CN115354144B - 一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法，涉及智能评价与控制技术领域，以淬火过程运行历史数据为基础，找到人工记录合格板形对应的原料信息和淬火机操作参数，构建案例库。然后，将钢板的厚度、宽度、长度、生产时间作为特征参数，计算案例库中的案例与当前生产情况的加权欧式距离。最后，根据欧氏距离在案例库中检索最相似的源案例，将源案例对应的淬火机操作参数作为当前生产情况淬火机的操作参数进行设定。在实际生产中，认为在同一规格的板材连续多次使用的一组操作参数为良好的案例，以此为规则更新案例库；降低了试错成本，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于中厚板淬火生产过程领域，涉及智能评价与控制技术，具体是一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法。
背景技术
中厚板是指厚度处于4mm-25mm范围内的钢板，对综合性能和表面质量要求高，被广泛应用于工程机械、石油化工等行业，是极其重要的钢材品种之一。随着生产技术的不断发展，市场对板材产品的要求越来越高。调质热处理工艺可以提升板材的强度、韧性、组织均匀性、疲劳强度等综合性能，是高端板材产品生产过程中必不可少的重要工艺。淬火则是热处理工艺中强化中厚板的主要手段，连续辊式淬火机利用水作为冷却介质，在板材以恒定速度通过淬火机时，通过上下冷却喷嘴将水喷射在高温钢板表面，使板材快速降温发生马氏体相变，以满足板材的性能要求。
淬火过程冷却强度大，板材上下表面的冷却速率较难控制，易出现冷却不均匀的情况，造成钢板内部温度分布不均匀，产生严重的残余应力，使钢板发生翘曲变形，影响后续材料的动态使用性能和生产使用。若变形程度比较小，可通过后续矫直工序改善板形，但延长了生产周期；若变形程度比较大，则较难通过其他手段调整板材的平直度，会被判定为废钢。
在实际生产中，现场的操作人员会根据钢板的原料参数，即钢种、规格等信息，依靠经验对淬火机操作参数(辊缝、辊速、冷却上水量、冷却水比)进行设定，以期获得良好的板形。然而板材的种类、规格繁多，对应许多种操作参数组合，人工经验设定参数的方式具有较强的主观性和经验性，存在一定的生产隐患。因此，发明一种能合理设定淬火机操作参数的方法，提高板形的合格率，对淬火生产过程生产效率的提高、材料浪费的减少具有重大意义；
为此，提出一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法，该一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法以淬火过程运行历史数据为基础，找到人工记录合格板形对应的原料信息和淬火机操作参数，构建案例库。然后，将钢板的厚度、宽度、长度、生产时间作为特征参数，计算案例库中的案例与当前生产情况的加权欧式距离。最后，根据欧氏距离在案例库中检索最相似的源案例，将源案例对应的淬火机操作参数作为当前生产情况淬火机的操作参数进行设定。在实际生产中，认为在同一规格的板材连续多次使用的一组操作参数为良好的案例，以此为规则更新案例库；降低了试错成本，提高了生产效率。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法，包括以下步骤：
步骤一：收集淬火过程运行历史数据，并对历史数据进行预处理，获得历史生产钢板的样本数据；
步骤二：人工对样本数据中的钢板板形进行标记，并选择标记为“合格”的样本数据统一构建为案例库；
步骤三：从案例库中筛选出满足当前生产案例厚度条件的样本案例；将钢板的厚度、宽度、长度、生产时间作为特征参数并进行归一化处理，计算归一化后的案例库中的样本案例与当前生产案例特征参数的加权欧式距离；
步骤四：在案例库中筛选出加权欧氏距离最小的3组源案例，将源案例对应的淬火机操作参数作为当前生产情况淬火机的操作参数进行设定；
步骤五：在实际生产中，在同一规格的板材连续若干次使用的一组操作参数为良好的案例，将该操作参数更新至案例库；
其中，所述样本数据为人工提取有板形结果的生产数据，数据的采样间隔为5秒，选择钢板淬火开始的生产过程数据作为该钢板的样本数据；
样本数据中的钢板板形根据人工测量的淬火后板材缺陷类型和对应的不平直度，将板形标记分别为：
如果缺陷类型为头翘或尾翘，不平直度小于等于4mm/m，则板形质量为“合格”；
如果缺陷类型为头翘或尾翘，不平直度大于4mm/m，则板形质量为“不合格”；
如果缺陷类型为其他类型，不平直度小于等于5mm/m，则板形质量为“合格”；
如果缺陷类型为其他类型，不平直度大于5mm/m，则板形质量为“不合格”；
所述案例库中包含的标记为“合格”的样本数据包括板形的原料参数、状态参数以及淬火机操作参数；
将当前生产案例板材厚度标记为Tn，将案例库中的样本案例板材厚度标记为Ts；其中，s表示样本案例；所述厚度条件为0.8*Tn<Ts<1.2*Tn；即从案例库中筛选出满足0.8*Tn<Ts<1.2*Tn的样本案例；
所述对厚度、宽度、长度以及生产时间进行归一化处理的方式为使用公式(1)进行计算：
其中，y为归一化后的输出，x为输入特征参数，[ymin,ymax]为映射范围，取[-1,1]，(xmin,xmax)为输入数据集的最小值和最大值；
其中，所述计算归一化后的案例库中的样本案例与当前生产案例特征参数的加权欧式距离的方式为使用公式(2)进行计算：
其中，ds为当前生产案例板材与样本案例的加权欧式距离，a1、a2、a3以及a4是根据实际经验设置的厚度、宽度、长度以及生产时间的预设权重；Wn、Ln以及Tn分别为当前生产案例板材的宽度、长度以及生产时间，Ws、Ls以及Ts分别为样本案例s的宽度、长度以及生产时间；
在一个优选的实施例中，步骤五中所述更新案例库包括以下步骤：
步骤S1：定义计数器C＝0；
步骤S2：在生产过程中，从板材种类、钢板规格厚度、宽度以及长度等信息判断当前板材是否与前一块板材原料信息一致；判断条件为：
其中，Gn和Gp分别为当前生产案例的板材种类和前一块板材的种类；Tp、Wp以及Lp分别为前一块板材的厚度、宽度以及长度；
步骤S3：若生产情况发生变化，则将计数器C置零；若未发生变化，则进一步判断当前板材使用的淬火机操作参数是否与前一块板材所使用的淬火机操作参数相同；若相同，则计数器C加一，反之则计数器C置零；所述生产情况发生变化可以为生产出的板材中出现不合格板材；
步骤S4：重复步骤S2-S3；当C＝k；则可以认为该生产情况较稳定，淬火后板材板形良好，使用的淬火机操作参数具有较高的可再用性，即能够作为一组优秀的案例，将此淬火机操作参数新增在案例库中；并将C重置为0；其中，k为根据实际经验设置的计数器阈值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以淬火过程运行历史数据为基础，找到人工记录合格板形对应的原料信息和淬火机操作参数，构建案例库。然后，将钢板的厚度、宽度、长度、生产时间作为特征参数，计算案例库中的案例与当前生产情况的加权欧式距离。最后，根据欧氏距离在案例库中检索最相似的源案例，将源案例对应的淬火机操作参数作为当前生产情况淬火机的操作参数进行设定。在实际生产中，认为在同一规格的板材连续多次使用的一组操作参数为良好的案例，以此为规则更新案例库；降低了试错成本，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法，包括以下步骤：
步骤一：收集淬火过程运行历史数据，并对历史数据进行预处理，获得历史生产钢板的样本数据；
步骤二：人工对样本数据中的钢板板形进行标记，并选择标记为“合格”的样本数据统一构建为案例库；
步骤三：从案例库中筛选出满足当前生产案例厚度条件的样本案例；将钢板的厚度、宽度、长度、生产时间作为特征参数并进行归一化处理，计算归一化后的案例库中的样本案例与当前生产案例特征参数的加权欧式距离；
步骤四：在案例库中筛选出加权欧氏距离最小的3组源案例，将源案例对应的淬火机操作参数作为当前生产情况淬火机的操作参数进行设定；
步骤五：在实际生产中，在同一规格的板材连续若干次使用的一组操作参数为良好的案例，将该操作参数更新至案例库；
其中，所述样本数据为人工提取有板形结果的生产数据，数据的采样间隔为5秒，选择钢板淬火开始的生产过程数据作为该钢板的样本数据；所述生产数据包括板材种类、钢板厚度、钢板宽度、钢板长度、钢板温度、第i段辊缝(i＝1,2,3,4)、辊速、第j组喷嘴上水量、下水量和阀门开关信号(j＝1,2,3,4,5,6,7,8,9)、板形等；
样本数据中的钢板板形根据人工测量的淬火后板材缺陷类型和对应的不平直度，将板形标记分别为：
如果缺陷类型为头翘或尾翘，不平直度小于等于4mm/m，则板形质量为“合格”；
如果缺陷类型为头翘或尾翘，不平直度大于4mm/m，则板形质量为“不合格”；
如果缺陷类型为其他类型，不平直度小于等于5mm/m，则板形质量为“合格”；
如果缺陷类型为其他类型，不平直度大于5mm/m，则板形质量为“不合格”；
所述案例库中包含的标记为“合格”的样本数据包括板形的原料参数、状态参数以及淬火机操作参数；
将当前生产案例板材厚度标记为Tn，将案例库中的样本案例板材厚度标记为Ts；其中，s表示样本案例；所述厚度条件为0.8*Tn<Ts<1.2*Tn；即从案例库中筛选出满足0.8*Tn<Ts<1.2*Tn的样本案例；
所述对厚度、宽度、长度以及生产时间进行归一化处理的方式为使用公式(1)进行计算：
其中，y为归一化后的输出，x为输入特征参数，[ymin,ymax]为映射范围，取[-1,1]，(xmin,xmax)为输入数据集的最小值和最大值；
其中，所述计算归一化后的案例库中的样本案例与当前生产案例特征参数的加权欧式距离的方式为使用公式(2)进行计算：
其中，ds为当前生产案例板材与样本案例的加权欧式距离，a1、a2、a3以及a4是根据实际经验设置的厚度、宽度、长度以及生产时间的预设权重；Wn、Ln以及Tn分别为当前生产案例板材的宽度、长度以及生产时间，Ws、Ls以及Ts分别为样本案例s的宽度、长度以及生产时间；
在一个优选的实施例中，步骤五中所述更新案例库包括以下步骤：
步骤S1：定义计数器C＝0；
步骤S2：在生产过程中，从板材种类、钢板规格厚度、宽度以及长度等信息判断当前板材是否与前一块板材原料信息一致；判断条件为：
其中，Gn和Gp分别为当前生产案例的板材种类和前一块板材的种类；Tp、Wp以及Lp分别为前一块板材的厚度、宽度以及长度；
步骤S3：若生产情况发生变化，则将计数器C置零；若未发生变化，则进一步判断当前板材使用的淬火机操作参数是否与前一块板材所使用的淬火机操作参数相同；淬火机操作参数包括辊缝、辊速、上喷嘴水量、水比等参数；若相同，则计数器C加一，反之则计数器C置零；所述生产情况发生变化可以为生产出的板材中出现不合格板材或板材种类、板材厚度、板材宽度以及板材长度发生变化；
步骤S4：重复步骤S2-S3；当C＝k；则可以认为该生产情况较稳定，淬火后板材板形良好，使用的淬火机操作参数具有较高的可再用性，即能够作为一组优秀的案例，将此淬火机操作参数新增在案例库中；并将C重置为0；其中，k为根据实际经验设置的计数器阈值；
可以理解的是，本发明利用实际运行数据构建的案例库和新增的案例，具有很高的可复制性，且均通过了实际生产的考验；在后续生产过程中，利用已有的案例数据，指导生产中的操作参数的设置；极大的促进了生产效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (5)
1.一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：收集淬火过程运行历史数据，并对历史数据进行预处理，获得历史生产钢板的样本数据；
步骤二：人工对样本数据中的钢板板形进行标记，并选择标记为“合格”的样本数据统一构建为案例库；
步骤三：从案例库中筛选出满足当前生产案例厚度条件的样本案例；将钢板的厚度、宽度、长度、生产时间作为特征参数并进行归一化处理，计算归一化后的案例库中的样本案例与当前生产案例特征参数的加权欧式距离；
所述厚度条件为0.8*Tn<Ts<1.2*Tn；其中，Tn为当前生产案例板材厚度，Ts为案例库中的样本案例板材厚度标记；
对厚度、宽度、长度以及生产时间进行归一化处理的方式为使用公式(1)进行计算：
其中，y为归一化后的输出，x为输入特征参数，[ymin,ymax]为映射范围，取[-1,1]，(xmin,xmax)为输入数据集的最小值和最大值；
计算归一化后的案例库中的样本案例与当前生产案例特征参数的加权欧式距离的方式为使用公式(2)进行计算：
其中，ds为当前生产案例板材与样本案例的加权欧式距离，a1、a2、a3以及a4是根据实际经验设置的厚度、宽度、长度以及生产时间的预设权重；Wn、Ln以及Tn分别为当前生产案例板材的宽度、长度以及生产时间，Ws、Ls以及Ts分别为样本案例s的宽度、长度以及生产时间；
步骤四：在案例库中筛选出加权欧氏距离最小的3组源案例，将源案例对应的淬火机操作参数作为当前生产案例淬火机的操作参数进行设定；
步骤五：在实际生产中，在同一规格的板材连续若干次使用的一组操作参数为良好的案例，并更新案例库。
2.根据权利要求1所述的一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法，其特征在于，所述样本数据为人工提取有板形结果的生产数据；数据的采样间隔为5秒，选择钢板淬火开始的生产过程数据作为该钢板的样本数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法，其特征在于，所述样本数据中的钢板板形根据人工测量的淬火后板材缺陷类型和对应的不平直度，将板形标记分别为：
如果缺陷类型为头翘或尾翘，不平直度小于等于4mm/m，则板形质量为“合格”；
如果缺陷类型为头翘或尾翘，不平直度大于4mm/m，则板形质量为“不合格”；
如果缺陷类型为其他类型，不平直度小于等于5mm/m，则板形质量为“合格”；
如果缺陷类型为其他类型，不平直度大于5mm/m，则板形质量为“不合格”。
4.根据权利要求1所述的一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法，其特征在于，所述案例库中包含的标记为“合格”的样本数据包括板形的原料参数、状态参数以及淬火机操作参数。
5.根据权利要求1所述的一种基于案例匹配的辊式淬火过程操作参数设定方法，其特征在于，所述更新案例库包括以下步骤：
步骤S1：定义计数器C＝0；
步骤S2：在生产过程中，从板材种类、钢板规格厚度、宽度以及长度判断当前板材是否与前一块板材原料信息一致；判断条件为：
其中，Gn和Gp分别为当前生产案例的板材种类和前一块板材的种类；Tp、Wp以及Lp分别为前一块板材的厚度、宽度以及长度；
步骤S3：若生产情况发生变化，则将计数器C置零；若未发生变化，则进一步判断当前板材使用的淬火机操作参数是否与前一块板材所使用的淬火机操作参数相同；若相同，则计数器C加一，反之则计数器C置零；
步骤S4：重复步骤S2-S3；当C＝k时，则将此时的淬火机操作参数新增在案例库中；并将C重置为0；其中，k为根据实际经验设置的计数器阈值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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