專利名稱：多變量工藝優(yōu)化和分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面向橡膠混煉生產(chǎn)過程中、控制排膠性能的多變量工藝優(yōu)化和分析方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)各類汽車的銷售量大幅增加，這就給輪胎生產(chǎn)廠家提供了大量商機(jī)，同時(shí)也對(duì)輪胎制造工藝提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)要求。
現(xiàn)有橡膠密煉技術(shù)雖可以基本滿足煉膠生產(chǎn)需求，但對(duì)于具有更高難度和復(fù)雜性的混煉生產(chǎn)，尚缺乏行之有效的工藝優(yōu)化和分析技術(shù)。目前在排膠控制環(huán)節(jié)上，整個(gè)混煉過程中工藝步驟制訂和參數(shù)設(shè)定起到?jīng)Q定性的作用，工藝優(yōu)化和分析結(jié)果會(huì)直接影響到對(duì)于混煉膠門尼粘度指標(biāo)的控制，因而是保證煉膠排膠成功與否的關(guān)鍵。
現(xiàn)有排膠控制環(huán)節(jié)，都是由工藝人員根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)、輔以少量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定生產(chǎn)工藝。因而受人為主觀影響較大，難以確保工藝的最優(yōu)性。而且一旦流程和工況發(fā)生變化，往往工藝優(yōu)選和改進(jìn)具有相當(dāng)?shù)臏笮?，無法對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)狀況進(jìn)行事先評(píng)估，從而造成生產(chǎn)波動(dòng)大、質(zhì)量難以有效控制等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法，提供排膠性能參數(shù)與多變量自動(dòng)分析優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)混煉膠質(zhì)量指標(biāo)分析職能而設(shè)計(jì)提供合格率、門尼平均值等數(shù)值參數(shù)的優(yōu)選方法，并將優(yōu)選結(jié)果信息以線性回歸方程曲線的形式加以體現(xiàn)，供修訂工藝流程時(shí)使用。
混煉過程的影響因素是諸多的，因此最好的排膠方法應(yīng)該是多變量的組合排膠條件。
設(shè)定組合排膠條件是較為困難的，本發(fā)明所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法，是在選擇單變量工藝排膠條件的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算溫度/時(shí)間/功率/能量與門尼粘度值之間的敏感程度(通過方程斜率)，來確定排膠設(shè)定條件是否恰當(dāng)。
其中，通過計(jì)算溫度/時(shí)間/功率/能量與門尼之間的線性回歸方程曲線(除了設(shè)定為排膠變量之外的各變量)，分別判斷各回歸方程對(duì)門尼的敏感程度(通過方程斜率)，可以幫助工藝人員確定排膠設(shè)定條件是否恰當(dāng)。若各變量與門尼(基本上)都是不敏感的，則說明相應(yīng)配方的排膠變量選擇是合適的；若多數(shù)變量與門尼的輸出提示都是敏感的，則需要考慮更改排膠變量，其具體的設(shè)定值可以通過回歸曲線得到。
具體地，單變量排膠條件的分析流程是第一步，設(shè)定除排膠變量之外的其他單一變量，做為與門尼參數(shù)建立敏感分析曲線的分析變量；第二步，選擇輸入待分析的變量值數(shù)據(jù)組并判斷是否為單變量；若是，則調(diào)用回歸迭代算法流程和數(shù)據(jù)預(yù)處理流程；若否，則重復(fù)執(zhí)行本步驟；第三步，與門尼值敏感程序分析，包括判斷是否門尼合格率大于85％；同時(shí)，回歸迭代方程模型的斜率是否＞0.45％；若是，則輸出為分析曲線的參數(shù)值；若否，則舍棄掉；第四步，按上述步驟分別建立溫度、時(shí)間、功率和能量的分析曲線并輸出。
在歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的支持下，將混煉過程的各動(dòng)作點(diǎn)，例如提上頂栓，投膠料、投炭黑、投油料點(diǎn)、投小藥點(diǎn)和排膠點(diǎn)等，對(duì)混煉膠質(zhì)量、混煉時(shí)間和能耗的影響及時(shí)分析出來，并給予直觀和形象地顯示供工藝人員參考。從而可以輔助工藝人員正確了解各混煉參數(shù)對(duì)混煉程度影響力的大小，從而為工藝人員調(diào)整混煉工藝和確定新的混煉規(guī)程提供可靠的參考。使混煉工藝過程經(jīng)常保持最佳狀態(tài)，最大程度的減少煉膠過程中混煉工藝條件的波動(dòng)對(duì)膠料質(zhì)量的影響，保證膠料質(zhì)量的均一性，同時(shí)降低能耗，縮短混煉時(shí)間，提高煉膠效率。
所以，單變量影響力分析流程可以設(shè)定為第一步，選取預(yù)分析配方的數(shù)據(jù)組，確定相應(yīng)的優(yōu)化變量和目標(biāo)變量值，其中門尼粘度做為默認(rèn)選擇的目標(biāo)變量；第二步，選取配方所涉及動(dòng)作點(diǎn)的排膠變量；第三步，建立目標(biāo)變量與優(yōu)化變量之間的模型，調(diào)用回歸迭代算法流程；第四步，調(diào)用門尼粘度值計(jì)算流程。
基于上述流程控制的多變量優(yōu)化流程第一步，優(yōu)化目標(biāo)的選擇，即從門尼粘度、混煉時(shí)間、混煉能量中選擇一個(gè)或多個(gè)；第二步，優(yōu)化參數(shù)選取動(dòng)作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的變量值，包括有溫度、功率或能量；第三步，建立優(yōu)化目標(biāo)與優(yōu)化變量之間的函數(shù)模型；第四步，顯示各優(yōu)化變量的模型系數(shù)，并通過上述優(yōu)化計(jì)算將動(dòng)作點(diǎn)的相應(yīng)變量與目標(biāo)變量的相互間的影響關(guān)系以圖形顯示。


圖1是單變量排膠條件性能分析流程圖；圖2是單變量工況分析流程圖；圖3是單變量影響力分析流程圖；圖4是多變量優(yōu)化流程圖；圖5是回歸迭代算法流程圖；圖6是數(shù)據(jù)預(yù)處理流程示意圖；圖7是門尼粘度值計(jì)算流程圖；
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法，如圖1所示，設(shè)定單變量排膠條件性能分析流程是1、設(shè)定除排膠變量之外的其他單一變量，做為與門尼參數(shù)建立敏感分析曲線的分析變量，選取溫度、時(shí)間T、功率P、能量E；2、選擇輸入待分析的變量值數(shù)據(jù)組并判斷是否為單變量；若是，則調(diào)用回歸迭代算法流程(如圖5所示)、以及數(shù)據(jù)預(yù)處理流程(如圖6所示)，即將變量值進(jìn)行減均值除方差運(yùn)算；若否，則重復(fù)執(zhí)行上述第2步驟；3、與門尼值敏感程序分析，包括判斷是否門尼合格率＞85％、且回歸方程模型斜率＞0.45％；若是，證明變量值是不敏感的，則輸出為分析曲線的參數(shù)值；若否，說明該變量值是敏感的，則舍棄、使之成為無效參數(shù)。
4、按上述流程分別建立溫度、時(shí)間T、功率P、能量E的分析曲線并輸出。
應(yīng)用上述單變量排膠條件性能分析流程，如圖2所示，單變量工況分析流程是A、選定建立門尼敏感分析曲線的變量值數(shù)據(jù)組；B、確定并顯示排膠方式；C、調(diào)用回歸迭代算法流程(如圖5所示)、以及數(shù)據(jù)預(yù)處理流程(如圖6所示)，即將變量值進(jìn)行減均值除方差運(yùn)算；D、引用上述回歸迭代算法流程計(jì)算后的變量值和輸入的自變量數(shù)據(jù)，建立回歸直線和曲線圖；E、顯示上述變量值對(duì)應(yīng)的門尼值代入回歸迭代算法流程，并顯示門尼值計(jì)算結(jié)果。
其中，如圖6所示，數(shù)據(jù)預(yù)處理流程是第一步，輸入質(zhì)檢和過程控制數(shù)據(jù)，以確定樣本數(shù)m，變量數(shù)n，并將計(jì)數(shù)值初始為0。其中變量為能夠準(zhǔn)確反映橡膠密煉程度的有效變量，如溫度、功率、能量等數(shù)值；第二步，建立m*n的數(shù)據(jù)矩陣，并將參數(shù)設(shè)為1，即初始化矩陣為m*1的數(shù)據(jù)模型；第三步，逐一計(jì)算所有提供樣本中的各變量的均值和方差；第四步，判斷在所有提供的樣本(m)中是否有大于均值三倍方差以上的樣本。若有，則將該樣本設(shè)為以后比較的均值，同時(shí)將計(jì)數(shù)值累計(jì)增加1；若無，則繼續(xù)判斷此第四步流程，直至全部判斷完；第五步，判斷計(jì)數(shù)累計(jì)值是否大于樣本數(shù)m的5％。若有，則刪除初始化矩陣為m*1的數(shù)據(jù)模型，進(jìn)而重新從第二步進(jìn)行；若無，則輸出該樣本矩陣。
如圖3所示，對(duì)于混煉過程的各動(dòng)作點(diǎn)對(duì)混煉膠質(zhì)量、混煉時(shí)間和能耗的影響力分析流程是①讀取預(yù)分析配方的數(shù)據(jù)組，確定相應(yīng)的優(yōu)化變量和目標(biāo)變量值。
其中，門尼粘度做為默認(rèn)選擇的目標(biāo)變量。除此之外，還可根據(jù)需要選擇如混煉時(shí)間、混煉能量等，但每次僅對(duì)一個(gè)優(yōu)化指標(biāo)進(jìn)行分析。選擇優(yōu)化變量是除目標(biāo)變量之外的所有能夠反映橡膠密煉過程的有效變量，如動(dòng)作點(diǎn)的溫度、功率、能量等。
②選取配方所涉及動(dòng)作點(diǎn)的排膠變量；③建立目標(biāo)變量與優(yōu)化變量之間的模型，即調(diào)用回歸迭代算法流程(如圖5所示)；④調(diào)用門尼粘度值計(jì)算流程(圖7)；如圖7所示，門尼粘度值在線計(jì)算流程是利用已經(jīng)建立的PLS模型，根據(jù)混煉過程變量信息，在線計(jì)算、預(yù)報(bào)膠料的門尼粘度。
其中，輸入?yún)?shù)是回歸系數(shù)R、P、負(fù)載W，以及預(yù)報(bào)使用的混煉過程變量X；輸出參數(shù)是膠料門尼粘度預(yù)報(bào)值Yp，即PLS成分。
初始化時(shí)，wm＝W的行數(shù)，h＝W的列數(shù)；m＝X的行數(shù)，n＝X的列數(shù)；Yp＝
m*1，T＝
m*H，而T(，k)表示T矩陣的第k列，其他以此類推。
⑤根據(jù)模型計(jì)算各優(yōu)化變量對(duì)目標(biāo)變量的影響力，選取絕對(duì)值最大的系數(shù)，并將各系數(shù)對(duì)其進(jìn)行相對(duì)化處理；④按照用戶要求，以柱狀圖形式顯示各優(yōu)化變量的影響力分析。根據(jù)各因素的影響大小，結(jié)合當(dāng)前工況，來決定通過穩(wěn)定哪個(gè)參數(shù)來穩(wěn)定混煉過程，或是通過調(diào)整哪幾個(gè)參數(shù)來改進(jìn)混煉過程。
綜合上述單變量排膠條件性能分析流程、工況分析流程和影響力分析流程，如圖4所示，多變量優(yōu)化流程主要包括以下內(nèi)容利用多變量優(yōu)化機(jī)理、在已有數(shù)據(jù)庫支持下，將混煉過程加料點(diǎn)對(duì)混煉膠質(zhì)量、混煉時(shí)間和能耗的影響及時(shí)分析出來，從而可以輔助工藝人員判斷是否需要對(duì)加料點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，確定提栓條件的參數(shù)。
(1)優(yōu)化目標(biāo)的選擇，即從下列優(yōu)化目標(biāo)中選擇一個(gè)或多個(gè)門尼粘度、混煉時(shí)間、混煉能量；(2)優(yōu)化參數(shù)選取加料點(diǎn)對(duì)應(yīng)的變量，即提栓(包括上到位和浮動(dòng))動(dòng)作點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的變量值，包括有溫度、功率和能量；(3)多變量優(yōu)化流程是①讀取預(yù)分析配方樣本數(shù)據(jù)，相應(yīng)批次優(yōu)化變量、優(yōu)化目標(biāo)值；②建立優(yōu)化目標(biāo)與優(yōu)化變量之間的函數(shù)模型；③顯示各優(yōu)化變量的模型系數(shù)。
④通過上述優(yōu)化計(jì)算，將提栓動(dòng)作點(diǎn)的相應(yīng)變量與目標(biāo)變量的影響相互關(guān)系，以柱狀圖顯示。
權(quán)利要求
1.一種多變量工藝優(yōu)化和分析方法，其特征在于單變量排膠條件的分析流程是第一步，設(shè)定除排膠變量之外的其他單一變量，做為與門尼參數(shù)建立敏感分析曲線的分析變量；第二步，選擇輸入待分析的變量值數(shù)據(jù)組并判斷是否為單變量；若是，則調(diào)用回歸迭代算法流程和數(shù)據(jù)預(yù)處理流程；若否，則重復(fù)執(zhí)行本步驟；第三步，與門尼值敏感程序分析，包括判斷是否門尼合格率大于85％；同時(shí)，回歸迭代方程模型的斜率是否＞0.45％；若是，則輸出為分析曲線的參數(shù)值；若否，則舍棄掉；第四步，按上述步驟分別建立溫度、時(shí)間、功率和能量的分析曲線并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法，其特征在于單變量影響力分析流程是第一步，選取預(yù)分析配方的數(shù)據(jù)組，確定相應(yīng)的優(yōu)化變量和目標(biāo)變量值，其中門尼粘度做為默認(rèn)選擇的目標(biāo)變量；第二步，選取配方所涉及動(dòng)作點(diǎn)的排膠變量；第三步，建立目標(biāo)變量與優(yōu)化變量之間的模型，調(diào)用回歸迭代算法流程；第四步，調(diào)用門尼粘度值計(jì)算流程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法，其特征在于多變量優(yōu)化流程第一步，優(yōu)化目標(biāo)的選擇，即從門尼粘度、混煉時(shí)間、混煉能量中選擇一個(gè)或多個(gè)；第二步，優(yōu)化參數(shù)選取動(dòng)作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的變量值，包括有溫度、功率或能量；第三步，建立優(yōu)化目標(biāo)與優(yōu)化變量之間的函數(shù)模型；第四步，顯示各優(yōu)化變量的模型系數(shù)，并通過上述優(yōu)化計(jì)算將動(dòng)作點(diǎn)的相應(yīng)變量與目標(biāo)變量的相互間的影響關(guān)系以圖形顯示。
全文摘要
本發(fā)明所述的多變量工藝優(yōu)化和分析方法，提供排膠性能參數(shù)與多變量自動(dòng)分析優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)混煉膠質(zhì)量指標(biāo)分析職能而設(shè)計(jì)提供合格率、門尼平均值等數(shù)值參數(shù)的優(yōu)選方法，并將優(yōu)選結(jié)果信息以線性回歸方程曲線的形式加以體現(xiàn)，供修訂工藝流程時(shí)使用。
文檔編號(hào)B29B7/30GK1616205SQ200310105640
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者王海清, 高彥臣, 焦清國, 李平, 張君峰 申請(qǐng)人:青島高校軟控股份有限公司