一種卷煙制絲過程煙片預處理段在線監測和故障診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及卷煙制絲過程煙片預處理段在線監測和故障診斷技術，尤其設及松散 回潮機和一次加料機的在線監測和故障診斷方法。
【背景技術】
[0002] 煙草是國家的重要經濟力量和稅收來源，我國煙草稅收占政府財政收入的8%~ 10%。由于煙草行業全球化、新的法律法規W及外部環境的重大變化，卷煙工業企業面臨愈 來愈嚴峻的競爭壓力和社會壓力，逐步提升卷煙產品質量控制和設備預知性維修水平，是 實現卷煙工業企業"設備狀態可控及高效運行"目標的有效途徑和必然趨勢。
[0003] 卷煙生產過程屬于典型的流程制造批次過程，根據生產計劃所預定的產品牌號和 批次號進行煙絲和煙支的生產。卷煙生產包含制絲和卷包兩大主要過程，其中制絲過程根 據煙葉原料的特性，依次經過煙片預處理、制葉絲、滲配加香等工藝流程，將片煙制成合格 煙絲的過程。
[0004] 目前，針對卷煙制絲過程煙片預處理段關鍵設備的在線監測和故障診斷研究主要 W連續過程單變量統計過程控制方法為基礎，面向生產過程監控需求，利用彩虹圖和過程 能力指數對處于高溫高濕條件的煙片預處理段過程變量進行分析和診斷。文獻"Mis虹a B,DangayachGS.Performanceimprovementthroughstatisticalprocesscontrol:a longitudinalstudy[J].InternationalJournalofGlobalisationandSmall Business, 2009, 3(1) : 55-72"介紹了統計過程控制方法在巧泊爾卷煙廠的應用實施，有效 提高了設備的過程能力指數。為了提高制絲質量監控精度，上海卷煙廠"張敏，童億剛， 戴志淵，等.SPC技術在制絲質量管理中的初步應用[J].煙草科技，2004,巧"首 次嘗試應用統計過程控制技術，建立了一套過程加工能力評價系統，解決了實際過程能力 指數偏低的問題。為了推動企業精細化制造，長沙卷煙廠"黃勝，李建輝，張永川.長沙 卷煙廠SPC系統的應用實踐[J].中國煙草學報，2008, 14(S1): 14-17"提出了卷煙企業應 用統計過程控制的原則，并介紹了統計過程控制系統在制絲過程的應用情況及成效。為了 確保制絲過程工藝參數的穩定，山西昆明煙草有限公司"李文泉，趙文田，李文斌.統計 過程控制技術SPC在煙草制絲生產中的應用[J].機械工程與自動化，2009,巧）：116-118" 應用統計過程控制技術建立了制絲質量監控系統，保證了煙絲質量的一致性和穩定性。為 了提高企業質量管理水平，術州卷煙廠"羅江，劉強斌.SPC系統在卷煙工業企業質量管理 中的應用實踐[J].產業經濟，2011，（3) :67-72"從應用流程、主要功能、數據有效性等方 法對統計過程控制系統進行了詳細設計，利用彩虹圖和過程能力指數對制絲過程進行監控 和分析。為了保證卷煙同質化生產和持續提升產品質量，南昌卷煙廠"李鐵軍，楊得強， 李強.SPC系統在卷煙制絲工藝質量控制的應用[J].中國質量，2013,（4):87-88"構建了 集數據采集、過程監控、過程分析、異常處理、質量考評等于一體的統計過程控制系統，實現 制絲過程關鍵工序和重點參數的監測和診斷。針對卷煙生產企業加工過程缺乏統一的質 量過程水平參數評價系統的問題，基于統計過程控制技術，青島卷煙廠"朱敏，王培琢，張 學禮，等.基于統計過程控制的卷煙品控系統[J].化C&FA，2014,（3):58-62"提出了從車 間現場實時質量控制、質量部口數據分析到企業質量決策的=層生產過程質量控制系統， 實現了制絲和卷包全過程質量管理。為了實現卷煙生產過程的全過程監控和追溯，杭州卷 煙廠"錢杰，徐進，季埼，等.制造執行系統在煙草企業中的應用[J].機械制造與自動 化，2014, 43 (2) : 147-149"建立了制造執行系統，通過對制絲管控系統、卷包數字化管理系 統和質量檢測分析系統數據的有效集成和分析，采用彩虹圖和過程能力指數對制絲過程進 行監控和分析。此外，文獻"紀盛強，程晶晶，李郡.基于SPC和神經網絡的卷煙制絲生產 質量監控方法研究[J].工業控制計算機，2011，24(12) :65-68"針對卷煙制絲過程現有統 計過程控制系統監控方法存在的問題，提出適合在線監控的移動窗口式控制圖，并分別建 立了用于控制圖模式識別和質量缺陷原因診斷的兩個BP神經網絡模型，有效提高了控制 圖的識別效率、增加了質量監控的有效性。
[0005] 卷煙制絲過程已積累的海量運行數據尚未充分利用，普遍存在"數據豐富、信息缺 乏"的問題，上述研究更多的是關注某一葉片產品牌號同一批次內的過程特性變化，僅僅局 限于單一時間軸的研究，沒有考慮卷煙制絲生產過程屬于連續制造批次過程的本質特性， 缺乏對批次軸上動態信息的有效分析，不能準確揭示不同葉片產品牌號W及不同生產批次 間各種過程變量的動態性，無法監測和診斷過程變量之間的復雜關聯關系變化，使得當前 煙片預處理段中，單變量統計過程控制方法監測和診斷結果的可靠性和準確性有待提高。
【發明內容】
[0006] 為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種卷煙制絲過程煙片預處理段在線 監測和故障診斷方法，該方法將面向批次過程的=維數據分析方法引入卷煙制絲過程煙片 預處理段的在線監測和故障診斷中，通過T2、SPE兩個多元統計量在線監測故障，通過貢獻 圖方法確定引起故障的主要過程變量，較好地解決了多批次、慢時變、操作時間不確定W及 產品多樣性導致的煙片預處理段監測和診斷結果可靠性、準確性不高的問題。
[0007] 本發明所采用的具體技術方案如下；
[000引一種卷煙制絲過程煙片預處理段在線監測和故障診斷方法，包括：
[0009] 1)獲得不同葉片產品牌號不同生產批次的松散回潮W及加料設備的運行數據，對 于某一產品牌號具有I個生產批次、J個測量變量和K個采樣點，得到的數據可W表述為一 個=維數據矩陣；
[0010] 2)=維數據矩陣按照屬性展開的方式得到二維數據矩陣，對二維數據矩陣進行均 值中屯、化和方差歸一化處理，獲得某一產品牌號監測模型的建模數據X(IKXJ);
[ocm] 3)對不同產品牌號的建模數據X(IKXJ)進行PCA分解，建立多模型結構的PCA監 測模型；
[0012] 4)離線計算不同產品牌號監測模型的T2、SPE監測統計量，根據相同產品牌號不同 生產批次的T2值服從F分布、SPE值服從X2分布，確定一定置信度下各個監測模型的T2和S陽控制限；
[001引 W在線監測時，實時采集松散回潮化及加料設備的過程數據x。。，aXJ)，根據當前 產品類型調用相應的PCA監測模型，計算數據X。。，(1XJ)對應的t2統計量和SPE統計量；實 時比較兩個統計量指標與其各自的控制限，如果兩個統計量指標都位于控制限W內，表明 過程和設備運行正常，如果至少其中一個統計量指標超出控制限，表明過程和設備有異常 狀況；
[0014] 6)當檢測到過程和設備有異常狀況時，計算各個過程變量對超限統計量的貢獻 值，其中貢獻較大的變量被初步確