一种卷烟制丝过程烟片预处理段在线监测和故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及卷烟制丝过程烟片预处理段在线监测和故障诊断技术，尤其设及松散 回潮机和一次加料机的在线监测和故障诊断方法。
【背景技术】
[0002] 烟草是国家的重要经济力量和税收来源，我国烟草税收占政府财政收入的8%~ 10%。由于烟草行业全球化、新的法律法规W及外部环境的重大变化，卷烟工业企业面临愈 来愈严峻的竞争压力和社会压力，逐步提升卷烟产品质量控制和设备预知性维修水平，是 实现卷烟工业企业"设备状态可控及高效运行"目标的有效途径和必然趋势。
[0003] 卷烟生产过程属于典型的流程制造批次过程，根据生产计划所预定的产品牌号和 批次号进行烟丝和烟支的生产。卷烟生产包含制丝和卷包两大主要过程，其中制丝过程根 据烟叶原料的特性，依次经过烟片预处理、制叶丝、渗配加香等工艺流程，将片烟制成合格 烟丝的过程。
[0004] 目前，针对卷烟制丝过程烟片预处理段关键设备的在线监测和故障诊断研究主要 W连续过程单变量统计过程控制方法为基础，面向生产过程监控需求，利用彩虹图和过程 能力指数对处于高温高湿条件的烟片预处理段过程变量进行分析和诊断。文献"Mis虹a B,DangayachGS.Performanceimprovementthroughstatisticalprocesscontrol:a longitudinalstudy[J].InternationalJournalofGlobalisationandSmall Business, 2009, 3(1) : 55-72"介绍了统计过程控制方法在巧泊尔卷烟厂的应用实施，有效 提高了设备的过程能力指数。为了提高制丝质量监控精度，上海卷烟厂"张敏，童亿刚， 戴志渊，等.SPC技术在制丝质量管理中的初步应用[J].烟草科技，2004,巧"首 次尝试应用统计过程控制技术，建立了一套过程加工能力评价系统，解决了实际过程能力 指数偏低的问题。为了推动企业精细化制造，长沙卷烟厂"黄胜，李建辉，张永川.长沙 卷烟厂SPC系统的应用实践[J].中国烟草学报，2008, 14(S1): 14-17"提出了卷烟企业应 用统计过程控制的原则，并介绍了统计过程控制系统在制丝过程的应用情况及成效。为了 确保制丝过程工艺参数的稳定，山西昆明烟草有限公司"李文泉，赵文田，李文斌.统计 过程控制技术SPC在烟草制丝生产中的应用[J].机械工程与自动化，2009,巧）：116-118" 应用统计过程控制技术建立了制丝质量监控系统，保证了烟丝质量的一致性和稳定性。为 了提高企业质量管理水平，術州卷烟厂"罗江，刘强斌.SPC系统在卷烟工业企业质量管理 中的应用实践[J].产业经济，2011，（3) :67-72"从应用流程、主要功能、数据有效性等方 法对统计过程控制系统进行了详细设计，利用彩虹图和过程能力指数对制丝过程进行监控 和分析。为了保证卷烟同质化生产和持续提升产品质量，南昌卷烟厂"李铁军，杨得强， 李强.SPC系统在卷烟制丝工艺质量控制的应用[J].中国质量，2013,（4):87-88"构建了 集数据采集、过程监控、过程分析、异常处理、质量考评等于一体的统计过程控制系统，实现 制丝过程关键工序和重点参数的监测和诊断。针对卷烟生产企业加工过程缺乏统一的质 量过程水平参数评价系统的问题，基于统计过程控制技术，青岛卷烟厂"朱敏，王培琢，张 学礼，等.基于统计过程控制的卷烟品控系统[J].化C&FA，2014,（3):58-62"提出了从车 间现场实时质量控制、质量部口数据分析到企业质量决策的=层生产过程质量控制系统， 实现了制丝和卷包全过程质量管理。为了实现卷烟生产过程的全过程监控和追溯，杭州卷 烟厂"钱杰，徐进，季埼，等.制造执行系统在烟草企业中的应用[J].机械制造与自动 化，2014, 43 (2) : 147-149"建立了制造执行系统，通过对制丝管控系统、卷包数字化管理系 统和质量检测分析系统数据的有效集成和分析，采用彩虹图和过程能力指数对制丝过程进 行监控和分析。此外，文献"纪盛强，程晶晶，李郡.基于SPC和神经网络的卷烟制丝生产 质量监控方法研究[J].工业控制计算机，2011，24(12) :65-68"针对卷烟制丝过程现有统 计过程控制系统监控方法存在的问题，提出适合在线监控的移动窗口式控制图，并分别建 立了用于控制图模式识别和质量缺陷原因诊断的两个BP神经网络模型，有效提高了控制 图的识别效率、增加了质量监控的有效性。
[0005] 卷烟制丝过程已积累的海量运行数据尚未充分利用，普遍存在"数据丰富、信息缺 乏"的问题，上述研究更多的是关注某一叶片产品牌号同一批次内的过程特性变化，仅仅局 限于单一时间轴的研究，没有考虑卷烟制丝生产过程属于连续制造批次过程的本质特性， 缺乏对批次轴上动态信息的有效分析，不能准确揭示不同叶片产品牌号W及不同生产批次 间各种过程变量的动态性，无法监测和诊断过程变量之间的复杂关联关系变化，使得当前 烟片预处理段中，单变量统计过程控制方法监测和诊断结果的可靠性和准确性有待提高。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种卷烟制丝过程烟片预处理段在线 监测和故障诊断方法，该方法将面向批次过程的=维数据分析方法引入卷烟制丝过程烟片 预处理段的在线监测和故障诊断中，通过T2、SPE两个多元统计量在线监测故障，通过贡献 图方法确定引起故障的主要过程变量，较好地解决了多批次、慢时变、操作时间不确定W及 产品多样性导致的烟片预处理段监测和诊断结果可靠性、准确性不高的问题。
[0007] 本发明所采用的具体技术方案如下；
[000引一种卷烟制丝过程烟片预处理段在线监测和故障诊断方法，包括：
[0009] 1)获得不同叶片产品牌号不同生产批次的松散回潮W及加料设备的运行数据，对 于某一产品牌号具有I个生产批次、J个测量变量和K个采样点，得到的数据可W表述为一 个=维数据矩阵；
[0010] 2)=维数据矩阵按照属性展开的方式得到二维数据矩阵，对二维数据矩阵进行均 值中屯、化和方差归一化处理，获得某一产品牌号监测模型的建模数据X(IKXJ);
[ocm] 3)对不同产品牌号的建模数据X(IKXJ)进行PCA分解，建立多模型结构的PCA监 测模型；
[0012] 4)离线计算不同产品牌号监测模型的T2、SPE监测统计量，根据相同产品牌号不同 生产批次的T2值服从F分布、SPE值服从X2分布，确定一定置信度下各个监测模型的T2和S阳控制限；
[001引 W在线监测时，实时采集松散回潮化及加料设备的过程数据x。。，aXJ)，根据当前 产品类型调用相应的PCA监测模型，计算数据X。。，(1XJ)对应的t2统计量和SPE统计量；实 时比较两个统计量指标与其各自的控制限，如果两个统计量指标都位于控制限W内，表明 过程和设备运行正常，如果至少其中一个统计量指标超出控制限，表明过程和设备有异常 状况；
[0014] 6)当检测到过程和设备有异常状况时，计算各个过程变量对超限统计量的贡献 值，其中贡献较大的变量被初步确