均匀性，定义为终止拌料均匀性数值；
当终止拌料均匀性数值小于所述均匀性参考值时，将对应的参数组划入第二备用参数集合。
可以理解的是，对于最终堆积形态处于较为均匀的参数组，可进行预留备选，以防错失必要数据。在进行实际工况调整的过程中，若依据输出参数组进行调整无法实现目标效果，则可调用预留备选的参数组，进行针对性调试。
步骤S104：对比所有符合要求的参数组的拌料均匀性表征数据，剔除边缘化参数组。
本发明的实施例中，在获取符合要求的参数组之后，可进行对比优化，具体步骤包括：
调取所有符合要求的参数组的变化曲线，将各组变化曲线与所述参考值的波动范围中值线拟合至同一坐标系中；
位于所述中值线之上的面积为正值，位于所述中值线之下的面积为负值，累加计算变化曲线基于所述中值线的参考面积；
将所述参考面积远离零值的边缘化参数组剔除，并划入第一备用参数集合。
可以理解的是，变化曲线相对于中值线的距离越小，则颗粒模型在经过一段时间后，所累积堆叠的形态相对于理想标准形态越接近，因此，可计算变化曲线基于中值线的面积大小，位于中值线上侧的曲线与中值线之间的面积为正值，位于中值线下侧的曲线与中值线之间的面积为负值，形成具备时间影响效果的参考面积。
基于理想型曲线，其参考面积应趋近于零，因此，可将各组参数中参考面积远离零值的边缘化参数组剔除，不选用参考面积绝对值较大的参数组。剔除数量可根据入选的参数组的数量等比例确定。
可以理解的是，第一备用参数集合中的数据与第二备用参数集合中的数据均为备选项，无明确等级优先权，仅为表征区分的结果，其备用价值基本相同。在被调用时，明确其来源即可。
基于本发明的第一方面，在一个具体实例中，拌料过程中，设定烟草薄片颗粒生成速度为0.4kg/s，颗粒在落料口生成位置为随机分布，拌料时间设定为60s，实际生成颗粒质量为24kg。烟草薄片颗粒通过传送带传送进入落料箱，传送带水平传输速度为1m/s。
落料纸箱的尺寸可设置为长1.1m、宽0.7m、高2m，仿真模型中材料属性如下：
接触属性参数如下：
利用EDEM软件进行烟草薄片拌料过程的模拟仿真，如图4所示。
可以理解的是，无拌料装置时，烟草薄片从传送带自由落体下料，堆积与落料箱的中部，拌料工艺的加入可有效改善烟草薄片在落料箱底部的分布情况，使烟草薄片在箱底呈均匀分布的状态。
针对全排列的形成的参数组，列举部分参数组实例进行解释说明，对比选取较为优选的参数值，列举对比方式为：先确定一个竖直速度的值，在多个参数组中，选取水平速度的边界附近值、中值作为单一变量，进行模拟拌料对比，确定较为优选的水平速度参数值；然后，再以优选的水平速度参数值作为水平速度的定值，在多个参数组中，选取竖直速度的边界附近值、中值作为单一变量，进行模拟拌料对比，确定较为优选的竖直速度参数值。
以不同水平拌料频率比较，设竖直拌料速度为1mm/s时，水平往复拌料速度分别0.55m/s、1.1m/s和2.2m/s，其拌料效果的柱状图如图6、图7、图8所示。
可直观看出随着水平往复拌料速度的增加，烟草薄片在落料箱底的分布均匀性增加。对比上述三个柱状图，随着水平往复拌料速度的增加，箱底X轴方向上烟草薄片堆落集中区域从（-0.1m，0.5m）增加到（-0.5m，0.5m）。
以不同竖直速度拌料频率进行对比，设水平往复速度拌料速度为1.1m/s时，竖直拌料速度分别为0.5mm/s、0.8mm/s和1mm/s，其拌料效果的柱状图如图9、图10、图11所示。
可直观看出竖直拌料速度为0.8mm/s时，烟草薄片在落料箱底最均匀。
竖直拌料速度为0.5mm/s时，由于拌料竖直上升速度较慢，无法及时对箱体中部堆积的烟草薄片进行拌料，导致每次拌料烟草薄片量增加。竖直拌料速度为1mm/s时，由于拌料竖直上升速度较块，超过了箱体中部烟草薄片竖直方向的堆积速度，导致拌料头上升过程中接触的烟草薄片逐渐减少，影响拌料效果。
可以发现水平往复拌料速度为0.5m/s，竖直拌料速度为0.8mm/s时，箱底X方向上烟草薄片堆落在区域（-0.55m，0.55m）内均匀分布，说明此工况拌料效果最优。
以上具体实例的模拟仿真结果表明，在模拟工况下，水平往复拌料速度为1.1m/s、竖直拌料速度为0.8mm/s，烟草薄片在箱底分布均匀性最好。
依据实施例一所述的方法，经过完整的模拟仿真实验、合理性分析即可得出结论：烟草薄片在落料箱底的分布均匀性随着水平往复拌料速度的增加而增加；竖直拌料速度较慢时，拌料头无法及时对箱体中部堆积的烟草薄片进行拌料，降低拌料均匀性；竖直拌料速度过快时，导致拌料头上升过程中接触的烟草薄片逐渐减少，影响拌料效果。
完成模拟仿真实验之后，所输出的参数组的数据即为水平往复拌料速度、竖直拌料速度合理性优化数据。在实况作业中，可依据优化数据对机器进行调试，减少盲区、误区，降低机器调试难度，优化烟草薄片的拌料效果。
基于上述方法步骤，通过有限元模拟分析，参数组还可与拌料运动模型的直线导轨、曲柄滑块等关键零部件在烟草薄片拌料过程中的应力应变情况，对直线导轨、曲柄滑块优化设计具备指导意义。
实施例二
根据本发明的第二方面，提供了一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化装置。如图2所示，为烟草薄片连续拌料的影响参数优化装置的模块化框图，包括：
模型搭建模块201：建立拌料运动模型，预设颗粒模型在拌料运动模型上运行参数的变化范围，生成标参数组；
拌料运行模块202：遍历标参数组，通过拌料运动模型进行拌料，依次获取标参数组中每个参数组所对应的颗粒分布数据；
数据处理模块203：根据各个参数组的颗粒分布数据计算拌料均匀性，将拌料均匀性符合要求的参数组输出；
参数剔除模块204：对比所有符合要求的参数组的拌料均匀性表征数据，剔除边缘化参数组。
可以理解的是，本发明实施例提供的装置均适用于实施例一所述的方法，各个模块的具体功能可参照上述方法流程，此处不再赘述。
实施例三
本发明实施例提供的一种电子设备，用于实现实施例一所述的方法。图5是本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。电子设备可以包括：至少一个中央处理器，至少一个网络接口，控制接口，存储器，至少一个通信总线。
其中，通信总线用于实现各组件之间的连接通信，信息交互。
其中，网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如Wi-Fi接口）。
其中，控制接口用于根据指令输出控制操作。
其中，中央处理器可以包括一个或者多个处理核心。中央处理器利用各种接口和线路连接整个终端内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，根据实施例一所述的方法执行终端的各种功能和处理数据。
其中，存储器可以包括随机存储器（Random Access Memory，RAM），也可以包括只读存储器（Read-Only Memory）。可选的，该存储器包括非瞬时性计算机可读介质（non-transitory computer-readable storage medium）。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令（比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等）、用于实现上述实施例一的方法等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例一所述的方法。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统（包括分子存储器IC），或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取器（Random AccessMemory，RAM）、磁盘或光盘等。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法，其特征在于，包括：
建立拌料运动模型，预设颗粒模型在所述拌料运动模型上运行参数的变化范围，生成标参数组；具体包括：
基于离散元方法，通过EDEM建立烟草薄片拌料系统的有限元模型；
所述颗粒模型为烟草薄片几何模型，基于离散元模拟，对烟草薄片几何模型进行颗粒放大，形成楔形颗粒模型；
以理想型颗粒进行模拟，选择Hertz-Mindlin接触模型；
基于上述接触模型，所述楔形颗粒模型在拌料系统上运行时，将烟草薄片颗粒接触振动分解为法向振动与切向振动；其中，切向振动运动状态表现为切向滑动运动和颗粒滚动运动；
所述运行参数包括水平速度、竖直速度；
预设速度变化量，根据所述速度变化量将水平速度变化区间等量分解为水平分量数字串、将竖直速度变化区间等量分解为竖直分量数字串；
将水平分量数字串作为第一坐标值，将竖直分量数字串作为第二坐标值，进行全排列生成标参数组；
遍历所述标参数组，通过所述拌料运动模型进行拌料，依次获取所述标参数组中每个参数组所对应的颗粒分布数据；具体包括：
预设剔除比例阈值；
遍历所述标参数组并依次将单组参数输出至所述拌料运动模型；
根据单组参数调整所述拌料运动模型的拌料模拟作业，将颗粒模型抖落至落料区域；
获取所有落于所述落料区域内的颗粒模型基于落料区域的相对位置信息，将多个颗粒模型的相对位置信息集合定义为颗粒分布数据；
在拌料运动模型的拌料模拟作业运行一段时间之后，计算落于落料区域内的颗粒模型数量与参与拌料模拟作业的颗粒模型的总数量之间的参考比例：
当所述参考比例不大于所述比例阈值时，剔除该组参数，所述拌料运动模型进行下一组参数的拌料模拟作业；
当所述参考比例大于所述比例阈值时，保存颗粒分布数据，将当前参数组与颗粒分布数据关联；
根据各个参数组的颗粒分布数据计算拌料均匀性，将所述拌料均匀性符合要求的参数组输出；具体包括：
沿X轴方向等间距划分多个区间，获取每个区间内的烟草薄片模型的重心归属总量；
根据每个区间的重心归属总量实时输出烟草薄片的堆积形态柱状图；
计算当前堆积形态柱状图各柱与标准形态柱状图各柱之间的差值，并将所述差值依次进行动态标识；
计算所述差值的均方差，输出为拌料均匀性；根据所述差值随时间的变化输出均方差的变化曲线；
预设连续拌料的运行时间，预定义均匀性参考值、预定义参考值的波动范围；
当拌料运动模型在完成所述运行时间之后，下列条件均满足时，则输出当前拌料运动模型的参数组：所述拌料均匀性的数值小于所述参考值、所述变化曲线始终处于所述参考值的波动范围内；
对比所有符合要求的参数组的拌料均匀性表征数据，剔除边缘化参数组。
2.根据权利要求1所述的一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法，其特征在于，当拌料运动模型在完成全部参数组的拌料均匀性判定之后，还包括：
获取所有不符合所述拌料均匀性的参数组的最终堆积形态，计算其拌料均匀性，定义为终止拌料均匀性数值；
当终止拌料均匀性数值小于所述均匀性参考值时，将对应的参数组划入第二备用参数集合。
3.根据权利要求2所述的一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法，其特征在于，对比所有符合要求的参数组的拌料均匀性表征数据，剔除边缘化参数组，具体包括：
调取所有符合要求的参数组的变化曲线，将各组变化曲线与所述参考值的波动范围中值线拟合至同一坐标系中；
位于所述中值线之上的面积为正值，位于所述中值线之下的面积为负值，累加计算变化曲线基于所述中值线的参考面积；
将所述参考面积远离零值的边缘化参数组剔除，并划入第一备用参数集合。
4.一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化装置，其特征在于，应用权利要求1所述的一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法，所述装置包括：
模型搭建模块：建立拌料运动模型，预设颗粒模型在拌料运动模型上运行参数的变化范围，生成标参数组；
拌料运行模块：遍历标参数组，通过拌料运动模型进行拌料，依次获取标参数组中每个参数组所对应的颗粒分布数据；
数据处理模块：根据各个参数组的颗粒分布数据计算拌料均匀性，将拌料均匀性符合要求的参数组输出；
参数剔除模块：对比所有符合要求的参数组的拌料均匀性表征数据，剔除边缘化参数组。
5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111224629.0A CN114223921B (zh) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111224629.0A CN114223921B (zh) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114223921A CN114223921A (zh) | 2022-03-25 |
| CN114223921B true CN114223921B (zh) | 2023-01-31 |
Family
ID=80743158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111224629.0A Active CN114223921B (zh) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114223921B (zh) |
-
2021
- 2021-10-19 CN CN202111224629.0A patent/CN114223921B/zh active Active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 新型卸料斗及落料平整堆积仿真分析;袁建明等;《机械设计》;20200720;第37卷(第07期);第45-50页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114223921A (zh) | 2022-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mousaviraad et al. | Calibration and validation of a discrete element model of corn using grain flow simulation in a commercial screw grain auger | |
| Satish et al. | Can fractal features be used for recognizing 3-d partial discharge patterns | |
| CN109146301B (zh) | 一种分段式烟支烟丝分布均匀性评价方法和系统 | |
| CN112036085B (zh) | 一种轧钢燃耗参数推荐方法、系统、介质及终端 | |
| CN115860592B (zh) | 一种石膏砌块的质量检测评估方法及系统 | |
| CN115311410A (zh) | 沥青混合料三维离散元模型构建方法、存储介质及设备 | |
| CN114223921B (zh) | 一种烟草薄片连续拌料的影响参数优化方法及装置 | |
| CN110013048B (zh) | 一种适用于细支卷烟的烟丝结构确定方法和装置 | |
| CN116880428B (zh) | 基于动态控制的保温板材生产管理系统 | |
| Tekeste et al. | Discrete element model calibration using multi-responses and simulation of corn flow in a commercial grain auger | |
| Liu et al. | Modeling and optimization of a tablet manufacturing line | |
| CN105136623A (zh) | 基于势能变化定量表征颗粒下落后堆积偏析状态的方法 | |
| CN113642938A (zh) | 一种智能化生产管理方法及系统 | |
| CN114118629A (zh) | 车间布局的优化管理方法、装置、计算机介质和电子设备 | |
| CN112345387B (zh) | 基于图像分析的测量煤样坚固性的方法及系统 | |
| CN112765843A (zh) | 除尘器的结构设计方法及装置、存储介质、计算机设备 | |
| Zhang et al. | Simulation and experiment on the falling pattern of fresh tea leaves based on discrete elements | |
| CN101866368B (zh) | 利用近红外光谱技术进行卷烟叶组配方计算机辅助设计的方法 | |
| CN110874609B (zh) | 基于用户行为的用户聚类方法、存储介质、设备及系统 | |
| CN113343537B (zh) | 一种定宽压力机定宽过程狗骨截面形状预测及评价方法 | |
| CN115660608A (zh) | 一种一站式的创新创业孵化方法 | |
| CN115972639A (zh) | 光扩散板制备系统控制方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN113358742B (zh) | 一种路基压实评价方法、装置、设备及可读存储介质 | |
| CN112577971B (zh) | 一种检测方法、系统及设备 | |
| CN112782036A (zh) | 网格化箱内片烟密度偏差率的表征方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |