CN1705921A - 用于监控并分析生产过程的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于监控并分析产品生产过程的方法。在本方法中,从生产过程测量大量变数,借助这些变数,根据良好和不良生产过程情况,在若干子生产过程中,对可运行性定义独特标记,然后存储在存储器中,把存储的独特标记与正常生产过程情况获得的独特标记比较,根据比较结果,定义记录的良好情况和瞬间生产过程情况之间之差,以图形向用户显示。

Description

用于监控并分析生产过程的方法
技术领域
本发明涉及一种用于监控并分析产品生产过程的方法,在该方法中:
从生产过程测量大量变数,
借助这些变数,按照良好生产过程情况,在至少两个子生产过程中,对可运行性定义独特标记,然后存储在存储器中,
把存储的独特标记与正常生产过程情况获得的独特标记比较,
根据比较结果,在每一子生产过程中,定义记录的良好情况和瞬间生产过程情况之间之差,以图形向用户显示。
背景技术
学习的神经网络能够对大量数据进行有效的分类,并能揭示测量的且大量数据的关联性和组别,而使用统计分析、数学模型、或逻辑规则,这一点是非常难以做到的。国际专利公开的WO 01/75222,公开了一种方法,该方法开发了一种神经网络,用于监控纸产品的生产过程,并给出关于神经网络的一般参考文献。按照试验,该专利公开的方法能够用于早在问题出现之前,例如网断裂出现之前,揭示生产过程已偏离最佳区。电化学测量最好用WO 01/25774公开的设备进行。
但是,该已知方法的使用,不能迅速地确定问题的原因,甚至当指数偏差出现时,还在考察神经网络的输入变数。原因不仅常常与单个输入变数的偏差有关,而是若干变数的有害组合。
实际上,已经发现,有许多问题的情况,常常伴随类似的状况。
发明内容
本发明针对一种新型产品生产过程中的方法的建立,借助该方法,能够比现有技术更容易和更精确地监控生产过程。本发明的特征在所附的权利要求书中陈述。本发明的出发点,是尽快找出问题的原因。按照本发明的观点,重要的是,检测的差被归因于十分专门的问题。该专门问题例如出现在制纸机械下述方面:
-在短循环中原料的混合
-在加压部分中毛毡的条件
-毛毡中的水平衡
-湿端的电化学状态
-总吸水量(total retention)
-干燥处理过程
-阶段变化时的生产过程状态
-“可运行性质量”监控-断裂、孔、和污点。
在颇大的程度上,这一现象是与机械特性有关的。对这些情况,可以记录负面情况的窄区域上的独特标记。
在一种制纸机械中,已经发现,没有对生产的立刻干预,加压部分的毛毡可能变得相当大程度的阻塞。但是,这种失效情况不能承受额外的打扰,因为如果毛毡需要额外的吸收容量,则由于该额外打扰,毛毡的吸收容量将不充分。在这种情况中,生产过程在监控器特性上,添加机械特有的专门指数,该指数定义子生产过程中检测的界定不想要的情况。按此方式,监控被检测的不良原料混合、某种电化学状态、和加压部分中的毛毡条件,并在必要时连接到生产过程的报警系统。常常是有时间改正这类问题的,因为打乱运行的因素往往要积累好几个小时。
最好是,每一生产过程,例如制纸机械的每一生产过程,被分为若干子生产过程,按照WO 01/75222公开的方法可以用于每一子生产过程。
最好是,处理每一神经网络的输出矢量,对每一指数建立一个标量的或其他单值的变数。不良的独特标记不仅可以用神经网络检测,而且还可以用更简单的逻辑电路检测,因为这些不良独特标记常常有十分精确定义的判据。但是,如果查找是对负面独特标记进行,则最佳的结果通常是用神经网络得到的,即使只有较少的输入变数。生产过程的现象常常是非线性的。
最好在本方法中使用多级的感知神经网络(MLP),它在在线条件中能发挥特别良好的作用。在学习阶段,例如尽可能使用反向传播神经网络。
本发明的其他优点和实施例,将在稍后结合应用例子说明。
附图说明
下面,将参照附图更详细地考察本发明,附图有:
图1按照本发明,结合制纸机械画出本方法的一般配置
图2画出制纸机械测量的数据结构中的步骤
图3画出制纸机械的信息分层结构
图4画出按照本发明的制纸机械环境中的设备。
具体实施方式
图1示意画出的制纸机械,包括:短循环1、头箱(head box)2、丝网(wire)部分3、加压部分4、干燥器部分5、和卷筒机部分6。当然,制纸机械起点各单元,对制纸机械运行性的影响,比终端各单元更大。每一部件的运行性指数,可以按公开的WO 01/75222中公开的方式形成。此外,该专利还使用了两个不良独特标记。
在一种制纸机械中,已经检测了特殊原料的负面作用。但特殊原料的负面作用能够非常容易识别,甚至可以从已有的测量结果中直接得到。可以把特殊原料的负面作用与报警连接,或把该指数设置成可检索的,例如仅在短循环指数偏离良好值时检索该指数。
在一种制纸机械中,已经发现,毛毡的阻塞引起至少一些网断裂。但是,很容易测量毛毡的条件并形成毛毡指数,甚至在该条件指数下降到设定极限以下时直接报警。不良生产过程情况的独特标记是窄区域的,最多包括六个输入变数。对一个毛毡指数,需要如下的数据:
-拾起挤压(pick-up press)真空箱中的压力
-拾起挤压充气阀的位置
-第一挤压(1st press)真空箱中的压力
-第一挤压充气阀的位置
此外,在启动阶段,最好使用特殊的启动混合,以保证平滑的启动。启动之后,按照生产配方,改变原料的混合。
还可以根据湿端的电化学测量,记录类似的不良独特标记,这些不良独特标记描述特定的“味觉指数”。还令人惊讶地发现,当评价已生产的纸质量时,把湿端的电化学测量考虑在内是明智的,尽管在此情形中,必须按十分费力的方式完成学习过程。当然,测量干纸中的任何电化学性质,几乎是不可能的,而且电化学性也不会大大影响干纸的性质。但是,在印刷机械中,情况是有差别的,其中例如油墨的吸收和浸润,与湿纸的电化学性质有关。纸的污染、纸在印刷机械中的传送、和印刷油墨/填料的粘附性,同样部分地与所述电化学性质有关。
在纸生产中,电化学性的影响一般包括:
-纸表面和胶体的化学性
-纸的结构
-使纸形成张
-化学添加剂的作用
-制纸机械的污染
-毛毡/织物的磨耗
-刮浆刀的操作
从以上可见,已生产的纸的性质,在某种程度上与生产纸所用原料的电化学性质有关。
负面的独特标记一般根据颇少的(3-6)一组变数。相反,良好的独特标记则根据一组许多变数(10-20),但该组变数常常能在研究阶段之后缩减。换句话说,当精细调整该监控和分析设备时,可以发现哪些变数是不那么重要的。
可以对生产过程中必须保持不变的变数(在制纸机械中,稠度、压力、温度、10-20项)构成个别的指数,使其中的一个背离它的设置值时,能够立刻被发现。
实际上,已经证明,多级感知神经网络(MLP)本身是神经网络最好的一种,因为它在在线操作中和生产过程环境中发挥优良的作用,这些过程中的现象是非线性的。在学习阶段,则最好使用反向传播神经网络。
一般说来,通过监控每一子生产过程的良好情况的独特指数,正确地保持运行性与质量。如果对特定不良独特标记有专门检测可用的话,则一旦出现偏差,那么失效或偏差的原因,一般将能相当快速地被发现。通过使用整个制纸机械共同的运行性指数,使监控更加容易,运行性指数中任何变化,表明必须查找引起该问题的子生产过程。
图2画出的原理简图表明,如何从上千个生产过程测量数据,缩减到开始时的8-16个指数,直至最后成为单个运行性指数及单个质量指数。构成湿端的短循环、头箱、和丝网部分等子生产过程,其中还有电化学测量。加压部分、干燥器部分、和卷筒机(pope)构成制纸机械的干端。对每一子过程形成个别的指数,再从这些个别指数形成整个制纸机械共同的运行性指数。
在一种制纸机械中,在添加杀虫剂的同时,出现7%(正常值是25%)低的废纸量的组合中,观察到毛毡的磨光。这一有害组合容易用负面独特标记跟踪。跟踪的最简单形式,是用逻辑电路(与门、或门、非门),从少量状态数据形成负面独特标记。在这种情形中通常也需要神经网络,因为许多生产过程现象是非线性的,使用神经网络是方便的,特别是在学习阶段(在该情况中,生产过程是变化的)。
图3按照本发明,画出制纸机械测量信息的更详细的分层结构。根据制纸机械的已有测量(数千个I/O输入)和特定的电化学测量,形成100-200个生产过程数据。对电化学测量,有一个(头箱)或多个测量单元10。在一个实施例中,对每一种原材料分支有一个单元(TMP、机械纸浆(mechanical pulp)、木浆(block)、除油墨原料、废纸、和循环水)。
图3中标明的需要的子生产过程指数是:从所述子生产过程数据形成的纸浆、原材料、添加剂、电化学性(味觉)、头箱、丝网部分、加压部分、毛毡、干燥器部分、和卷筒机。
从这些子生产过程数据,为每一操作者和专家形成个别的数据窗。这些操作者和专家是:纸浆员、机械员、自动化专家、毛毡供应员、和化学品供应员。
同时在图3中标明的有:运行性指数和已制成的纸质量指数,前者描述整个制纸机械的运行,后者是从基本指数和可能的补充质量测量计算的。实际上,从电化学导出的质量指数中的任何偏差,将至少引起削弱纸的可印刷性和/或填料永久性的报警。
这些指数最好是从两个或多个相继的子生产过程计算,以便确定因果关系。这一步是在研究阶段开发的,例如,通过形成不适当组合的负面独特指数来开发。在系统启动的研究阶段中,还可以把一组神经网络输入变数显著减少。
图4画出一种按照本发明的制纸机械环境中的设备。该系统与现有的纸厂数据通信网络20、数据系统21连接,还连接到纸厂工作站24。纸厂系统通过子网络20.1包括:湿端(2、3、4)和干端(4、5)的控制系统。按照本发明的系统,不仅收集纸厂生产过程的信息(从单元21),而且还从它自身的电化学单元10收集数据。为了这些数据,把数据链路服务器22和实际神经网络处理单元23连接到纸厂网络20。这些单元都是十分常见的工业PC单元。数据链路服务器22从单元10和纸厂生产过程数据单元21收集电化学数据,供神经网络中处理使用。因此,该处理单元从链路服务器22接收处理单元的所有数据。
该系统的一个特别的特征,是远程控制单元25,借助该远程控制单元,能够远程控制并训练该神经网络。此外,也能够远程控制各测量单元。远程控制借助使用两侧的防火墙形成的VPN(虚拟专用网络),通过公共数据网络(互连网)连接。借助远程控制,有经验的人士能够迅速解决生产过程问题,并能有效地改变该系统。测量单元的远程控制,可监控测量单元以及系统的其余部分。这是特别有利的,特别是在启动阶段。远程控制可用于实现公开在WO 01/25774中的操作,以便校正每一个传感器并正确地设置传感器的值。一旦极化曲线已经运行时,远程控制能用于设置每一电极的基本电平。
按照本发明的系统,一般能用于监控各种工业生产过程。这些生产过程包括去油墨设备中的生产过程控制,和化学、采矿、食品工业中的生产过程,以及废水净化和清洁水的生产中的生产过程。

Claims (6)

1.一种用于监控并分析生产过程的方法,在该方法中:
从生产过程测量大量变数,
借助这些变数,按照良好生产过程情况,对可运行性定义独特标记,然后存储在存储器中,
把存储的独特标记与正常生产过程情况获得的独特标记比较,
根据比较结果,定义记录的良好情况和瞬间生产过程情况之间之差,以图形向用户显示,
其特征在于,把根据良好情况的定义按若干子生产过程分离,据此,根据不良生产过程情况,在选择的子生产过程中对可运行性至少定义一个专门的指数,以便检测机械特有的临界情况。
2.按照权利要求1的制纸机械中的方法,其特征在于,所述专门指数与下述因素之一有关:
-在短循环中的原料混合
-在加压部分中的毛毡条件
-湿端的电化学状态。
3.按照权利要求1或2的方法,其特征在于,根据不良生产过程情况的独特标记,它的区域基本上比根据良好生产过程情况的独特标记更窄。
4.按照权利要求1-3任一项的方法,其特征在于,根据不良生产过程情况的独特标记,是从最多六个,最好是从3-6个变数计算的。
5.按照权利要求1-4任一项的使用神经网络的方法,其特征在于,根据良好生产过程情况的独特标记,是在训练阶段从至少十个,最好是从10-20个变数计算的。
6.按照权利要求1-5任一项的使用神经网络的方法,其特征在于,该系统是在远程控制下使用的。
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