本發(fā)明涉及提取工藝控制，更具體地說，本發(fā)明涉及智能化提取植物鈣的工藝流程優(yōu)化系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著人們對(duì)健康的關(guān)注日益增加，植物鈣作為一種天然、健康的鈣補(bǔ)充劑備受關(guān)注。在提取植物鈣過程中，選擇富含鈣的植物作為提取的原料，將原料清洗干凈，去除雜質(zhì)和污染物后轉(zhuǎn)移至研磨設(shè)備中研磨成粉末狀，接著預(yù)設(shè)自動(dòng)化提取設(shè)備的提取條件，例如溫度、ph值以及溶劑濃度等，通過自動(dòng)化提取設(shè)備對(duì)粉末狀的原料進(jìn)行提取。

2、現(xiàn)有的提取方法通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)原料提取工藝進(jìn)行分析，例如公開號(hào)為cn105867129a的中國專利申請(qǐng)公開了基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的中藥提取工藝優(yōu)化方法，上述方法雖能提高植物鈣的提取濃度，但經(jīng)發(fā)明人對(duì)上述方法以及現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行研究和應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，上述方法以及現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下部分缺陷：

3、（1）在提取過程中，未考慮初始參數(shù)，使得原料無法與溶劑充分接觸，進(jìn)而降低了植物鈣的提取效率，且容易造成溶劑的浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本；

4、（2）未對(duì)自動(dòng)化提取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行細(xì)分，容易導(dǎo)致工藝參數(shù)的優(yōu)化不夠細(xì)致和全面，進(jìn)而降低了產(chǎn)品質(zhì)量。

5、為此，本發(fā)明提供了智能化提取植物鈣的工藝流程優(yōu)化系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了智能化提取植物鈣的工藝流程優(yōu)化系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：智能化提取植物鈣的工藝流程優(yōu)化方法，包括：

3、步驟1：采集植物原料的初始階段歷史數(shù)據(jù)集，基于初始階段歷史數(shù)據(jù)集訓(xùn)練出用于獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的初始溶劑流速和初始溫度的第一參數(shù)預(yù)測(cè)模型；

4、步驟2：收集自動(dòng)化提取設(shè)備的提取階段歷史數(shù)據(jù)集，基于提取階段歷史數(shù)據(jù)集訓(xùn)練出用于獲取最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的第二參數(shù)預(yù)測(cè)模型；

5、步驟3：獲取植物原料的特征數(shù)據(jù)，利用第一參數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)所述特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定在初始階段的初始溶劑流速和初始溫度；根據(jù)初始溶劑流速和初始溫度將植物原料萃取至第一預(yù)設(shè)灰度值；

6、步驟4：當(dāng)植物原料到達(dá)第一預(yù)設(shè)灰度值時(shí)，獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的初始控制數(shù)據(jù)，利用第二參數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)初始控制數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)；所述初始控制數(shù)據(jù)包括初始溶劑流速和初始溫度；

7、步驟5：根據(jù)最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)控制自動(dòng)化提取設(shè)備，將植物原料萃取至第二預(yù)設(shè)灰度值，進(jìn)入分離階段。

8、進(jìn)一步地，所述初始階段歷史數(shù)據(jù)集包括植物原料的特征數(shù)據(jù)和初始階段數(shù)據(jù)，所述植物原料的特征數(shù)據(jù)包括植物原料的質(zhì)量、鈣的含量和植物原料滲透系數(shù)，所述初始階段數(shù)據(jù)包括初始溶劑流速和初始溫度；所述溶劑包括乙醇和丙酮。

9、進(jìn)一步地，植物原料滲透系數(shù)獲取的方法包括：

10、從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中調(diào)取植物原料的顆粒直徑、含水量和密度，并分別標(biāo)記為、和；

11、所述顆粒直徑通過激光粒度儀對(duì)植物原料進(jìn)行測(cè)量獲得，所述含水量通過鹵素快速水分儀快速準(zhǔn)確地測(cè)定植物原料獲得，所述密度通過氣體比重法或流體置換法計(jì)算獲得，所述植物原料的顆粒直徑、含水量和密度的數(shù)據(jù)預(yù)存于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中；

12、將植物原料的顆粒直徑、含水量和密度無量綱化處理后進(jìn)行公式化計(jì)算，獲得植物原料滲透系數(shù)，其計(jì)算公式為：

13、

14、式中，表示植物原料滲透系數(shù)，表示顆粒直徑的權(quán)重因子，表示含水量的權(quán)重因子，表示密度的權(quán)重因子，為大于零的修正常數(shù)。

15、進(jìn)一步地，初始溶劑流速和初始溫度的確定的方法包括：

16、步驟a1：將第n類型植物原料樣本放置于自動(dòng)化提取設(shè)備內(nèi)，n為大于零的整數(shù)；

17、步驟a2：將自動(dòng)化提取設(shè)備上的溶劑調(diào)節(jié)閥調(diào)整至第s流速，s為大于零的整數(shù)；

18、步驟a3：獲取第s流速下自動(dòng)化提取設(shè)備內(nèi)溶劑添加量，計(jì)算溶劑添加量與溶劑標(biāo)準(zhǔn)量的差值，判斷溶劑添加量與溶劑標(biāo)準(zhǔn)量的差值是否處于預(yù)設(shè)差值區(qū)間；若處于預(yù)設(shè)差值區(qū)間，則跳轉(zhuǎn)至步驟a4；若不處于預(yù)設(shè)差值區(qū)間，則令s=s+p，并跳轉(zhuǎn)回步驟a2，p為大于零的恒定整數(shù)；

19、需要說明的是：所述溶劑添加量基于預(yù)安裝自動(dòng)化提取設(shè)備的液位傳感器采集得到；所述恒定整數(shù)可人為確定；

20、步驟a4：獲取第s流速下植物原料樣本的實(shí)時(shí)溫度，計(jì)算實(shí)時(shí)溫度與預(yù)設(shè)溫度的差值，判斷實(shí)時(shí)溫度與預(yù)設(shè)溫度的差值是否為零；若不為零，則控制自動(dòng)化提取設(shè)備上的加熱元件，將實(shí)時(shí)溫度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)溫度，并重新判斷實(shí)時(shí)溫度與預(yù)設(shè)溫度的差值是否為零；若為零，則將第s流速作為初始溶劑流速，將第s流速下的實(shí)時(shí)溫度作為初始溫度，作為并令n=n+1，返回至步驟a1；

21、需要說明的是：所述實(shí)時(shí)溫度通過溫度傳感器獲得；

22、步驟a5：重復(fù)上步驟a1～a4，直至n=n，得到所有植物原料樣本的初始階段數(shù)據(jù)，結(jié)束循環(huán)，n為植物原料樣本的類型總數(shù)。

23、進(jìn)一步地，第一參數(shù)預(yù)測(cè)模型的生成邏輯為：

24、獲取初始階段歷史數(shù)據(jù)集，將初始階段歷史數(shù)據(jù)集劃分為提取階段訓(xùn)練集和提取階段測(cè)試集，構(gòu)建第一回歸模型，將提取階段訓(xùn)練集中的植物原料的質(zhì)量、鈣的含量和植物原料滲透系數(shù)作為第一回歸模型的輸入數(shù)據(jù)，將提取階段訓(xùn)練集中的初始溶劑流速和初始溫度作為第一回歸模型的輸出數(shù)據(jù)，對(duì)第一回歸模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到初始第一回歸模型，利用提取階段測(cè)試集對(duì)初始第一回歸模型進(jìn)行測(cè)試準(zhǔn)確度驗(yàn)證，輸出大于預(yù)設(shè)測(cè)試準(zhǔn)確度的初始第一回歸模型作為第一參數(shù)預(yù)測(cè)模型；所述第一回歸模型具體為決策樹回歸模型、線性回歸模型或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一種。

25、進(jìn)一步地，所述最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包括最優(yōu)調(diào)節(jié)溶劑流速和最優(yōu)調(diào)節(jié)溫度；提取階段歷史數(shù)據(jù)集包括初始溶劑流速、初始溫度和最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)；

26、最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的確定方法包括：

27、當(dāng)植物原料樣本處于第一預(yù)設(shè)灰度值時(shí)，獲取植物原料樣本的實(shí)測(cè)初始數(shù)據(jù)，所述實(shí)測(cè)初始數(shù)據(jù)包括初始溶劑流速和初始溫度，以及獲取實(shí)測(cè)初始數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的植物原料樣本的顏色評(píng)估系數(shù)；

28、所述實(shí)測(cè)初始數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的植物原料樣本的顏色評(píng)估系數(shù)，包括初始溶劑流速對(duì)應(yīng)的植物原料樣本的顏色評(píng)估系數(shù)和初始溫度對(duì)應(yīng)的植物原料樣本的顏色評(píng)估系數(shù)；

29、基于初始溶劑流速和顏色評(píng)估系數(shù)進(jìn)行流速調(diào)節(jié)分析，以獲取最優(yōu)調(diào)節(jié)溶劑流速；

30、基于初始溫度和顏色評(píng)估系數(shù)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)分析，以獲取最優(yōu)調(diào)節(jié)溫度。

31、進(jìn)一步地，基于初始溶劑流速和顏色評(píng)估系數(shù)進(jìn)行流速調(diào)節(jié)分析的方法包括：

32、步驟b1：獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的溶劑流速集合以及對(duì)應(yīng)的顏色評(píng)估系數(shù)，以溶劑流速集合為橫軸，以對(duì)應(yīng)的顏色評(píng)估系數(shù)為縱軸，構(gòu)建溶劑流速－系數(shù)波動(dòng)圖；所述溶劑流速集合包括初始溶劑流速和d個(gè)溶劑流速，d為大于零的整數(shù)；

33、步驟b2：將溶劑流速－系數(shù)波動(dòng)圖按q個(gè)溶劑流速區(qū)間進(jìn)行等份劃分，以獲取溶劑流速－系數(shù)波形集合，所述溶劑流速－系數(shù)波形集合中包括q個(gè)溶劑流速－系數(shù)波形，q為大于零的整數(shù)；

34、步驟b3：提取溶劑流速－系數(shù)波形集合中第q個(gè)溶劑流速－系數(shù)波形，q的初始值為1；

35、步驟b4：獲取標(biāo)準(zhǔn)顏色評(píng)估系數(shù)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溶劑流速區(qū)間，提取對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溶劑流速區(qū)間相關(guān)聯(lián)的第二標(biāo)準(zhǔn)波形，計(jì)算溶劑流速－系數(shù)波形與第二標(biāo)準(zhǔn)波形的相似度，若溶劑流速－系數(shù)波形與第二標(biāo)準(zhǔn)波形的相似度小于預(yù)設(shè)第二相似閾值，則跳到步驟b5；若溶劑流速－系數(shù)波形與第二標(biāo)準(zhǔn)波形的相似度大于等于預(yù)設(shè)第二相似閾值，則將溶劑流速－系數(shù)波形對(duì)應(yīng)的溶劑流速標(biāo)記為目標(biāo)溶劑流速，并跳到步驟b5；

36、步驟b5：令q=q+f，并跳轉(zhuǎn)回步驟b3，f為大于零的整數(shù)；

37、步驟b6：重復(fù)上述步驟b3～b5，直至q=q時(shí)，結(jié)束循環(huán)，得到多個(gè)目標(biāo)溶劑流速，q為溶劑流速-系數(shù)波形的總數(shù)；

38、步驟b7：對(duì)多個(gè)目標(biāo)溶劑流速按照從小到大排序，將最小的目標(biāo)溶劑流速作為最優(yōu)溶劑流速；

39、步驟b8：將最優(yōu)溶劑流速與初始溶劑流速進(jìn)行差值計(jì)算，得到溶劑流速差值，將溶劑流速差值作為最優(yōu)調(diào)節(jié)溶劑流速；

40、計(jì)算溶劑流速－系數(shù)波形與第二標(biāo)準(zhǔn)波形的相似度的方法包括但不限于歐幾里得距離和余弦相似度。

41、進(jìn)一步地，基于初始溫度和顏色評(píng)估系數(shù)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)分析的方法包括：

42、c1：獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的溫度集合以及對(duì)應(yīng)的顏色評(píng)估系數(shù)，以溫度集合為橫軸，以對(duì)應(yīng)的顏色評(píng)估系數(shù)為縱軸，構(gòu)建溫度－系數(shù)波動(dòng)圖；所述溫度集合包括初始溫度和v個(gè)溫度，v為大于零的整數(shù)；

43、c2：將溫度－系數(shù)波動(dòng)圖按k個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行等份劃分，以獲取溫度－系數(shù)波形集合，所述溫度－系數(shù)波形集合中包括k個(gè)溫度－系數(shù)波形，k為大于零的整數(shù)；

44、c3：提取溫度－系數(shù)波形集合中第k個(gè)溫度－系數(shù)波形，k的初始值為1；

45、c4：獲取標(biāo)準(zhǔn)顏色評(píng)估系數(shù)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溫度區(qū)間，提取對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溫度區(qū)間相關(guān)聯(lián)的第三標(biāo)準(zhǔn)波形，計(jì)算溫度－系數(shù)波形與第三標(biāo)準(zhǔn)波形的相似度，若溫度－系數(shù)波形與第三標(biāo)準(zhǔn)波形的相似度小于預(yù)設(shè)第三相似閾值，則跳到步驟c5；若溫度－系數(shù)波形與第三標(biāo)準(zhǔn)波形的相似度大于等于預(yù)設(shè)第三相似閾值，則將溫度－系數(shù)波形對(duì)應(yīng)的溫度標(biāo)記為目標(biāo)溫度，并跳到步驟c5；

46、c5：令k=k+z，并跳轉(zhuǎn)回步驟c3，z為大于零的整數(shù)；

47、c6：重復(fù)上述c3～c5，直至k=k時(shí)，結(jié)束循環(huán)，得到多個(gè)目標(biāo)溫度，k為溫度-系數(shù)波形的總數(shù)；

48、c7：對(duì)多個(gè)目標(biāo)溫度按照從小到大排序，將最小的目標(biāo)溫度作為最優(yōu)溫度；

49、c8：將最優(yōu)溫度與初始溫度進(jìn)行差值計(jì)算，得到溫度差值，將溫度差值作為最優(yōu)調(diào)節(jié)溫度；

50、計(jì)算溫度-系數(shù)波形與第三標(biāo)準(zhǔn)波形的相似度的方法包括但不限于歐幾里得距離和余弦相似度。

51、進(jìn)一步地，第二參數(shù)預(yù)測(cè)模型的生成方法包括：

52、獲取提取階段歷史數(shù)據(jù)集，將提取階段歷史數(shù)據(jù)集劃分為第二階段訓(xùn)練集和第二階段測(cè)試集，構(gòu)建第二回歸模型，將第二階段訓(xùn)練集中的初始溶劑流速和初始溫度作為第二回歸模型的輸入數(shù)據(jù)，將第二階段訓(xùn)練集中的最優(yōu)調(diào)節(jié)溶劑流速和最優(yōu)調(diào)節(jié)溫度作為第二回歸模型的輸出數(shù)據(jù)，對(duì)第二回歸模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到初始第二回歸模型，利用第二階段測(cè)試集對(duì)初始第二回歸模型進(jìn)行測(cè)試準(zhǔn)確度驗(yàn)證，輸出大于預(yù)設(shè)測(cè)試準(zhǔn)確度的初始第二回歸模型作為第二參數(shù)預(yù)測(cè)模型；

53、所述第二回歸模型具體為決策樹回歸模型、線性回歸模型或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一種。

54、第二方面，本發(fā)明提供了智能化提取植物鈣的工藝流程優(yōu)化系統(tǒng)，用于實(shí)施上述的智能化提取植物鈣的工藝流程優(yōu)化方法，包括：

55、初始階段數(shù)據(jù)采集模塊：用于采集植物原料的初始階段歷史數(shù)據(jù)集，基于初始階段歷史數(shù)據(jù)集訓(xùn)練出用于獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的初始溶劑流速和初始溫度的第一參數(shù)預(yù)測(cè)模型；

56、提取階段數(shù)據(jù)采集模塊：用于收集自動(dòng)化提取設(shè)備的提取階段歷史數(shù)據(jù)集，基于提取階段歷史數(shù)據(jù)集訓(xùn)練出用于獲取最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的第二參數(shù)預(yù)測(cè)模型；

57、初始階段數(shù)據(jù)分析模塊：用于獲取植物原料的特征數(shù)據(jù)，利用第一參數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)所述特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定在初始階段的初始溶劑流速和初始溫度；根據(jù)初始溶劑流速和初始溫度將植物原料萃取至第一預(yù)設(shè)灰度值；

58、提取階段數(shù)據(jù)分析模塊：當(dāng)植物原料到達(dá)第一預(yù)設(shè)灰度值時(shí)，獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的初始控制數(shù)據(jù)，利用第二參數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)初始控制數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)；所述初始控制數(shù)據(jù)包括初始溶劑流速和初始溫度；

59、調(diào)節(jié)模塊：用于根據(jù)最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)控制自動(dòng)化提取設(shè)備，將植物原料萃取至第二預(yù)設(shè)灰度值，進(jìn)入分離階段。

60、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

61、1.本發(fā)明通過采集植物原料的初始階段歷史數(shù)據(jù)集，基于初始階段歷史數(shù)據(jù)集訓(xùn)練出用于獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的初始溶劑流速和初始溫度的第一參數(shù)預(yù)測(cè)模型；收集自動(dòng)化提取設(shè)備的提取階段歷史數(shù)據(jù)集，基于提取階段歷史數(shù)據(jù)集訓(xùn)練出用于獲取最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的第二參數(shù)預(yù)測(cè)模型；獲取植物原料的特征數(shù)據(jù)，利用第一參數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)所述特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定在初始階段的初始溶劑流速和初始溫度；根據(jù)初始溶劑流速和初始溫度將植物原料萃取至第一預(yù)設(shè)灰度值；當(dāng)植物原料到達(dá)第一預(yù)設(shè)灰度值時(shí)，獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的初始控制數(shù)據(jù)，利用第二參數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)初始控制數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以獲取自動(dòng)化提取設(shè)備的最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)；所述初始控制數(shù)據(jù)包括初始溶劑流速和初始溫度；根據(jù)最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)控制自動(dòng)化提取設(shè)備，將植物原料萃取至第二預(yù)設(shè)灰度值，進(jìn)入分離階段；本發(fā)明通過利用歷史數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)模型，更準(zhǔn)確地確定初始階段的初始溶劑流速和初始溫度，以及提取階段的最優(yōu)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)（最優(yōu)調(diào)節(jié)溶劑流速和最優(yōu)調(diào)節(jié)溫度），確保在提取過程中，自動(dòng)化提取設(shè)備操作處于最佳狀態(tài)，提高了提取過程的精確度和穩(wěn)定性。

62、2.本發(fā)明利用預(yù)測(cè)模型對(duì)初始階段和提取階段的參數(shù)進(jìn)行分析，可以避免試錯(cuò)和試驗(yàn)過程中的時(shí)間和資源浪費(fèi)，通過精確地預(yù)測(cè)和控制自動(dòng)化提取設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，可以減少調(diào)試和優(yōu)化的時(shí)間，并且減少了植物原料和溶劑的浪費(fèi)。