纺纱工艺在线设计与监控系统的技术探讨.pdf
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1、第2 5 卷第3 期 2 0 0 4 年6 月 纺织学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 5 。N o 3 J u n ,2 0 0 4 纺纱工艺在线设计与监控系统的技术探讨 丁志荣 ( 南通工学院,南通,2 2 6 0 0 7 ) 摘要:分析基于现场总线的纺纱工艺在线设计与监控系统的结构原理及其主要理论和技术,包括系统结构、工艺知识数据库建 立、类神经网络的工艺设计等关键理论和技术,对企业建立类似系统有参考价值。 关键词:现场总线纺纱数据库神经网络 中圈分类号:T s1 0 4 7 文献标识码:A文章编号:0 2 5 3
2、9 7 2 l ( 2 0 0 4 1 0 3 舢6 0 3 随着计算机硬件和网络技术的发展,计算机在 纺织领域的应用已从一般事务处理上升到生产过程 的监控和产品辅助设计。综观近两年国内外的国际 纺织机械展览及相关的综合报道,国外纺织机械及 纺织生产过程已经大量采用信息技术。例如:z i n s e r 公司的R I N G P I L O T 系统用于细纱机和络筒机的工 艺数据的监控;B e n n i n 卵r 公司的B E N T R O N I c 中央 电脑控制系统用于整经机上的工艺控制;M a h l o 公 司的O p t i p a cV M c 1 0 A 工艺控制系统用于纺
3、织生产 的监控;丰田公司R x I c O N c E 门高速环锭细纱机采 用信息技术监控细纱断头和锭子故障等。国内的纺 织机械及纺织生产过程也开始重视信息技术的应 用。例如:天津宏大纺机生产的F A 7 1 6 并纱机及 G A 0 3 6 络筒机采用变频调速,中央电脑工艺参数设 定;青岛宏大纺机生产的E S P E R OM L 自动络筒机, 采用综合监控电脑,用于控制络纱的工艺参数;上海 太平洋集团的基于现场总线的数据采集与远程诊断 系统已用于年产3 万t 涤纶短纤维设备等。 综合国内外的发展现状可以认为:1 ) 信息技术 的应用使纺织设备的自动化、智能化程度明显提高; 信息技术的应用将
4、成为改造纺织生产方式的重要手 段。2 ) 目前,纺织工艺设计与监控管理系统多以单 机或单工序为主,但它们已为全流程的控制提供了 坚实的硬件基础。在线设计与控制将改变纺织工业 传统的生产方式,使纺织工业生产能力获得新的突 破。因此,本文就基于现场总线的纺纱工艺在线设 计与监控系统的结构原理及其主要理论和技术加以 探讨,期待为企业建立类似系统提供参考。 1 系统功能需求分析 以纺纱生产过程为对象,为了实现全流程纺织 工艺自动设计,取消人工设计工艺的传统做法;使工 艺参数在线自动分发,整个生产线设备运转速度由 工艺设计中心集中自动调控,取消单机台手动调整 或人工更换变速齿轮的传统方式;并使生产过程在
5、 线集中监控,取消人工采样的离线做法,保证设备运 转稳定和产品质量。系统功能应包括:1 ) 计算机选 配原料根据成纱质量与原料性能的关系,建立 组合方案法2 。和回归数学模型,实现计算机选配原 料;2 ) 工艺智能设计依据工艺知识库的规则、纺 纱工艺设计模型及知识推理归纳和演绎的方法,实 现工艺智能设计。;3 ) 工艺监控通过企业 I n t m n e t 及生产现场总线,实现工艺分发和生产过程 监控;4 ) 工艺管理建立工艺台帐数据库,实现产 品、工艺、产量、设备等生产数据的维护和管理。 2 系统结构原理 根据系统功能需求,系统采用图l 所示的系统 结构。 图1 系统结构 在系统中,将工艺
6、设计和监控中心通过现场总 线与生产现场相连,并将中心的数据库与企业内部 网络相连。这种结构便于实施,既可实现工艺参数 在线设计和自动分发,实现由工艺设计中心集中自 动调控整个生产线设备运转状况和实现生产过程的 在线集中监控,又能实现信息共享、信息传递、讨论 交流、安全传输、远程访问等。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 4 年第3 期 纺织学报 【2 7 】 3 关键理论和技术探讨 纺纱过程是多机台、多工序的长流程,包括原料 选配、开松、
7、梳理、并合、牵伸、加捻、卷绕等多个环 节,涉及的工艺参数达数百个,而且,多数工艺参数 依赖于生产经验确定,少部分工艺参数可通过计算 求出,因此日常生产中工艺设计及管理的难度很大。 鉴于纺纱生产的这种特殊性,拟采用如下的理论和 技术实现系统功能。 3 1采用实体一关系模型( E R 模型) 建立纺纱工 艺设计知识库H 1 E R 模型作为一种概念模型,长期以来在数据 库的设计中被广泛应用。同样,在建立纺纱工艺设 计与监控系统的数据库时,可采集纺纱工艺设计规 则与经验,应用E R 模型方法,研究纺纱过程各个 实体的属性及其关系,通过对关系属性的语义深入 分析,在关系数据库基础上建立比较全面、实用的
8、而 且能够满足第三范式要求的纺纱工艺设计知识库。 3 2 采用规则推理或基因算法设计工艺参数和生 产过程监控 在建立了纺纱工艺设计知识库后,能够比较方 便地采用规则推理的方法设计纺纱工艺,即主要采 用I F T H E N 的方法设计工艺。本课题已采用I F T H E N 开发了工艺设计软件H 。 但,一般的规则推理难以设计出最合理的工艺参 数而且系统缺乏自学习功能,现在随着人工智能理 论及数据挖掘技术的发展,神经网络在纺织领域已 经得到应用“5 “o ,例如:分析纱线参数对织造的影 响、预测纱线强力、优化原料混比和优化工艺参 数等。 对于纺纱工艺优化设计,由于纺纱流程长,有必 要为各道工序
9、设计一个神经网络系统,例如针对细 纱工序,采用常用的B P 神经网络,如图2 所示。选 节点函数为s 型函数,即厂( 算) = l , 1 + e 一 ,对比 纺织专家设计的工艺与该神经网络系统输出的工 艺,对该神经网络系统进行训练,最终实现纺纱工艺 智能优化设计。值得注意的是神经网络系统的学习 训练可能需要较长的时间,所得结果一般为局部最 佳值。 基因算法是一种全新的最佳化空间搜索法,与神 经网络不同,它凭借不同的连接权值范围之间的交配 与突变,学习可以在新的地域开始。因此,采用基因 算法设计工艺参数,可能会使工艺设计更加合理。 3 3 采用现场总线( F i e l dB 吣) 技术 现场
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