復雜生產過程質量控制的智能方法研究.pdf

1、質量作為社會經濟發(fā)展的關鍵因素之一，越來越受到社會各界的重視。隨著科學技術的發(fā)展，實現(xiàn)日漸復雜生產過程的質量管理成為研究者們關注的重大課題。質量管理是根據(jù)所制定的質量方針，通過質量策劃、質量控制、質量保證和質量改進來實現(xiàn)產品或服務的全部活動。過程質量控制作為質量控制的關鍵部分，是實現(xiàn)產品創(chuàng)造的主要階段，因而保證過程質量是實現(xiàn)質量管理的一種有效途徑。隨著現(xiàn)代生產過程的日益復雜，其過程具有數(shù)據(jù)高維、非線性，過程模型不確定和各子過程相互干擾并

2、呈現(xiàn)強耦合等特點，因而比傳統(tǒng)生產過程質量控制更為困難。本文通過復雜系統(tǒng)理論結合多元化、智能化等方向發(fā)展的質量控制方法，實現(xiàn)復雜生產過程的質量控制。
　　支持向量機是建立在統(tǒng)計學習理論的VC維理論和最小結構風險基礎上的一種機器學習智能方法。通過核函數(shù)實現(xiàn)非線性問題向線性問題的轉化，能較好的解決小樣本、非線性、高維數(shù)、局部最小等問題，具有很強的泛化能力。粒子群算法模擬鳥群捕食行為，其算法概念簡單，控制參數(shù)少，易于實現(xiàn)，同時兼有進化計算

3、和群智能優(yōu)化的特點，通過個體間的協(xié)作與競爭，實現(xiàn)對復雜空間最優(yōu)解的搜索。粒子群算法是解決整數(shù)非線性優(yōu)化問題、非線性連續(xù)優(yōu)化問題和組合優(yōu)化問題等方面的有效優(yōu)化工具。本文利用支持向量機作為建立復雜生產過程質量模型的工具，將粒子群算法及其改進算法應用于支持向量機參數(shù)優(yōu)化、模型最優(yōu)解選擇等問題中，從而實現(xiàn)復雜生產過程的質量控制。
　　針對復雜生產過程故障檢測問題，本文將小波包分析方法作為過程樣本數(shù)據(jù)的消噪工具，通過多層次劃分逼近原信號的方

4、法消除樣本數(shù)據(jù)中的噪音和干擾，提取高效的數(shù)據(jù)樣本，建立基于核主元分析的多變量統(tǒng)計過程監(jiān)控模型，實現(xiàn)非線性問題向線性問題的轉化，從而進行復雜生產過程的故障檢測。本文通過1個數(shù)值算例和TE復雜化工過程故障分析進行故障檢測研究，并與PCA和KPCA故障檢測方法進行對比研究，證明所提出方法的可行性和有效性。
　　控制圖作為統(tǒng)計過程控制的有效工具，控制圖模式的識別在處理復雜生產過程質量問題中發(fā)揮著重要的作用。針對目前識別較難的控制圖混合模式

5、，本文首先提取樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征和形狀特征值作為質量信息特征值，再利用主元分析方法進行第二次特征提取，得到高效的樣本數(shù)據(jù)信息。利用支持向量機泛化能力強、識別精度高的特點實現(xiàn)控制圖模式的多分類識別，同時采取自適應變異粒子群算法進行多分類支持向量機的參數(shù)優(yōu)化。本文提出利用六種控制圖基本模式和四種控制圖混合模式對所提出的模型進行分析，通過與神經網絡、支持向量機和主元分析-支持向量機這三種方法的對比試驗，結果表明本文所建立的控制圖模式識別方法能

6、取得更高的分類識別率，為控制圖模式識別研究提供一定的參考價值。
　　針對復雜生產過程的多輸入、多輸出、非線性的特點，提出了一種基于局部模型的多工況過程質量預測方法。首先利用K均值聚類方法進行復雜數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)復雜生產過程工況的劃分，利用所需樣本小、學習能力強的支持向量機回歸原理建立各工況下的局部模型，再利用自適應粒子群算法求得各局部模型最優(yōu)加權值，建立預測全局多模型，從而實現(xiàn)復雜生產過程的質量預測。通過TE過程的正常模式這一復雜過

7、程對所建立的多模型預測方法進行仿真預測，并與局部模型、BP神經網絡模型和支持向量機模型進行對比研究，結果表明本模型的預測效果相對其他預測方法較好，相對誤差控制在1％左右，同時表明其預測方法的可行性和有效性。
　　復雜生產過程很難用單純抽象的數(shù)學模型進行描述，生產商希望通過虛擬仿真的方式動態(tài)模擬生產過程，對生產過程的各質量因素進行分析，得到影響其質量問題的因素。本文在瀝青混合料生產過程的級配控制的數(shù)學模型框架下，利用Arena仿真軟

8、件建立人機交互式界面，根據(jù)實際生產情況進行參數(shù)設定，模擬特定情況下的瀝青混合料生產情況。并通過Arena軟件內嵌的編譯模塊，編寫不同的控制方法，實現(xiàn)瀝青混合料質量控制的多因素控制邏輯，并利用圖像輸出實時觀察生產狀態(tài)的變化。模型試驗結果表明系統(tǒng)優(yōu)化控制與控制策略相關，適合的控制策略能使系統(tǒng)大幅度降低質量問題，仿真控制方法為瀝青混合料級配的質量控制提供了很好的途徑，極大地縮短產品的試驗時間，及時控制級配偏差，有利于提高產品的整體質量，表明虛