CN117085833B - 一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统，涉及金属加工制造领域，包括数据采集模块、数据分析模块、警示模块、数据监测模块和可视化模块；通过收集包括材料自身特性参数和生产环节各设备参数内的数据，对铝粉生产分类进行数据分析，分别从铝粉的粒径和纯度两个特征维度进行分类标记，设定告警环节以同时兼顾生产安全性和高效性，完成对铝粉的生产分类全程监测记录后，将数据通过可视化模块传输到监测管理中心，以对铝粉的生产分类进行实时监测管理。本发明有效提高了工业铝粉生产分类的流程效率。

Description

一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统

技术领域

本发明涉及金属加工制造领域，具体涉及一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统。

背景技术

铝粉分类过程监测系统是针对工业领域铝粉的生产分类而生的过程监测系统，铝粉的生产与分类是紧紧相联系在一起的，生产是分类的过程，分类是生产的结果，对铝粉的生产分类过程所涉及到的各环节、各状态进行监测研究，有助于提高铝粉生产分类的效率，可降低过程成本。

现有技术存在以下不足：

在对材料进行粉碎研磨时，通常需要在研磨后对铝粉进行气流分级操作，气流分级机分级效率不高，需要对粉料多次处理才能实现较好分级效果，气流处理后需要重复过筛，由于研磨子直径不统一，筛后铝粉粒径跨度较大，需进行初步分类处理才能进入除杂环节。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统，以解决背景技术中的不足。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、警示模块、数据监测模块和可视化模块；

数据采集模块：用于收集有关材料性质、设备参数等多源数据，并进行预处理；

数据分析模块：用于对收集到的多源数据进行分析，生成两个不同维度的系统参数，以进行综合处理；

警示模块：用于对数据分析模块中所用数据进行可行性检验，从实际生产的角度进行阈值限定，以保证生产安全性；

数据监测模块：用于对数据分析模块的分析结果进行监测整合，根据规格和纯度两个参数，对铝粉分类进行结果整理；

可视化模块：用于直接简明地展示铝粉生产分类全过程的数据信息参数，供监测者实时掌控铝粉状态。

在一个优选地实施方式中，数据采集模块包括材料自身性质和各项设备参数；

材料自身性质包括材料洛氏硬度值、材料铝纯度值，设备参数包括球磨机磨罐转速、球磨机研磨子直径、电阻炉电流强度、电阻炉转管速度、直读光谱分析仪铝纯度值。

在一个优选地实施方式中，数据分析模块对多源参数的分析整理分为以下步骤：

根据材料洛氏硬度值、球磨机磨罐转速、球磨机研磨子直径可分析铝粉的规格指数Ps，公式为：式中，Hrb为材料洛氏硬度值、Rpm1为球磨机磨罐转速、d为球磨机研磨子直径，α₁、α₂、α₃分别为材料洛氏硬度值、球磨机磨罐转速、球磨机研磨子直径的比例系数；

根据电阻炉电流强度、电阻炉转管速度、直读光谱分析仪铝纯度值可分析铝粉的纯度指数Pi，公式为：式中，I为电阻炉电流强度、Qp为直读光谱分析仪铝纯度值、Rpm2为电阻炉转管速度，β₁、β₂、β₃分别为电阻炉电流强度、直读光谱分析仪铝纯度值、电阻炉转管速度的比例系数。

在一个优选地实施方式中，直读光谱分析仪铝纯度值Qp的获取步骤如下：

取得直读光谱分析仪铝纯度值Qp之前，需对材料进行除杂处理，以化学物理手段，运用离子交换方法，将材料中检测超标存在的杂质元素置换，以可溶解性盐的形式析出杂质元素，对材料进行洗涤过滤，直至检测杂质元素含量达标。

在一个优选地实施方式中，警示模块的运行逻辑如下：

在对铝粉规格指数Ps的分析中，球磨机磨罐转速Rpm1存在上限，为防止转速过快导致的摩擦生热对铝粉造成热变形，并且防止转速过快对磨罐和转轴的不必要损耗，警示模块会对球磨机磨罐转速进行检测，当转速超出阈值，警示模块会发出警示信号；

在对铝粉纯度指数Pi的分析中，电阻炉电流强度I存在上限，电阻炉本身存在温度极限值，电流强度不能持续增强，警示模块会对电阻炉内温度进行检测，当温度达到极限，警示模块会发出警示信号。

在一个优选地实施方式中，数据监测模块对分析结果的监测整合过程：

由数据分析模块得到的规格指数和纯度指数，经数据监测模块综合整理后，实现对铝粉类型的分类管理，通过确定规格指数和纯度指数即可确定类别。

在一个优选地实施方式中，可视化模块的运作逻辑：

可视化模块利用可视化工具，将数据监测模块的分类结果及其处理过程的各项指标参数传送给监测管理中心进行可视化展示，以供监测管理中心更直观地监测铝粉生产分类的流程。

在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

将材料的研磨粉碎环节进行标准化处理，根据材料的洛氏硬度特征，使用同一直径的研磨子，确保研磨粉末粒径规格的统一，省略气流分级环节，缩短了处理流程，提高了生产效率，降低了过程成本，同时避免了气流分级的分级不充分风险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统模块图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：本发明提供了如图1所示的一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、警示模块、数据监测模块及可视化模块；

数据采集模块收集系统所需的多项参数，利用数据分析模块将多项参数通过公式建立系统流程所需的纯度指数和规格指数，其中，纯度指数越高则纯度越高，规格指数越小则规格越小，在数据分析过程中进行实时监测，警示模块会根据监测状态提出相应的警示信号，数据监测模块接收到分析结果后将监测过程发送至可视化模块，可视化模块通过工具将监测状态和过程控制结果传达至监测管理中心显示。

本发明通过数据采集模块收集铝粉工业生产流程中的多项参数，将多项参数通过公式建立纯度指数和规格指数，对数据分析过程进行监测，警示模块会根据监测状态提出相应的警示信号，数据监测模块在接收到分析结果后会将监测过程发送至可视化模块，可视化模块通过工具将监测状态和过程控制结果传达至监测管理中心，从而实现从原材料到成品的全程监测，有助于降低生产环节的风险概率，保持生产的连续性一致性，可有力地降低成本。

数据采集模块进行铝粉工业生产分类全流程的数据收集整理工作，收集从原材料到成品的全流程参数，包括原材料洛氏硬度值、球磨罐转速、球磨时间、电阻炉电流强度、原材料铝纯度、加热时间等，对于数据采集模块有以下环节：

1.收集从原材料到成品的全流程参数；

2.对不同来源的参数进行格式化处理，清理异常数据和丢失数据，统一数据格式和结构，建立一个通用的数据库；

3.对数据进行分类标识，建立周期性的备份恢复机制,保证数据安全。

数据分析模块通过上述数据采集模块收集到的数据进行分析建模，总结铝粉的工业生产中，在铝粉的形态、粒度大小上所形成的差异，以及在铝含量纯度上所形成的差异，警示模块对部分数据的阈值进行限定，包括转速、温度等，以保证安全生产的同时兼顾效率。

数据监测模块对数据分析模块分析总结的两个不同维度的分类标准进行整合，按照不同用途对铝粉进行分类标识，并将数据传输到可视化模块以供直观的对铝粉生产分类过程进行监测。

对于可视化模块存在以下环节：

1.选择恰当的可视化工具，如数据可视化工具、仪表板工具，根据监测需求展示可视化内容，并对可视化元素进行设计，按流程，分板块，确定需要展示的各个类型数据的布局、形式、色彩。

2.对可视化内容进行汇总处理，按照需求将不同终端的数据进行统一整理，生成更直观的形式进行展示，例如各仪表盘读数、光谱分析成像、电流传感器读数、温度传感器读数等。

3.将可视化数据结果传送至监测管理中心，并进行实时显示，可视化结果数据可通过网络连接、数据传输协议等方式实现，确保数据能够到达监测管理中心并被接收，监测管理中心使用显示设备呈现数据结果，以对生产分类过程进行监测。

实施例2：以铝粉生产分类研磨粉碎环节为例，数据采集模块收集铝粉研磨流程所需的多项参数，包括原材料洛氏硬度Hrb、球磨罐转速Rpm1、研磨子直径d，由以上数据可计算得出研磨产物的规格指数Ps:

式中，α₁、α₂、α₃、α₄分别是原材料洛氏硬度Hrb、球磨罐转速Rpm1、研磨子直径d的比例系数；

原材料洛氏硬度Hrb由自动洛氏硬度计测算数据，并自动将数据上传至数据采集模块；

球磨罐转速Rpm1由球磨机转速表提供数据；

研磨子直径d根据使用的氧化铝陶瓷研磨子规格参数信息提供。

其中，采集洛氏硬度值是为了间接量化表示原材料的脆性，原材料洛氏硬度越高，则其脆性越高，即更容易研磨粉碎，即规格指数Ps与原材料洛氏硬度Hrb呈反比；

球磨罐转速越高，则研磨子与研磨物料接触越充分，即规格指数Ps与球磨罐转速Rpm1呈反比；

研磨子直径越大，质量越大，则在旋转中能够携带的能量越大，即能够进一步的将研磨物料粉碎，因此规格指数Ps与研磨子直径d呈反比关系。

需要指出的是，球磨罐转速Rpm1存在阈值限制，当球磨罐转速过快，研磨物料会显著的受到摩擦生热的影响，物料结构可能会发生热变形或性状变化，同时过快的转速也会对球磨罐和转轴系统造成损伤，因此需要警示模块对球磨罐转速进行实时监测，当球磨罐转速超过阈值限制，警示模块就会发出警示信号。

在工业生产中，按照GB/T 2085-2009《铝粉》国家标准进行级别分类，按照该标准，可以确定规格指数与工业铝粉粒径级别的对应关系，如下表：

规格指数	级别
		Ps≤45	FLQ45
45＜Ps≤56	FLQ56
		56＜Ps≤63	FLQ63
63＜Ps≤80	FLQ80

以铝粉生产分类提纯环节为例，数据采集模块收集铝粉制备处理的多项参数，首先由光谱分析仪对铝粉进行扫描分析，对原始材料进行元素成分检测，生成原材料各元素成分含量表，针对可去除的杂质元素进行物理化学方法处理。

例如，某原始材料检测出存在硅杂质，可使用碱性溶液如氢氧化钠溶解材料中含有的硅杂质，使其转化为硅酸钠，再利用硅酸钠可溶于水的特性对材料进行洗涤过滤，即可除去原始材料中含有的硅杂质，提高铝粉产物的纯度。

对于其他类型元素杂质，可通过类似的物理化学手段进行剔除，逐步提高铝粉的纯度，物理化学提纯环节完成后，再次对铝粉进行光谱分析，确定其提纯效果，对提纯除杂环节进行检验，以核查是否符合国家标准，并将此次光谱分析的铝纯度定义为处理纯度Qp,同时将数据传输至数据采集模块。

由GB/T 2085-2009《铝粉》国家标准相关规定，球磨法各规格铝粉产品杂质种类及含量限制如下表所示：

由于铝属于较为活泼的金属元素，铝粉颗粒细微，比表面积较大，很容易与空气中的氧气发生氧化还原反应，使铝粉变为氧化铝粉,为了将氧化铝杂质转变为铝，可利用高温去氧化处理方法。

数据采集模块收集电阻炉的电流强度I和电阻炉加热管转管速度Rpm2，结合此前获得的处理纯度Qp，可以得到产物的纯度指数Pi:

式中，β₁、β₂、β₃分别是电流强度I、处理纯度Qp和加热管转速Rpm2的比例系数；

电流强度由电阻炉电热元件上连接的电流传感器确定；

处理纯度Qp在铝粉完成物理化学除杂环节后，再次进行光谱分析时，由直读光谱分析仪直接检测。

其中，电阻炉电流强度I在电阻炉加热元件阻值一定的情况下决定电阻炉加热温度，电流强度越高，则电阻炉加热温度越高；

电阻炉加热管转管速度Rpm2决定铝粉在电阻炉内的去氧化程度，旋转速度越慢，则铝粉反应越充分，去氧化效果越好；

除杂环节完成后，对除杂效果进行检验，再次进行光谱分析成像，得到处理纯度Qp，处理纯度越高，则待去氧化处理的铝粉基础活性铝含量越高，去氧化处理后得到的产物铝纯度越高。

需要注意的是，电阻炉的电流强度设有阈值限制，当电阻炉温度传感器达到限制时，警示模块会发出警示信号，对电阻炉的电流进行预警提示。

实施例3：数据分析模块分别完成对铝粉成品粒径规格和纯度的分析记录后，将信息传输至数据监测模块对铝粉进行分类整理，对不同批次铝粉的特征参数进行记录标志，标注形式为FLQ纯度指数+规格指数，例如某批次铝粉标签为FLQ98.3％+45，即为铝纯度98.3％的粒径45微米铝粉。

数据监测模块整合从原材料硬度、铝含量纯度等数据，结合生产分类过程中各个环节的监测数据，对铝粉的生产分类做全面的管理，分别从粒径和纯度两个角度对铝粉类型进行分类控制，将铝粉生产分类过程中的具有参考性决定性的关键数据传送至监测管理中心，通过可视化模块，简明直接地展示铝粉在分类流程中的每一个指标参数，能够可靠的提高生产效率，分类准确度。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序货物的形式实现。所述计算机程序货物包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的货物销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件货物的形式体现出来，该计算机软件货物存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统，其特征在于：包括数据采集模块、数据分析模块、警示模块、数据监测模块和可视化模块；

数据采集模块：用于收集有关材料性质、设备参数等多源数据，并进行预处理；

数据分析模块：用于对收集到的多源数据进行分析，生成两个不同维度的系统参数，以进行综合处理；

警示模块：用于对数据分析模块中所用数据进行可行性检验，从实际生产的角度进行阈值限定，以保证生产安全性；

数据监测模块：用于对数据分析模块的分析结果进行监测整合，根据规格和纯度两个参数，对铝粉分类进行结果整理；

可视化模块：用于直接简明地展示铝粉生产分类全过程的数据信息参数，供监测者实时掌控铝粉状态；

数据分析模块对多源参数的分析整理分为以下步骤：

根据材料洛氏硬度值、球磨机磨罐转速、球磨机研磨子直径可分析铝粉的规格指数Ps，公式为：式中，Hrb为材料洛氏硬度值、Rpm1为球磨机磨罐转速、d为球磨机研磨子直径，α₁、α₂、α₃分别为材料洛氏硬度值、球磨机磨罐转速、球磨机研磨子直径的比例系数；

根据电阻炉电流强度、电阻炉转管速度、直读光谱分析仪铝纯度值可分析铝粉的纯度指数Pi，公式为：式中，I为电阻炉电流强度、Qp为直读光谱分析仪铝纯度值、Rpm2为电阻炉转管速度，β₁、β₂、β₃分别为电阻炉电流强度、直读光谱分析仪铝纯度值、电阻炉转管速度的比例系数；

直读光谱分析仪铝纯度值Qp的获取步骤如下：

取得直读光谱分析仪铝纯度值Qp之前，需对材料进行除杂处理，以化学物理手段，运用离子交换方法，将材料中检测超标存在的杂质元素置换，以可溶解性盐的形式析出杂质元素，对材料进行洗涤过滤，直至检测杂质元素含量达标；

警示模块的运行逻辑如下：

在对铝粉规格指数Ps的分析中，球磨机磨罐转速Rpm1存在上限，为防止转速过快导致的摩擦生热对铝粉造成热变形，并且防止转速过快对磨罐和转轴的不必要损耗，警示模块会对球磨机磨罐转速进行检测，当转速超出阈值，警示模块会发出警示信号；

在对铝粉纯度指数Pi的分析中，电阻炉电流强度I存在上限，电阻炉本身存在温度极限值，电流强度不能持续增强，警示模块会对电阻炉内温度进行检测，当温度达到极限，警示模块会发出警示信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统，其特征在于：数据采集模块包括材料自身性质和各项设备参数；

材料自身性质包括材料洛氏硬度值、材料铝纯度值，设备参数包括球磨机磨罐转速、球磨机研磨子直径、电阻炉电流强度、电阻炉转管速度、直读光谱分析仪铝纯度值。

3.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统，其特征在于：数据监测模块对分析结果的监测整合过程：

由数据分析模块得到的规格指数和纯度指数，经数据监测模块综合整理后，实现对铝粉类型的分类管理，通过确定规格指数和纯度指数即可确定类别。

4.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的铝粉分类过程监测系统，其特征在于：可视化模块的运作逻辑：

可视化模块利用可视化工具，将数据监测模块的分类结果及其处理过程的各项指标参数传送给监测管理中心进行可视化展示，以供监测管理中心更直观地监测铝粉生产分类的流程。