多模態(tài)過程統(tǒng)計建模及在線監(jiān)測方法研究.pdf

1、近年來，隨著現(xiàn)代社會對多品種、多規(guī)格和高質量產(chǎn)品迫切的市場需求，工業(yè)生產(chǎn)更加倚重于可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品的高效過程，并且生產(chǎn)運行的安全性、可靠性已成為工程人員關注的焦點。但是，過程生產(chǎn)方案的變動或者產(chǎn)品類型的改變會導致生產(chǎn)過程出現(xiàn)具有不同潛在過程特性的多種模態(tài)。多模態(tài)復雜過程的多變量、多工序、變量時變性、以及模態(tài)轉換時間不確定等多種原因，導致面向多模態(tài)生產(chǎn)過程的統(tǒng)計分析及在線應用更具挑戰(zhàn)性。
　　多模態(tài)生產(chǎn)的過程特性復雜，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征

2、亦更為豐富。本文基于多元統(tǒng)計方法，既考慮穩(wěn)定模態(tài)過程監(jiān)測，又針對穩(wěn)定模態(tài)間的過渡模態(tài)的本身特點，建立過渡模態(tài)監(jiān)測模型。同時還從實際出發(fā)，全面考慮多元統(tǒng)計方法在多模態(tài)過程應用時需要解決的幾個重點問題，譬如:數(shù)據(jù)分類、模態(tài)識別、特征提取等，提出一套系統(tǒng)解決多模態(tài)復雜工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)測的方案。
　　1.模態(tài)的識別。數(shù)據(jù)模態(tài)識別是對沒有模態(tài)指示信息的數(shù)據(jù)進行類別劃分。無論是離線建模還是在線監(jiān)測，識別出生產(chǎn)數(shù)據(jù)對應的模態(tài)信息，是整個多模態(tài)過程

3、監(jiān)測中的關鍵問題。針對離線模態(tài)識別的問題，利用變長度滑動窗口有詳略地提取過程特征，結合一定的過程知識，有效的實現(xiàn)了對穩(wěn)定模態(tài)和過渡模態(tài)的劃分;針對在線模態(tài)識別的問題，從大量歷史數(shù)據(jù)中挖掘隱藏的經(jīng)驗知識，結合過程的當前運行狀態(tài)，有效解決了對在線數(shù)據(jù)對應模態(tài)類型的識別問題。
　　2.穩(wěn)定模態(tài)的統(tǒng)計建模。針對穩(wěn)定模態(tài)的數(shù)據(jù)特點，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，自動選擇對應的統(tǒng)計方法準確描述過程信息，更準確的實現(xiàn)了穩(wěn)定模態(tài)的過程監(jiān)測。
　　3.過渡模態(tài)的統(tǒng)計建模。與穩(wěn)定模態(tài)相比，過渡模態(tài)具有動態(tài)的過程特性，變量及變量相關關系均呈現(xiàn)一種變化趨勢。根據(jù)過渡模態(tài)其自身的特點，利用能夠充分反映過渡過程動特性的多批次過渡生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)的相對變化信息，實現(xiàn)過渡過程的動態(tài)特征提取，提出了多段子模型聯(lián)合的建模方法準確描述過渡模態(tài)的動態(tài)特性，進而有效的解決了過渡模

5、態(tài)監(jiān)測的難題。
　　4.新模態(tài)的添加。操作條件或生產(chǎn)環(huán)境的改變會導致生產(chǎn)過程中出現(xiàn)新的運行模態(tài)，為了提高過程監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的適應性能，需要及時添加未建模的新模態(tài)監(jiān)測模型。利用過程數(shù)據(jù)信息、過程監(jiān)測指標變化以及專家知識相結合的方法實現(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)過程監(jiān)測模型，解決了由于未建模新模態(tài)無法監(jiān)測導致生產(chǎn)質量無法保障的問題;同時根據(jù)不斷積累的新模態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對新模態(tài)模型的更新，進而達到

6、能夠準確描述新模態(tài)特性的目的。
　　5.系統(tǒng)的設計實現(xiàn)。結合前面提出的模態(tài)識別和建模方法，提出了多模態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的總體結構框架及主要功能，以連續(xù)退火機組生產(chǎn)過程為例，設計開發(fā)一個具有模態(tài)識別、過程監(jiān)測、故障診斷及歷史故障查詢等幾部分功能的實驗系統(tǒng)，用于算法的驗證、完善與實施。
　　上述方法針對多模態(tài)復雜工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)測及故障診斷的關鍵科學和共性技術問題，提出了有效的穩(wěn)定模態(tài)與過渡模態(tài)的在線與離線識別方法，以及穩(wěn)定模態(tài)與過渡模態(tài)