控制生產(chǎn)流程的方法
【專利摘要】一種對包括生物材料基質(zhì)的形態(tài)修改的流程步驟的生產(chǎn)流程進行控制的方法包括：獲得在該流程的多次生產(chǎn)運行中的每次生產(chǎn)運行過程中獲取的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，該輸入數(shù)據(jù)包括來自在該流程內(nèi)的一個或多個位置處與該基質(zhì)已經(jīng)交互過的電磁或聲譜的一部分內(nèi)的輻射的信息和相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)運行的流程控制參數(shù)和生產(chǎn)事件數(shù)據(jù)；在計算機中從該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的多變量分析生成一個預(yù)測模型，該模型使該信息直接與流程控制參數(shù)、生產(chǎn)運行事件和流程控制設(shè)置中的一項或多項鏈接；以及在該計算機中將該預(yù)測模型應(yīng)用于從一次新的生產(chǎn)運行獲得的交互信息以生成該新的生產(chǎn)運行的流程控制參數(shù)、流程控制事件和所預(yù)測的生產(chǎn)運行事件中的一項或多項作為輸出以便在對該生產(chǎn)流程進行控制中使用。
【專利說明】控制生產(chǎn)流程的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種控制生產(chǎn)流程(并且具體地包括生物材料基質(zhì)的形態(tài)修改的步驟的流程)的方法。
[0002]在本文件的余下部分中，除非另有具體說明或除非上下文另外要求，否則單數(shù)的使用包括復(fù)數(shù)的使用，并且反之亦然。具體地并且為了避免混淆，旨在說明書中或權(quán)利要求所述的元件前面的詞語“一個”或“一種”不排除存在或保護多個這種元件。
[0003]通常眾所周知的是在生產(chǎn)流程過程中監(jiān)控生物材料基質(zhì)的化學(xué)和/或生物化學(xué)成分和使用成分信息用于控制生產(chǎn)流程以便一致地實現(xiàn)生產(chǎn)流程的最終或中間產(chǎn)品的所希望的成分目標。
[0004]分析探針輻射交互與生物材料基質(zhì)的交互作用的效應(yīng)已經(jīng)被成功地用作一種用于化學(xué)成分的在線監(jiān)控的手段。紅外線(具體地近紅外線)探針輻射的使用已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在此方面中的廣泛實際應(yīng)用。已經(jīng)明確確認近紅外線輻射的吸收光譜圖案非常經(jīng)常包含關(guān)于輻射已經(jīng)與其交互的生物材料基質(zhì)的信息。來自電磁光譜的其他部分(例如，X射線、微波或可見光部分)、或來自超聲的探針輻射也可以與生物材料基質(zhì)進行交互并且由此被其修改。因此，這種交互輻射將很可能也包含與生物材料基質(zhì)相關(guān)的有用信息。
[0005]生物材料基質(zhì)的形態(tài)修改是許多生產(chǎn)流程的一個組成部分并且通常在工業(yè)生物質(zhì)、食品或飼料生產(chǎn)流程中發(fā)現(xiàn)。這種修改經(jīng)常包括在破碎機、沖壓機、截斷器、擴張器或擠壓機單元中改變生物材料基質(zhì)的形狀、大小、粒度和/或密度，其中，成分變化小并且具有間接性質(zhì)。形態(tài)修改通常消耗生產(chǎn)流程所需的總能量的主要部分并且通過這種流程的正確且精確控制可以實現(xiàn)潛在的經(jīng)濟效益。
[0006]Lestander (萊斯坦德)、Johnsson (約翰遜)和Grothage (格羅特治)(生物資源技術(shù)100 (2009年)，1589-1594年)披露了光譜信息用于預(yù)測生物燃料生成流程中顆粒沖壓單元的能量消耗，該沖壓單元將雙組分生物材料基質(zhì)(此處為兩種不同類型的鋸屑)用作用于沖壓的給料。從23-使用三個因變量的析因?qū)嶒?即，使用全因子實驗設(shè)計)發(fā)展出預(yù)測模型。第一因變量為一個生物材料參考樣本集合的成分，這些生物材料參考樣被人為地構(gòu)建成包含第一類型鋸屑的100%、55%和10%，與其他類型構(gòu)成平衡。用于構(gòu)建預(yù)測模型的其他兩個因變量為鋸屑的含水量和干燥溫度。近紅外線輻射被用作探針輻射，并且在該流程中為在顆粒沖壓單元前面的一個位置處的每個參考樣本記錄光譜。然后，這些光譜中的每個光譜與針對那個參考樣本測量的顆粒沖壓單元能量消耗相關(guān)。光譜信息被設(shè)置為針對數(shù)據(jù)的多變量建模中的三個因變量的自變量，并且建立使光譜信息與能量消耗鏈接的預(yù)測模型。
[0007]與在流程控制中使用光譜信息的這種方法相關(guān)聯(lián)的一個問題為需要使用所構(gòu)建的參考樣本的實驗以便發(fā)展或更新預(yù)測模型。實驗設(shè)計中所需的組合隨著生物材料基質(zhì)的復(fù)雜性增加而顯著擴張。為了適應(yīng)實際生產(chǎn)流程中所使用的生物材料基質(zhì)的成分的新變化，需要每次更新時設(shè)計和執(zhí)行大型的且復(fù)雜的實驗。這會引起保持預(yù)測模型更新的難度增加。
[0008]為了舉例說明這種情況，考慮為生產(chǎn)型動物制造的配合飼料。這些飼料通?；诎朔N或更多種生物材料成份。配合飼料生產(chǎn)現(xiàn)場在任何給定時間將經(jīng)常制造五十種或更多種不同類型的配合飼料，所有都基于不同成份組合。不久后，通常一個月，將對這些配合飼料進行重新配制以反映成份的可用性和/或成本的變化。在這種重新配制過程中，會停止使用某些成份，其他成份可以投入使用并且具體飼料的成份的比例可以深刻地變化。此外，可能需要在大量生產(chǎn)現(xiàn)場反映這些重新配制活動。為了實施遵循Lestander等人的流程控制，將需要從涉及到為五十條產(chǎn)品線中的每條產(chǎn)品線構(gòu)建的并且隨著每次重新配置(即，每月)而重復(fù)的128個參考樣本(假設(shè)八種成分)的實驗發(fā)展出預(yù)測模型。如果溫度和含水量也將要變化，則針對每條產(chǎn)品線，這將涉及到512次實驗性運行。這將最有可能引起相當大的生產(chǎn)‘停工時間’，因為生產(chǎn)線用于進行這些實驗并且因此使這種方法的實際實施極其困難和成本可能非常高。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種控制生產(chǎn)流程的方法，該生產(chǎn)流程包括生物材料基質(zhì)給料的形態(tài)修改的流程步驟，該方法包括:獲得在該流程的多次生產(chǎn)運行中的每次生產(chǎn)運行過程中獲取的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，該輸入數(shù)據(jù)包括來自探針輻射(通常來自在該流程內(nèi)的一個或多個位置處已經(jīng)與給料交互過的電磁光譜部分內(nèi))的信息和相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)運行的流程控制參數(shù)和生產(chǎn)事件數(shù)據(jù)；從該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的多變量分析生成多個預(yù)測模型，其中，具體模型使該交互探針輻射信息直接與具體控制參數(shù)或生產(chǎn)事件鏈接；使這些預(yù)測模型對計算機可用；在該流程的新的生產(chǎn)運行過程中為給料獲得該交互探針輻射信息；以及在該計算機中將所獲得的交互探針輻射信息應(yīng)用于這些模型以生成該新的生產(chǎn)運行的流程控制參數(shù)和生產(chǎn)運行事件中的一項或兩項的預(yù)測值作為輸出；以及將這些預(yù)測值用于形態(tài)修改的控制，通常為前饋控制。
[0010]通過使用在實際生產(chǎn)運行過程中從適當定位的傳感器和其他輸入裝置獲得的交互探針輻射信息、流程控制參數(shù)和生產(chǎn)運行事件發(fā)展預(yù)測模型，然后避免了特殊試驗安排和構(gòu)建的參考樣本。
[0011]此外，由于預(yù)測模型的構(gòu)建中所使用的生物材料基質(zhì)為那些構(gòu)成實際生產(chǎn)運行中被處理的給料的基質(zhì)，則主要地僅那些在實際和經(jīng)濟上可能處理的基質(zhì)將在商業(yè)上用于建模。此外，就與所討論的生產(chǎn)現(xiàn)場相關(guān)的成份和流程而言，將對如此發(fā)展的預(yù)測模型進行優(yōu)化。因此，保證了這些模型的最可靠的性能。
[0012]最方便地，經(jīng)歷過多變量分析的數(shù)據(jù)可以被存儲在電子數(shù)據(jù)庫中以便重復(fù)訪問。因此，當引入新的生物材料基質(zhì)并且將其相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)添加至數(shù)據(jù)庫內(nèi)時，預(yù)測模型可以被構(gòu)建成使得可以用新的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)相對容易地更新。
[0013]在本發(fā)明的一個實施例中，計算機可以訪問所希望的生產(chǎn)運行目標或流程控制設(shè)置，或者被用戶預(yù)編程到存儲器中或被其輸入，可以針對這種情況優(yōu)化所預(yù)測的流程控制參數(shù)或生產(chǎn)運行事件中的每一個。
[0014]形態(tài)修改流程步驟可以包括或者單獨地或者在單個外殼中向如顆粒沖壓單元、截斷器單元、擠壓機單元、擴張器單元、研磨單元的形態(tài)修改裝置進給生物材料基質(zhì)；或這些當中任何的組合進給生物材料基質(zhì)?？梢詮挠梢韵赂黜椊M成的組中選擇生物材料基質(zhì):生廣型動物詞料基質(zhì)、食品基質(zhì)、寵物食品基質(zhì)、水廣詞料基質(zhì)；生物質(zhì)基質(zhì)、以及任何以上基質(zhì)的中間產(chǎn)物或成分。這些基質(zhì)進而通?；旌狭吮姸嗑哂胁煌匦缘纳飰A基成份。生產(chǎn)型動物飼料基質(zhì)的說明，這些成份可以是例如小麥、大麥、大米、玉米、其他谷類或其副產(chǎn)品，包括蒸餾器餾分；大豆、油菜籽、葵花子、其他油籽或其副產(chǎn)品；羽扇豆、豌豆、豆類、其他干豆或其副產(chǎn)品；或魚粉或肉類-以及動物或海洋源的骨粉或相似產(chǎn)品。
[0015]有用地，生成預(yù)測模型的步驟可以包括使用數(shù)字輸入數(shù)據(jù)生成預(yù)測模型，該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)被選擇成能夠預(yù)測控制參數(shù)以便用于在給料被進給到形態(tài)修改裝置內(nèi)之前控制其供應(yīng)速率或狀況(如溫度)中的一項或兩項。
[0016]此外或可替代地，生成預(yù)測模型的步驟可以包括使用被選擇成能夠預(yù)測控制參數(shù)以便用于控制形態(tài)修改裝置本身的操作的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)生成預(yù)測模型。
[0017]僅出于說明目的，現(xiàn)在將參照附圖中的圖示更加詳細地描述本發(fā)明的將要在生產(chǎn)型動物飼料的制造中使用的示例性實施例，其中:圖1展示了顆粒狀材料的生產(chǎn)的典型生產(chǎn)流程的代表性部分；圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)控生產(chǎn)流程的方法的實施例的流程圖；以及圖3展示了建立可在圖2的方法中使用的預(yù)測模型的方法的實施例。
[0018]圖1中展示了顆粒狀材料(例如，此處為顆粒狀動物飼料)的生產(chǎn)流程的部分2，僅作為普遍性的代表。其已經(jīng)被簡化成用于能夠更好地理解本發(fā)明。在本實施例中，提供了料斗4以容納將經(jīng)歷形態(tài)修改流程(此處為造粒)的生物材料基質(zhì)給料。參照動物飼料，這種給料通常為組成飼料塊并且根據(jù)需要補充有微量養(yǎng)分(如礦物質(zhì)和維生素)和膳食補充品的若干成份的混合，例如，主要養(yǎng)分來源，如大豆、玉米或其他谷粒。將認識到，可以用多種不同方式建立飼料，例如，單獨的成分可以是成比例的并且被在線混合作為生產(chǎn)流程的一部分，從而使得可以用如用于輸送飼料的配料和混合裝置的元件替換料斗4。
[0019]安置了一個輸送機(此處為變速螺旋輸送機6)用于從料斗4接收給料以便將給料運向調(diào)節(jié)單元8，給料將從那里傳至形態(tài)修改裝置10。僅以說明的方式，在本實施例中，調(diào)節(jié)單元8為一個操作用于通過加熱蒸氣和/或?qū)⑵湟虢o料內(nèi)來對給料進行調(diào)節(jié)的蒸氣單元。在本實施例中，形態(tài)修改裝置10被表現(xiàn)為顆粒沖壓單元，包括一個轉(zhuǎn)動平模顆粒沖壓機12和控制器14。此外或可替代地，裝置10可以包括也操作用于修改給料的形態(tài)而基本上不改變其成分的其他已知單元。這種單元可以是擠壓機、擴張器、研磨、破碎或截斷單元或這些中任何的組合。提供調(diào)速器16作為螺旋輸送機6的一部分以測量和調(diào)節(jié)給料從料斗4被輸送至調(diào)節(jié)單元8的速度。提供了溫度調(diào)節(jié)器18作為調(diào)節(jié)單元8的一部分以測量和調(diào)節(jié)給料被輸出向形態(tài)修改裝置10的溫度?？刂破?4、調(diào)速器16和溫度調(diào)節(jié)器18中的一個或多個可操作地連接到流程控制計算機20，在本實施例中，該流程控制計算機被配置成用于控制顆粒沖壓機12、螺旋輸送機6和調(diào)節(jié)單元8中的相關(guān)聯(lián)的一個或多個的操作以便調(diào)節(jié)與形態(tài)修改流程相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)流程的至少部分2的吞吐量。
[0020]舉例來講，在本實施例中，調(diào)速器16被適配成用于提供目前給料輸送速度的測量作為到計算機20內(nèi)的數(shù)據(jù)處理器22的流程控制參數(shù)。存儲器單元24對處理器22是可或者遠程或者本地訪問的并且在本實施例中存儲一個或多個預(yù)測模型。處理器22通過合適的編程被適配成用于使用這些模型預(yù)測流程控制參數(shù)、流程控制設(shè)置(即，有待被控制以便實現(xiàn)所希望的控制參數(shù)值的單元的設(shè)置)和生產(chǎn)運行事件中的一項或多項。在本實施例中并且如以下將更全面描述的，存儲器單元24保持處理器22可使用的至少一個預(yù)測模型用于預(yù)測最佳速度設(shè)置(可替代地，本設(shè)置的必要偏差)或有待在螺旋輸送機6中實施的測量控制參數(shù)(此處為速度)以便實現(xiàn)所希望的目標，如造粒沖壓機12的吞吐量、最終生產(chǎn)的顆粒的能量消耗或物體特性中的一項或多項。在本實施例中，處理器22被適配成用于向調(diào)速器16提供基于預(yù)測值的控制信號以便其在螺旋輸送機6的輸送速度的適當調(diào)節(jié)中使用。類似地，溫度調(diào)節(jié)器18所測量的給料溫度可以此外或可替代地被提供作為至計算機20的數(shù)據(jù)處理器22的測量流程控制參數(shù)。適當?shù)念A(yù)測模型在數(shù)據(jù)處理器22中的應(yīng)用將產(chǎn)生調(diào)節(jié)單元20的實現(xiàn)造粒沖壓機12的目標吞吐量所需的最佳溫度設(shè)置、或本設(shè)置的必要偏差的預(yù)測?？梢栽俅螌⒅甘咀罴褱囟仍O(shè)置的控制信號從處理器22提供至溫度調(diào)節(jié)器18以便其在調(diào)節(jié)單元8所供應(yīng)的熱量(此處通過蒸氣調(diào)節(jié))的調(diào)節(jié)中使用。
[0021]將認識到，一個單元所監(jiān)控的控制參數(shù)可以用于調(diào)節(jié)另一個單元的設(shè)置以便實現(xiàn)目標?？赡芤呀?jīng)發(fā)展出存儲器28中所存儲的預(yù)測模型，當應(yīng)用于處理器22中時，該預(yù)測模型生成例如有待通過調(diào)速器16實施的速度設(shè)置以便作為目標實現(xiàn)與生產(chǎn)流程所生產(chǎn)的顆粒相關(guān)聯(lián)的所希望的物理特性，如細料的耐久性或量值。來自模型的速度設(shè)置取決于如溫度調(diào)節(jié)器18所測量的溫度的流程控制參數(shù)。作為說明，螺旋輸送機6的加速將引起給料更快速地傳遞通過調(diào)節(jié)單元8。其結(jié)果是，給料花費更少的時間被加熱，從而使得其在調(diào)節(jié)單元8的輸出端的溫度將下降。
[0022]僅舉進一步的例子來講，還提供了可操作地連接到處理器22上的顯示單元24，可以基于所預(yù)測的生產(chǎn)運行事件或當前生產(chǎn)運行的所預(yù)測的流程控制設(shè)置在該顯示單元上為操作員顯示信息。然后，操作員可以手動地應(yīng)用所顯示的信息用于優(yōu)化流程的控制。
[0023]以下將更詳細地描述在計算機20中的一個或多個預(yù)測模型的生成和其用于提供所預(yù)測的流程控制設(shè)置和生產(chǎn)運行事件從一個或多個測量流程控制參數(shù)的預(yù)測中的任一項或兩項的使用方式。
[0024]提供了分析器28用于將探針輻射(此處為電磁輻射)輸送到給料內(nèi)并且在其與給料交互后檢測所輸送的探針輻射。分析器28被安排成用于通常在形態(tài)修改裝置10之前和最有用地在其設(shè)置要被控制的單元之前在生產(chǎn)流程中的一個位置輸送電磁輻射，從而使得該單元生成的信息可以用于那個單元的前饋控制。在本示例性實施例中，分析器28被安裝在流程線中以便在料斗4與螺旋輸送機6之間的一個位置處將輻射耦合到給料內(nèi)。通常，分析器28可以被適配成耦合來自電磁光譜或聲譜的可以與給料交互的任何一個或多個區(qū)域的探針輻射，并且這些交互作用對其特性的變化是靈敏。這種電磁輻射區(qū)域可以有用地包括微波、X射線、紫外線、可見光和/或紅外線區(qū)域。這種聲輻射區(qū)域可以是超聲。
[0025]具體地并且在本實施例中，分析器28被適配成用于將紅外線探針輻射輸送到給料內(nèi)。眾所周知的是，中紅外線和近紅外線輻射區(qū)域趨向于對這種給料的特性的變化特別敏感。
[0026]分析器28以已知的方式被配置成用于檢測其與生物材料基質(zhì)給料交互后的紅外線探針輻射并且為處理器22生成光譜數(shù)據(jù)作為輸出，為代表按照跨相關(guān)光譜區(qū)域的波長的表達標引的所檢測的紅外線探針輻射的強度變化的信息。
[0027]圖2的流程圖中展示了根據(jù)本發(fā)明的控制生產(chǎn)流程的方法的示例并且以下將具體參照上述和圖1中所示的生產(chǎn)流程部分對其進行更加詳細的描述。一個或多個預(yù)測模型被生成作為根據(jù)本發(fā)明的方法的一個第一步驟210，并且使得其對計算機20的處理器22是可訪問的。針對每個控制參數(shù)、設(shè)置和/或有待預(yù)測的生產(chǎn)運行事件生成單獨的預(yù)測模型。通常根據(jù)以下將參照圖3的流程圖更加詳細描述的方法生成每個模型，并且每個模型將與給料相關(guān)聯(lián)的相同的交互光譜信息與有待預(yù)測的參數(shù)、設(shè)置和/或事件中的不同的一項鏈接而不需要單獨確定生物材料基質(zhì)的成分信息。
[0028]一旦已經(jīng)建立了必要的預(yù)測模型，如圖2的步驟220處所表現(xiàn)的，分析器28就在生產(chǎn)流程中從有待控制的單元或多個單元6、8、10之前的一個位置獲得來自新的生產(chǎn)運行中的生物材料基質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)。此光譜數(shù)據(jù)在此步驟220被傳遞至計算機20的處理器22。
[0029]在計算機20內(nèi)執(zhí)行步驟230，在該步驟，從存儲器28中所存儲的那些預(yù)測模型中選擇適當?shù)念A(yù)測模型并且其在處理器22中應(yīng)用于在步驟220獲得的交互信息?？梢灾貜?fù)選擇和應(yīng)用適當?shù)念A(yù)測模型的此步驟230直到已經(jīng)預(yù)測了所有所需的參數(shù)、設(shè)置和事件。以此方式，在步驟240生成相應(yīng)的所預(yù)測的流程控制參數(shù)、設(shè)置或生產(chǎn)事件數(shù)據(jù)。這可以是例如代表實現(xiàn)整個生產(chǎn)流程或其一部分的所希望的一個或多個目標所需的有待用于螺旋輸送機6的速度(測量控制參數(shù))或有待用于達到給料溫度(測量參數(shù))的調(diào)節(jié)單元8的設(shè)置的數(shù)字信號。目標可以是例如形態(tài)修改流程(此處為造粒)中的最佳吞吐量；形態(tài)流程的能量消耗；或所希望的輸出物理特性(此處為細料的顆粒耐久性或少量)。在其他實施例中，可以在操作員手動地作用在其上的顯示單元24上形象化地呈現(xiàn)所預(yù)測的控制參數(shù)、設(shè)置或事件。此外或可替代地，可以在步驟240預(yù)測所預(yù)期的顆粒沖壓單元10能量消耗、所預(yù)期的單元10的吞吐量、或單元10的停止或堵塞的可能性的指示并且其被顯示用于人類感知、優(yōu)選地用于后續(xù)手動動作。
[0030]在步驟250，使用從步驟240輸出的所生成的預(yù)測進行生產(chǎn)流程的自動或手動調(diào)節(jié)。因為在流程線中在有待控制的單元6、8、10之前的一個位置從分析器28獲得在步驟220所獲得的交互光譜信息，則最有益地，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)可以采取那個單元6、8、10的前饋控制的形式。
[0031]如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明的控制生產(chǎn)流程的方法可以可選地包括使用在新的生產(chǎn)運行過程中生成的交互光譜信息結(jié)合來自該新運行的流程控制參數(shù)和生產(chǎn)運行事件來對這些預(yù)測模型中的一個或多個預(yù)測模型進行更新的步驟215?？梢允褂靡阎问降臄?shù)學(xué)算法來確定是否可以用預(yù)測模型可靠地預(yù)測新的光譜信息或該新的信息是否應(yīng)該用于更新這些模型。如果需要，在新的生產(chǎn)流程的正常操作過程中使用在步驟220以類似方式收集的光譜數(shù)據(jù)執(zhí)行更新而不需要單獨確定如新的生產(chǎn)運行中的給料所使用的那個生物材料基質(zhì)的成分信息。此交互信息與新的生產(chǎn)運行所需的生產(chǎn)流程信息相關(guān)，使用適當?shù)囟ㄎ辉谠撋a(chǎn)流程中的傳感器以類似的方式收集該生產(chǎn)流程信息并且其被添加至這種相關(guān)數(shù)據(jù)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中，該數(shù)據(jù)在步驟210用于生成預(yù)測原始模型。然后，重復(fù)步驟210以實質(zhì)上如以下所描述的方式生成更新過的預(yù)測模型。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，在被編程為使用眾所周知的利用或者線性或者非線性多變量分析的化學(xué)計量技術(shù)的計算機20內(nèi)建立每個預(yù)測模型。從而，生成數(shù)學(xué)算法(或預(yù)測模型)，通過該數(shù)學(xué)算法，來自已經(jīng)與生產(chǎn)流程內(nèi)的一個或多個位置處的給料交互過的探針輻射的強度信息與所希望的流程控制參數(shù)或生產(chǎn)運行事件相關(guān)。在本實施例中，使用了紅外線(具體地近紅外線)光譜輻射。在本實施例中，使用如透射、反射、反射率、傅立葉轉(zhuǎn)換或拉曼散射技術(shù)的已知技術(shù)檢測交互紅外線光譜信息。
[0033]然而，將認識到，在其他實施例中，可以在電磁光譜的其他波長區(qū)域(包括可見光、X射線波長區(qū)域)處獲得交互光譜信息或其可以通過其他分析技術(shù)(包括NMR、超聲和圖像分析技術(shù))來獲得，其條件始終是這種輻射受到生物材料基質(zhì)給料的確定有待預(yù)測的參數(shù)、設(shè)置或事件的特性的影響?？梢栽谒懻摰男畔⑸鲜褂蒙鲜鲆阎嘧兞糠治黾夹g(shù)通過合理的試錯法來驗證這種影響的存在，以便確定交互信息與有待預(yù)測的參數(shù)、設(shè)置或事件直接的相關(guān)度。
[0034]在建立這種預(yù)測模型中的一個第一步驟310是生成一個數(shù)據(jù)庫，其中，每條記錄代表一次生產(chǎn)運行并且該數(shù)據(jù)庫被存儲在存儲器28中或以另外方式使得對處理器22是可訪問的。
[0035]有待在那次生產(chǎn)運行中經(jīng)歷形態(tài)修改流程的給料的交互光譜信息被存儲在該數(shù)據(jù)庫中，該交互光譜信息通常來自電磁光譜的紅外線并且優(yōu)選地近紅外線部分內(nèi)。該數(shù)據(jù)庫中的每條記錄還包括對相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)運行的相關(guān)流程控制參數(shù)、設(shè)置和生產(chǎn)運行事件進行識別的信息?？刂茀?shù)可以包括速度；設(shè)置可以包括實現(xiàn)所希望的控制參數(shù)所需的單元設(shè)置；以及事件可以包括關(guān)于堵塞頻率、給料配方、形態(tài)修改裝置的能量消耗、或修改后的給料或最終產(chǎn)品的物理特性的信息?？梢杂靡阎姆绞綇纳a(chǎn)流程內(nèi)的傳感器自動收集這種信息，其可以從另一個數(shù)據(jù)存儲器被傳輸或可以被手動地輸入并且可以通常與和給料的形態(tài)修改相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)流程內(nèi)的單元6、8、10相關(guān)聯(lián)。
[0036]在步驟320，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容在計算機內(nèi)經(jīng)歷多變量統(tǒng)計分析。在本示例中，這包括從步驟310將數(shù)據(jù)庫分成兩個部分的步驟324。被用作校準數(shù)據(jù)集的第一且最大的部分在步驟326經(jīng)歷多變量分析。第二部分在步驟328被用作驗證集。將認識到，數(shù)據(jù)庫的精確使用和劃分將取決于建立預(yù)測模型中所使用的具體分析技術(shù)?？蛇x地，可以在計算機20內(nèi)進行步驟322，通過該步驟，交互光譜信息經(jīng)歷數(shù)據(jù)預(yù)處理。進行此內(nèi)容主要用于消除來自交互光譜信息的與流程控制參數(shù)或生產(chǎn)運行事件無關(guān)的效應(yīng)。預(yù)處理步驟322使用從由以下各項組成的組中選擇的已知方法:導(dǎo)數(shù)、標準正態(tài)變量、和乘法信號校正。
[0037]此流程步驟320的組合輸出為在步驟330建立的并且提供輸入交互光譜信息與所希望的流程控制參數(shù)或設(shè)置或生產(chǎn)運行事件之間的數(shù)學(xué)關(guān)系的預(yù)測模型。此模型供計算機20用于預(yù)測新生產(chǎn)運行中的給料的那個控制參數(shù)、設(shè)置或事件。然后，此預(yù)測輸出可以用于實現(xiàn)目標值所需的給料的形態(tài)修改的生產(chǎn)流程步驟的自動控制。此外或可替代地，預(yù)測輸出可以是操作員有待作用在其上以便控制流程的感覺信號。
[0038]根據(jù)圖2中所示的方法的實施例，來自生產(chǎn)運行的交互光譜信息可以和從同一次生產(chǎn)運行獲取的相關(guān)聯(lián)的流程控制參數(shù)、設(shè)置和/或以及生產(chǎn)運行事件一起添加至在步驟310生成的數(shù)據(jù)庫。然后，更新過的數(shù)據(jù)庫可以在計算機20中用于以上述方式建立更新過的預(yù)測模型而不需要構(gòu)建專門的參考樣本或需要執(zhí)行新的單獨的實驗。
[0039]將認識到，在不脫離所要求保護的本發(fā)明的情況下，計算機20可以包括如圖1的實施例中所描述的單個單元，或其可以包括被適配成用于一起執(zhí)行如上所述的計算機20的操作的兩個或更多個或者本地的或者彼此相互遠離的子單元，并且認識到，在不脫離所要求保護的本發(fā)明的情況下，輸送機6、和/或調(diào)解單元8和/或形態(tài)修改單元10的功能性可以組合在單個單元內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種控制生產(chǎn)流程的方法，該生產(chǎn)流程包括一個形態(tài)修改流程步驟，在該步驟中使用一個被適配成用于執(zhí)行一次基于生物材料基質(zhì)的給料的一種形態(tài)修改的形態(tài)修改裝置，該方法包括:獲得在該流程的多次生產(chǎn)運行中的每次生產(chǎn)運行過程中獲取的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，該輸入數(shù)據(jù)包括來自在該流程內(nèi)的一個或多個位置處與該給料交互過的探針輻射的信息和相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)運行的一個流程控制參數(shù)、一個流程控制設(shè)置和生產(chǎn)事件數(shù)據(jù)中的一項或多項；從該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)的一次多變量分析生成一個或多個預(yù)測模型，其中，一個具體模型使該交互探針輻射信息直接與一個具體流程控制參數(shù)、流程控制設(shè)置或生產(chǎn)運行事件鏈接；使該一個或多個預(yù)測模型對一個數(shù)據(jù)處理器可用；在該流程的一次新的生產(chǎn)運行過程中為一次給料獲得交互探針輻射信息；以及在該數(shù)據(jù)處理器中將這些預(yù)測模型中的一個或多個應(yīng)用于所獲得的交互探針輻射信息以生成該新的生產(chǎn)運行的一個流程控制參數(shù)、一個流程控制設(shè)置和一個所預(yù)測的生產(chǎn)運行事件中的一項或多項作為輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，這些輸出包括一個流程控制參數(shù)、一個流程控制設(shè)置和一個所預(yù)測的流程事件中的一項或多項以便實現(xiàn)該生產(chǎn)流程的一個目標性能，并且其特征在于，該方法進一步包括使用這些輸出控制該形態(tài)修改流程步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，控制該形態(tài)修改流程步驟包括對該形態(tài)修改流程步驟中所使用的給料的供應(yīng)速率或狀況中的一項或兩項進行控制。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，控制該形態(tài)修改流程步驟包括對該形態(tài)修改裝置的操作進行控制。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該輸出包括一個所預(yù)測的生產(chǎn)運行事件，并且其特征在于，方法進一步包括生成一個從屬感覺信號。
6.如權(quán)利要求1所 述的方法，其特征在于，該形態(tài)修改裝置包括以下各項中的一項或多項:一個顆粒沖壓單元；一個擠壓機單元；一個擴張器單元；一個截斷器單元；一個篩分單元；以及一個研磨單元。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從該流程的一部分中在該形態(tài)修改裝置之前的一個位置獲得該交互探針輻射信息。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該交互探針輻射信息用于該形態(tài)修改流程步驟的一種前饋控制中。
9.如以上任何一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，從電磁光譜的微波到X射線部分內(nèi)的輻射獲得該交互探針輻射信息。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，從電磁光譜的近紅外線部分內(nèi)的輻射獲得該交互探針輻射信息。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該交互探針輻射信息代表該探針輻射的按照其波長的表達而標引的強度變化。
12.如以上任何一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該多變量分析包括應(yīng)用于實施從以下各項組成的組中的一項或多項中選擇的方法的計算機算法中:多個導(dǎo)數(shù)；標準正態(tài)變量；以及用于從該交互信息清除與該流程控制參數(shù)無關(guān)的效應(yīng)的乘法信號校正；流程控制設(shè)置或生產(chǎn)運行事件。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該多變量分析包括應(yīng)用于實施從以下各項組成的組中的一項或多項中選擇的方法的計算機算法中:包括偏最小二乘法、主成分回歸法、多元線性回歸法、或嶺回歸法的線性建模算法；或者包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或支持向量機以生成該預(yù)測模型的非線性建模算法。
14.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，從聲譜的超聲部分內(nèi)的輻射獲得該交互探針輻射信息。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法包括一個將該數(shù)字輸入數(shù)據(jù)存儲在一個可更新的電子數(shù)據(jù)庫內(nèi)的進一步的步驟，并且其特征在于，所述生成該預(yù)測模型的步驟包括對所更新的所存儲的數(shù)字輸入數(shù)據(jù)進行一次多變量分析。
16.如以上任何一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該生物材料基質(zhì)為一個從由以下各項組成的組中選擇的一個基本上生物的材料基質(zhì):一種食品基質(zhì)；一種動物詞料基質(zhì)；一種寵物食品基質(zhì)；一種水廣詞料基質(zhì)；一種生物質(zhì)基質(zhì)；以及任何以上基質(zhì)的中間廣物或成分 。
【文檔編號】G05B13/04GK104081296SQ201280068494
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年2月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月2日
【發(fā)明者】波·布克曼, 波爾·格雷格森 申請人:福斯分析股份公司