多模態(tài)過(guò)程統(tǒng)計(jì)建模及在線監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)多品種、多規(guī)格和高質(zhì)量產(chǎn)品迫切的市場(chǎng)需求，工業(yè)生產(chǎn)更加倚重于可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品的高效過(guò)程，并且生產(chǎn)運(yùn)行的安全性、可靠性已成為工程人員關(guān)注的焦點(diǎn)。但是，過(guò)程生產(chǎn)方案的變動(dòng)或者產(chǎn)品類型的改變會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)具有不同潛在過(guò)程特性的多種模態(tài)。多模態(tài)復(fù)雜過(guò)程的多變量、多工序、變量時(shí)變性、以及模態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間不確定等多種原因，導(dǎo)致面向多模態(tài)生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)分析及在線應(yīng)用更具挑戰(zhàn)性。
　　多模態(tài)生產(chǎn)的過(guò)程特性復(fù)雜，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征

2、亦更為豐富。本文基于多元統(tǒng)計(jì)方法，既考慮穩(wěn)定模態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)，又針對(duì)穩(wěn)定模態(tài)間的過(guò)渡模態(tài)的本身特點(diǎn)，建立過(guò)渡模態(tài)監(jiān)測(cè)模型。同時(shí)還從實(shí)際出發(fā)，全面考慮多元統(tǒng)計(jì)方法在多模態(tài)過(guò)程應(yīng)用時(shí)需要解決的幾個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題，譬如:數(shù)據(jù)分類、模態(tài)識(shí)別、特征提取等，提出一套系統(tǒng)解決多模態(tài)復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)的方案。
　　1.模態(tài)的識(shí)別。數(shù)據(jù)模態(tài)識(shí)別是對(duì)沒(méi)有模態(tài)指示信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行類別劃分。無(wú)論是離線建模還是在線監(jiān)測(cè)，識(shí)別出生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的模態(tài)信息，是整個(gè)多模態(tài)過(guò)程

3、監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)離線模態(tài)識(shí)別的問(wèn)題，利用變長(zhǎng)度滑動(dòng)窗口有詳略地提取過(guò)程特征，結(jié)合一定的過(guò)程知識(shí)，有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)穩(wěn)定模態(tài)和過(guò)渡模態(tài)的劃分;針對(duì)在線模態(tài)識(shí)別的問(wèn)題，從大量歷史數(shù)據(jù)中挖掘隱藏的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，結(jié)合過(guò)程的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，有效解決了對(duì)在線數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)模態(tài)類型的識(shí)別問(wèn)題。
　　2.穩(wěn)定模態(tài)的統(tǒng)計(jì)建模。針對(duì)穩(wěn)定模態(tài)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，提出一種基于數(shù)據(jù)分布特性的穩(wěn)定模態(tài)建模方法。該方法將數(shù)據(jù)分為高斯數(shù)據(jù)、非高斯數(shù)據(jù)以及既含有高斯信息又含非高斯信

4、息的混合數(shù)據(jù)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的分布特性，自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方法準(zhǔn)確描述過(guò)程信息，更準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定模態(tài)的過(guò)程監(jiān)測(cè)。
　　3.過(guò)渡模態(tài)的統(tǒng)計(jì)建模。與穩(wěn)定模態(tài)相比，過(guò)渡模態(tài)具有動(dòng)態(tài)的過(guò)程特性，變量及變量相關(guān)關(guān)系均呈現(xiàn)一種變化趨勢(shì)。根據(jù)過(guò)渡模態(tài)其自身的特點(diǎn)，利用能夠充分反映過(guò)渡過(guò)程動(dòng)特性的多批次過(guò)渡生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)的相對(duì)變化信息，實(shí)現(xiàn)過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)特征提取，提出了多段子模型聯(lián)合的建模方法準(zhǔn)確描述過(guò)渡模態(tài)的動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)而有效的解決了過(guò)渡模

5、態(tài)監(jiān)測(cè)的難題。
　　4.新模態(tài)的添加。操作條件或生產(chǎn)環(huán)境的改變會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)新的運(yùn)行模態(tài)，為了提高過(guò)程監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的適應(yīng)性能，需要及時(shí)添加未建模的新模態(tài)監(jiān)測(cè)模型。利用過(guò)程數(shù)據(jù)信息、過(guò)程監(jiān)測(cè)指標(biāo)變化以及專家知識(shí)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)故障模態(tài)和新模態(tài)的區(qū)分，然后利用有限的建模數(shù)據(jù)，建立粗略的新模態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)模型，解決了由于未建模新模態(tài)無(wú)法監(jiān)測(cè)導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量無(wú)法保障的問(wèn)題;同時(shí)根據(jù)不斷積累的新模態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)新模態(tài)模型的更新，進(jìn)而達(dá)到

6、能夠準(zhǔn)確描述新模態(tài)特性的目的。
　　5.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。結(jié)合前面提出的模態(tài)識(shí)別和建模方法，提出了多模態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架及主要功能，以連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程為例，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)具有模態(tài)識(shí)別、過(guò)程監(jiān)測(cè)、故障診斷及歷史故障查詢等幾部分功能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于算法的驗(yàn)證、完善與實(shí)施。
　　上述方法針對(duì)多模態(tài)復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)及故障診斷的關(guān)鍵科學(xué)和共性技術(shù)問(wèn)題，提出了有效的穩(wěn)定模態(tài)與過(guò)渡模態(tài)的在線與離線識(shí)別方法，以及穩(wěn)定模態(tài)與過(guò)渡模態(tài)