上世纪70年代以来,能源问题日益凸显,光伏发电技术成为各国研究重点。此外,随着世界工业进程的推进,我国于2015年启动《中国制造2025》战略,推动以智能制造为核心的制造革命。如何实现光伏产业生产线的量化、优化与智能化成为了光伏行业的研究前沿。本论文针对串焊过程质量检测抽检不稳定、代表性差等过程能力指数(Process capability index,CPK)薄弱问题,提出了基于生产过程的质量在线实时监测、预测和协同优化方法,将事后检测转化为事中检测,将质量抽检转化为全部检测。本论文在介绍智能生产线过程质量大数据分析与协同优化的研究背景意义的基础上,对工业大数据、面向质量的数据关联分析与建模技术、质量标定与质量预测和预测导向的制造服务协同优化等进行了国内外现状分析,主要的研究内容和取得的成果可以归纳为以下几部分:基于节点精化的分层赋时Petri网的智能生产线系统建模研究。在分析离散动态事件系统和Petri网特点的前提下,对智能生产线系统进行特性研究,将其划分为若干层级,对关重特征进行质量相关的动态行为建模。通过案例构建了顶层/中间层/底层基于节点精化的分层赋时Petri网(Place Refinement Timed Petri Net,PTPN)的太阳能串焊系统模型,并对每层系统中的p D动态决策域与配置进行了研究。此外对该系统的有界性、活性、可达性进行了分析,验证PTPN的有效性。针对质量度量,研究基于QLF-SNR方法(Taguchi Quality Loss Function and Signal-Noise Ratio,QLF-SNR)的智能生产线加工质量多级协同异常发现方法。对多源信息进行QLF-SNR质量度量,结合PTPN智能生产线模型,实现加工信号向质量信息的转化,形成了多级质量特征度量。针对单元级/系统级采用了Relief算法的特征选择技术,降维处理,构建了智能生产线加工质量异常发现流程。以太阳能电池组件智能生产线多级系统模型进行案例验证,完成服务异常的阈值设定研究,实现多级协同异常发现,为质量预测提供标准质量等级研究方法。针对事后检测,研究基于多核融合的SVMs-DS方法(mulit-kernel Support vector machine and D-S theory,SVMs-DS)智能生产线加工质量预测。构建基于QLF-SNR的质量度量方法的智能生产线加工质量等级标定和多核融合评价模型研究,建立了过程质量预测评价模型更新机制,实现基于多核融合的SVMs-DS智能生产线加工质量预测。以太阳能电池组件智能生产线加工质量预测为案例,通过多核SVMs实现质量预测等级分类,利用DS证据理论提升分类精度,多核融合模型同单核预测精度进行对比,验证该算法的有效性和精确性,为面向质量的协同优化提供优化依据。针对质量精细化等级控制,研究面向串焊质量的协同优化机理和方法。分析串焊过程运作模式的约束和面向加工质量的PTPN模型约束,采用基于增广拉格朗日协同的适应协同优化(Augmented Lagrangian Coordination,ALC)机理,利用中心化ALC目标系统模型,构建辅助变量、一致性约束,对约束松弛化处理,实现协同优化模型的耦合关系搭建,通过改进遗传算法,采用分段编码形式,进行段内段间分别处理,优化了ALC协同优化模型的求解过程,通过算例研究,验证算法的有效性和高效性。最后,太阳能串焊机双层大数据分析架构开发与验证。基于Hadoop开源架构设计实现ATWDP大数据处理平台,采用Hive数据仓库和Mysql数据库双层存储模式,通过Spark和Sqoop进行桥接,以百度Echarts进行渲染,利用HDFS和Map Reduce进行分布式并行计算,实现数据实时和批量的处理,并通过基于SVMs-DS的加工质量预测的具体案例验证系统的有效性和实时性。通过本论文的研究,以太阳能电池组件生产线为例,将生产过程质量进行了系统建模、质量标定、异常发现、质量预测和协同优化等研究,实现了串焊过程质量的在线实时检测、预测和协同优化,实现数据闭环与信息反馈,为智能制造提供可参考范式。
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