多模态复杂工业生产过程运行状态评价方法的研究

Multi-mode production exists widely in complex industrial process. In order to obtain high-quality products and high economic benefits, online evaluation of the production running state has important significance. Online evaluation result is given through analyzing online data using mode identification, feature extraction and feature matching methods. When the production running state changes, it is possible to identify the changing magnitude and direction based on the analysis of online data and diagnosis the root causes of non-optimal running state. The project will further study the key issues in online evaluation of the production running state. We will attempt to make breakthroughs in these problems, such as feature extraction and matching of running state for offline modeling data, online evaluation of running state, and evaluation for transition production process, identification and judgment of gradient running state. The proposed methods and technology will be promoted into 1-2 typical complex industrial processes.

多模态复杂工业生产在现代社会中普遍存在,为了获得优质产品以及更高的经济效益，实现生产过程运行状态在线评价具有重要意义。生产过程运行状态在线评价就是根据在线获得的生产运行数据，通过模态识别、特征提取以及特征匹配等方法来实时评价生产过程的运行状态优劣，并且在生产过程运行状态发生改变时，能够识别出运行状态的变化并判断出运行状态的变化方向，以及在生产过程运行状态非优时，追溯出导致运行状态发生变化的主要原因。本项目深入研究多模态复杂工业生产过程运行状态评价中的关键问题，在离线建模数据的运行状态特征提取与匹配、运行状态的在线评价、过渡生产模态的运行状态评价以及渐变运行状态的识别与判别等关键技术上有所突破，并把提出的多模态过程运行状态评价方法和技术推广应用到1-2个典型的复杂工业生产过程。

多模态过程通常包含稳定模态和过渡模态，其中稳定模态是多模态生产中的主要生产过程，而过渡模态是两个稳定模态之间的过渡过程，起到链接不同稳定模态的桥梁的作用。鉴于稳定模态在多模态生产过程中的重要性，本项目首先针对该类单模态连续过程的运行状态评价及非优原因追溯问题开展了一些列的研究工作，如提出了针对过程变量之间具有线性/非线性相关关系的过程运行状态评价方法，解决了定性和定量变量共存情况下的过程运行状态评价问题。其次，本项目针对既包含稳定模态又包含过渡模态的多模态连续过程，提出了模态识别方法，提出了针对过程数据呈现高斯/非高斯分布的多模态过程运行状态评价方法，解决了定性和定量变量共存情况下的多模态流程工业过程的运行状态评价问题。再次，本项目针对一类特殊的多模态过程，即多时段间歇过程，提出了包含离线时段划分、评价建模、在线时段识别、在线评价及非优原因追溯的运行状态评价方法。最后，利用仿真包、现有试验平台和搭建半实物仿真平台等方式验证了所提方法的有效性和实用性。.依托本项目，在国内外核心期刊及重要国际会议上发表学术论文39篇，其中被 SCI 检索收录19篇、被 EI 检索收录20篇；授权国家发明专利4项；出版专著1部；培养出站博士后1名，培养并毕业硕士研究生19名，博士研究生5名；参加国际会议进行高水平的学术交流20余人次；邀请境外专家来华合作交流7人次；培养1名青年教师赴香港科技大学做访问学者。