[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于PCA-Cpk的冷連軋生產(chǎn)線服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710035596.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106845826B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高智勇;高建民;姜洪權(quán);陳富民;江遙;梁澤明;馬冬媛;高瑞琪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q10/06
• 分類(lèi)號(hào): G06Q10/06;G06Q50/04;G07C3/00;G06K9/62
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于PCA?Cpk的冷連軋生產(chǎn)線服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估方法，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理、T²統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和T²控制限計(jì)算、服役質(zhì)量指數(shù)計(jì)算與系統(tǒng)服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估三個(gè)步驟給出冷連軋生產(chǎn)線的服役質(zhì)量指數(shù)，能夠?qū)溥B軋生產(chǎn)線服役質(zhì)量狀態(tài)做出準(zhǔn)確評(píng)估，對(duì)系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)做出預(yù)警預(yù)報(bào)，預(yù)防事故發(fā)生，指導(dǎo)維修維護(hù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)服役質(zhì)量狀態(tài)監(jiān)控與分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于PCA-Cpk的冷連軋生產(chǎn)線服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估方法。

背景技術(shù)

冷連軋機(jī)是冶金行業(yè)中控制系統(tǒng)最復(fù)雜、自動(dòng)化程度最高、精度要求最嚴(yán)的裝備之一，它在一定程度上代表了國(guó)家鋼鐵工業(yè)技術(shù)發(fā)展的水平。冷連軋生產(chǎn)線的服役質(zhì)量狀態(tài)直接影響所軋制面板的精度，不僅如此，不能準(zhǔn)確得知生產(chǎn)線的服役質(zhì)量狀態(tài)，將帶來(lái)極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，所以，對(duì)生產(chǎn)線服役質(zhì)量狀態(tài)的評(píng)估十分必要。冷連軋生產(chǎn)線屬于復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，生產(chǎn)線在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)積累大量工藝、電氣等數(shù)據(jù)，然而如何利用這些數(shù)據(jù)去評(píng)價(jià)生產(chǎn)線的服役質(zhì)量狀態(tài)，尚缺乏有效手段。傳統(tǒng)的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估主要分為三類(lèi)，即基于模型的、基于知識(shí)的和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。基于模型的分析方法以系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立系統(tǒng)的解析模型，以系統(tǒng)輸入推導(dǎo)出系統(tǒng)輸出。基于知識(shí)的方法以該領(lǐng)域?qū)＜业膯l(fā)式經(jīng)驗(yàn)為核心，建立知識(shí)庫(kù)并推理出系統(tǒng)狀態(tài)，如專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊推理等。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法不建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，也不過(guò)分依賴(lài)先驗(yàn)知識(shí)，直接利用系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行信息處理獲知系統(tǒng)狀態(tài)。

冷連軋生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)參數(shù)通常在幾十到數(shù)百個(gè)，采集間隔時(shí)間為毫秒級(jí)。當(dāng)今國(guó)內(nèi)冷連軋生產(chǎn)線基本都采取單變量超差預(yù)警方式，直接給參數(shù)設(shè)置控制限，超過(guò)該控制線則報(bào)警，該預(yù)警方式過(guò)于片面，不能反映整條生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)，甚至有的生產(chǎn)線完全憑工人經(jīng)驗(yàn)判斷其服役質(zhì)量狀態(tài)。

主成分分析(PCA)方法是一種多變量統(tǒng)計(jì)方法，常用于過(guò)程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，該方法最終以T²統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和變量貢獻(xiàn)圖來(lái)分析設(shè)備故障情況，但是實(shí)際生產(chǎn)中數(shù)據(jù)量大，PCA所得結(jié)果是若干圖表，必須經(jīng)過(guò)技術(shù)人員再分析才能判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。過(guò)程能力指數(shù)(Cpk)表示過(guò)程平均值與目標(biāo)值的偏離程度，但是在服役質(zhì)量評(píng)估領(lǐng)域，目標(biāo)值設(shè)置困難。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于PCA-Cpk的冷連軋生產(chǎn)線服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估方法，以冷連軋生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以多元傳感器信息融合為理論依據(jù)，提出服役質(zhì)量指數(shù)以實(shí)時(shí)評(píng)估冷連軋生產(chǎn)線的服役質(zhì)量狀態(tài)，評(píng)估運(yùn)行狀態(tài)更加簡(jiǎn)潔，減少了人工處理信息的繁瑣步驟，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：包括以下步驟：

1)從冷連軋生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中提取服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)，建立原始矩陣，并對(duì)原始矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

2)利用主成分分析方法對(duì)步驟1)標(biāo)準(zhǔn)化后的原始矩陣進(jìn)行信息融合，得到T²統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和T²控制限；

3)以步驟2)得到的T²統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和T²控制限，采用過(guò)程能力指數(shù)計(jì)算公式計(jì)算服役質(zhì)量指數(shù)，用所得服役質(zhì)量指數(shù)與指數(shù)目標(biāo)值比較，通過(guò)計(jì)算服役質(zhì)量指數(shù)落在目標(biāo)指數(shù)的區(qū)間來(lái)評(píng)價(jià)生產(chǎn)線的服役質(zhì)量狀態(tài)，指數(shù)數(shù)值越大代表服役質(zhì)量狀態(tài)越好。

所述步驟1)選取冷連軋生產(chǎn)線正常運(yùn)行時(shí)的服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，建立標(biāo)準(zhǔn)模式庫(kù)，選取當(dāng)前冷連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)作為測(cè)試集，分別建立訓(xùn)練集原始矩陣和測(cè)試集原始矩陣，并分別對(duì)訓(xùn)練集原始矩陣和測(cè)試集原始矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

所述步驟1)中服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)包括電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、力、位移和溫度數(shù)據(jù)，所述原始矩陣的行數(shù)代表所選服役質(zhì)量狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)的條數(shù)，原始矩陣的列數(shù)代表每條數(shù)據(jù)包含的變量個(gè)數(shù)。

所述步驟1)中標(biāo)準(zhǔn)化處理包括數(shù)據(jù)中心化和方差歸一化處理，計(jì)算公式如下：