[發明專利]一種用于鑄造生產過程混合多變量的監控方法

在審

• 申請號: 202111424681.0
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114167826A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 周建新;向觀兵;計效園;潘徐政;李文;殷亞軍;沈旭
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 王世芳;李歡

本發明涉及鑄造生產過程狀態監測領域，特別是涉及一種用于鑄造生產過程混合多變量的監控方法，一方面提供一種鑄造生產離線監控模型建立方法，包括數據采集步驟：采集鑄造過程工序正常運行的歷史數據作為樣本數據，對樣本數據進行預處理，得到處理數據；數據降維步驟：采用核主元分析方法對處理數據進行降維處理；數據描述步驟：采用SVDD對得分矩陣進行超球體描述，另一方面提供一種基于上述模型的混合多變量的監控方法，用于鑄造生產過程，包括樣本監測步驟、樣本降維步驟、樣本描述步驟和對比判別步驟，判別工序是否處于正常狀態。本發明解決了鑄造過程中變量監控單一，無法監控鑄造過程中存在高度相關性的多性能指標和過程變量的問題。

技術領域

本發明涉及鑄造生產過程狀態監測領域，特別是涉及一種用于鑄造生 產過程混合多變量的監控方法。

背景技術

鑄造行業是現代先進制造業重要的組成部分，推進鑄造智能化對發展 制造業也很重要。

熔模鑄造生產工序多且工序復雜，生產周期長，影響鑄件產品最終質 量的因素非常多。生產過程中人、機器、材料、方法、測量和環境等因素 都會對工序過程質量造成擾動，從而造成了產品質量的波動，同時顧客對 于鑄件質量要求卻越來越高，因此熔模制造質量管理是企業面臨的問題之 一。鑄造企業為了提高過程監控能力和產品質量，已經使用了傳統的統計 過程控制，在6σ原則的基礎上加入休哈特控制圖、CUMUS控制圖、EWMA 控制圖等對生產過程中部分重要的指標變量單獨進行監控，對單變量的監 控有較好的效果，一定程度上改進了產品質量。由于熔模鑄造工藝和影響 因素的復雜性，需要對產品多性能指標和過程變量進行監控，這些過程變 量之間存在高度的相關性，過程變量自身隨時間序列的相關性，僅采用單 變量統計過程控制無法準確識別。

影響像航空航天這類復雜熔模鑄件的質量的不確定因素眾多，為了研 究產品質量的波動，企業必須加強生產過程中質量管理的監測和控制，實 現對復雜熔模鑄件生產過程中每一個工序的重要工藝參數在線監測。當前 過程變量具有混合變量相關性，如何針對過程數據的非線性、非高斯、強 耦合的特點，從中準確提取能夠反映過程運行狀態優勢的異常信息，并加 以有效利用，成為鑄造生產過程混合多變量的監控的重要問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種用于鑄造生產過程 混合多變量的監控方法，旨在解決鑄造過程中變量監控單一，無法監控鑄 造過程中存在高度相關性的多性能指標和過程變量的問題。

為解決上述問題，按照本發明的一個方面，提供了一種鑄造生產離線 監控模型建立方法，包括如下步驟：

(1)數據采集步驟：采集鑄造過程工序正常運行時的歷史數據作為樣 本數據，所述樣本數據包括傳感數據和非傳感數據，對樣本數據進行預處 理，得到處理數據；

(2)數據降維步驟：采用核主元分析方法對處理數據進行降維處理， 通過高斯核函數將處理數據從其原始數據空間映射到特征空間，并計算得 到核矩陣，采用中心化方法對核矩陣進行修正，得到修正核矩陣，計算核 矩陣的特征向量，通過施密特正交化方法正交得到單位化特征向量，對其 結果用累計貢獻率法，獲得貢獻率大于預設值的主成分，在主成分所在的 核矩陣即主元空間計算得到得分矩陣；

(3)數據描述步驟：采用支持向量數據描述(SVDD)對得分矩陣進 行超球體描述，得到超球體模型，其中超球體的半徑作為評判統計量。

進一步的，步驟(1)數據采集步驟中預處理包括中心化處理和無量綱 化處理。

進一步的，預處理還包括采用指數加權移動平均法對傳感數據進行降 噪處理，去除傳感數據的時間序列相關性。

進一步的，步驟(1)數據采集步驟中樣本數據有復雜特性，包括非線 性、非高斯以及多工況。

按本發明的另一方面，提供一種基于上述模型的混合多變量的監控方 法，用于鑄造生產過程，包括如下步驟：