[發明專利]一種礦石纖維成分精確設計方法及系統

有效

• 申請號: 202210631975.9
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114707368B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 于守富;趙明;劉鑫;郎玉冬;趙謙;陳陽;匡寧
• 申請（專利權）人: 南京玻璃纖維研究設計院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C60/00;G06F111/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發明公開了一種礦石纖維成分的精確設計方法及系統，方法包括：采集不同地區的幾種礦石纖維成分，作為成分設計的原材料；將不同地區礦石纖維的配比作為需求解的未知量、期望設計的礦石纖維成分作為輸入，構建多目標優化模型；基于不同地區礦石纖維的配比，為模型添加限制條件；通過“自適應NSGA?GA”算法對多目標優化模型進行求解：即根據礦石纖維成分的誤差容忍值，通過可行解集與期望成分的誤差，自適應的選擇NSGA?Ⅲ算法中的參數，并得到可行解集。再通過貪婪最佳優先算法在可行解集中尋找最優解，作為最終礦石纖維配比。本發明較傳統的多元方程組模型、傳統的單目標優化模型和傳統的多目標優化模型，具有更高的準確性和效率。

技術領域

本發明屬于礦石纖維成分設計領域，特別涉及一種礦石纖維成分精確設計方法及系統。

背景技術

玄武巖是由火山噴發出的巖漿冷卻后凝固而成的一種致密狀或泡沫狀結構的天然巖石，經熔融、拉絲等工序可以形成礦石纖維，具有耐磨、吃水量少、導電性能差、抗壓性強、壓碎值低、抗腐蝕性強、瀝青粘附性等優點，被廣泛應用在各個行業中。但是由于礦石纖維的原料來自地球熔巖，不同地區礦石的化學成分具有較大的波動，構成礦石的氧化物組分含量的波動范圍甚至可以達到10%。礦石纖維原料組分的波動性導致了礦石纖維的性能波動較大，影響了產品的穩定性，使其在高端領域上的規模化應用受到限制。

目前，為提高資源利用率及降低成本，行業發展趨勢是采用單一或幾種不同純天然礦石纖維礦料均化后進行生產，符合礦石纖維產業號稱“零排放”的特點，即使用不同地區的幾種礦石纖維按一定比例進行搭配以達到期望的礦石纖維的成分含量，不同成分可看作不同目標，則此問題就是一種多目標優化問題，但是實際情況中多個目標往往是相互作用、相互制約、各目標之間的量綱又不同，所以所有目標函數同時到達最優解的情況很少。而實際生產中又很難客觀評價多目標解的優劣性，只能通過對各個目標函數進行加權等處理，使得目標函數值盡可能被接受。復雜的多目標變量限制了不同地區純天然礦石纖維原料的搭配后仍能滿足期望礦石纖維含量的需求。材料基因技術是一種基于數據驅動的解決多目標優化問題的方法，材料基因技術高通量多目標計算為礦石纖維成分的精準設計提供了新的研究路徑，對實際生產具有重要的指導意義。

現有的礦石纖維成分設計方法有如下三種：

（1）求解多元一次方程組法

將不同地區礦石配比作為未知量，期望達到的礦石纖維各成分含量作為等式條件可以構建多元一次方程組，其具體形式如下所示：

其中表示第i個地區礦石纖維的配比，i=1,...,n，n表示地區總數；表示第i個地區礦石纖維中第j個成分的含量，j=1,...,m，m為成分總個數， 表示期望設計礦石纖維中第j個成分的期望值。

此方程組的結構清晰簡潔，但是會出現如下兩點情況：一是方程組的解會隨著n與m的變化出現含有唯一解、無窮解、無解三種情況，而且在現實生產中大概率會出現方程組無解的情況；二是方程組由于沒有限制條件，得到的礦石纖維配比解可能會出現大于1小于0的不滿實際生產的情況，而且配比解的和往往難以等于1。

（2）單目標優化法

單目標優化的形式一般為：