【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋁電解，特別是涉及一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、評(píng)估方法及設(shè)備。
技術(shù)介紹
1、鋁電解工藝作為鋁工業(yè)生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，其效率和安全性直接影響到鋁產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)的鋁電解工藝高度依賴于人工操作和經(jīng)驗(yàn)判斷，這不僅限制了生產(chǎn)效率，也增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。盡管自動(dòng)化技術(shù)在近年來有所發(fā)展，但大多數(shù)現(xiàn)有系統(tǒng)仍面臨操作依賴性強(qiáng)、數(shù)據(jù)利用不足、安全隱患多、效率瓶頸明顯及維護(hù)成本高等挑戰(zhàn)。
2、盡管目前開始嘗試引入智能化技術(shù)，如利用傳感器監(jiān)測(cè)電解槽狀態(tài)、采用簡(jiǎn)單的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，但這些技術(shù)大多處于初級(jí)階段。推動(dòng)鋁電解智能生產(chǎn)決策的發(fā)展離不開廣泛可靠的數(shù)據(jù)來源，雖然鋁電解工業(yè)現(xiàn)有參數(shù)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)步較大，生產(chǎn)過程中也可以采集大量數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)利用不足、多源數(shù)據(jù)整合能力不夠。
3、專利cn111651890b公開了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的鋁電解數(shù)字孿生工廠控制方法，利用cnn神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、t-sne融合工具等構(gòu)建融合決策模型，基于融合決策模型和多源數(shù)據(jù)得到工業(yè)操作決策，并根據(jù)工業(yè)操作決策對(duì)鋁電解車間進(jìn)行控制。該方法采用cnn神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理序列數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理針對(duì)性較差，多源數(shù)據(jù)整合能力不夠，可靠性較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、評(píng)估方法及設(shè)備，提高鋁電解工藝評(píng)估的可靠性和準(zhǔn)確性。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：
3、一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工
4、s1：獲取鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)過程中的日志記錄數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)，獲取鋁電解車間的工業(yè)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)；
5、s2：對(duì)所述日志記錄數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
6、s3：將經(jīng)過預(yù)處理后的日志記錄數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)作為深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入，訓(xùn)練所述深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型，所述深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型包括cnn網(wǎng)絡(luò)、lstm網(wǎng)絡(luò)、第一全連接層、第二全連接層，所述cnn網(wǎng)絡(luò)、所述lstm網(wǎng)絡(luò)、所述第一全連接層分別與所述第二全連接層連接；
7、所述深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練過程包括：
8、采用所述lstm網(wǎng)絡(luò)處理經(jīng)過預(yù)處理后的日志記錄數(shù)據(jù)，得到第一特征；
9、采用所述cnn網(wǎng)絡(luò)處理經(jīng)過預(yù)處理后的視頻數(shù)據(jù)，得到第二特征；
10、采用所述第一全連接層處理經(jīng)過預(yù)處理后的傳感器數(shù)據(jù)，得到第三特征；
11、通過所述第二全連接層融合所述第一特征、所述第二特征、所述第三特征，得到評(píng)估結(jié)果；
12、通過自動(dòng)調(diào)參優(yōu)化超參數(shù)組合，迭代優(yōu)化訓(xùn)練所述深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型，得到鋁電解工藝評(píng)估模型。
13、本專利技術(shù)使用長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)(lstm)來處理序列數(shù)據(jù)，該網(wǎng)絡(luò)能夠捕捉日志記錄數(shù)據(jù)中的長(zhǎng)期依賴關(guān)系，理解鋁電解工藝操作的順序和邏輯；采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(cnn)處理視頻數(shù)據(jù)，能夠提取視頻中的關(guān)鍵特征；使用全連接層(ann)來處理傳感器數(shù)據(jù)；用全連接層作為融合層，將上述網(wǎng)絡(luò)的輸出進(jìn)行融合。本專利技術(shù)針對(duì)不同數(shù)據(jù)的特征，分別采用不同深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)處理不同數(shù)據(jù)，能夠處理復(fù)雜的多模態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的特征學(xué)習(xí)能力，提取的特征更具代表性，鋁電解工藝評(píng)估的可靠性和準(zhǔn)確性更高。lstm、cnn和ann的結(jié)合使得模型能夠應(yīng)對(duì)多種不同類型的數(shù)據(jù)(如視頻、時(shí)間序列數(shù)據(jù)、分類數(shù)據(jù)等)，提升模型在不同任務(wù)中的泛化能力。
14、進(jìn)一步地，所述日志記錄數(shù)據(jù)包括操作員、技術(shù)員和管理員在鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)過程中的操作日志和決策記錄；所述視頻數(shù)據(jù)包括操作員、技術(shù)員和管理員在鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)過程中的操作視頻；所述傳感器數(shù)據(jù)包括鋁電解槽的電流、電壓、溫度、下料次數(shù)、下料量、出鋁時(shí)刻、換極時(shí)刻。
15、通過不同層級(jí)人員的操作數(shù)據(jù)，可以更加準(zhǔn)確的反映和評(píng)估鋁電解工藝實(shí)際操作的效果，提供更有價(jià)值的反饋，提高模型的準(zhǔn)確度和精度。
16、進(jìn)一步地，所述s2的具體過程包括：
17、對(duì)所述日志記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和格式化；
18、對(duì)所述視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行尺寸標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化處理；
19、對(duì)所述傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑、歸一化處理。
20、通過對(duì)日志記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除無效和冗余信息，然后格式化為適合輸入到lstm網(wǎng)絡(luò)的序列格式；通過對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，提高后續(xù)特征提取的效率和準(zhǔn)確性；通過對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以減少噪聲并突出重要特征，便于后續(xù)特征提取。
21、進(jìn)一步地，所述lstm網(wǎng)絡(luò)包括輸入門、遺忘門、輸出門、候選細(xì)胞狀態(tài)，輸入門、遺忘門、輸出門、候選細(xì)胞狀態(tài)的表達(dá)式分別如下：
22、ft＝σ(wf·[ht-1,xt]+bf)；
23、it＝σ(wi·[ht-1,xt]+bi)；
24、
25、ot＝σ(wo·[ht-1,xt]+bo)；
26、ht＝ot*tanh(ct)；
27、其中，σ為sigmoid激活函數(shù)，tanh為雙曲正切函數(shù)，ft為t時(shí)刻的遺忘門，it為t時(shí)刻的輸入門，ct為t時(shí)刻的細(xì)胞狀態(tài)，為t時(shí)刻的候選細(xì)胞狀態(tài)，ot為t時(shí)刻的輸出門，ht為t時(shí)刻的隱藏狀態(tài)，xt為在t時(shí)刻的日志記錄數(shù)據(jù)，ht-1為t-1時(shí)刻的隱藏狀態(tài)，ct-1為t-1時(shí)刻的細(xì)胞狀態(tài)，wf、wi、wo、wc分別是遺忘門、輸入門、輸出門和候選細(xì)胞狀態(tài)的權(quán)重，bf、bi、bo、bc分別是遺忘門、輸入門、輸出門和候選細(xì)胞狀態(tài)的偏置，*表示逐元素乘法。
28、進(jìn)一步地，所述cnn網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的卷積網(wǎng)絡(luò)，所述卷積網(wǎng)絡(luò)包括卷積層、池化層和全連接層，卷積層、池化層和全連接層的表達(dá)式如下：
29、
30、xl＝σ(wl*y2+bl),l＝1,2,…,l-1,
31、其中，x0為視頻數(shù)據(jù)，x為cnn網(wǎng)絡(luò)中第l層卷積層的輸入，為cnn網(wǎng)絡(luò)中第l層卷積層的輸出，k為卷積核，kh為卷積核的高度，kw為卷積核的寬度，c為卷積核的通道數(shù)，i和j為輸出特征圖的位置，為cnn網(wǎng)絡(luò)中第l層池化層的輸出，xl為cnn網(wǎng)絡(luò)中第l層全連接層的輸出，σ是sigmoid激活函數(shù)，bl為cnn網(wǎng)絡(luò)中第l層全連接層的偏置，wl為cnn網(wǎng)絡(luò)中第l層全連接層的權(quán)重，為視頻數(shù)據(jù)第k維的大小，k＝1，2，…，d；d為視頻數(shù)據(jù)的維數(shù)，l為cnn網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)。
32、進(jìn)一步地，所述第一全連接層或第二全連接層的表達(dá)式如下：
33、y(g)＝f(w(g)x(g-1)+b(g))
34、其中，y(g)為第g層的輸出，w(g)為第g層的權(quán)重，b(g)為第g層的權(quán)重偏置，x(g-1)為第g層的輸入，f為激活函數(shù)。
35、進(jìn)一步地，將日志記錄數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)輸入鋁電解工藝評(píng)估模型，得到評(píng)估結(jié)果，根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)鋁電解工藝進(jìn)行控制和優(yōu)化。
36、基于同一專利技術(shù)構(gòu)思，本專利技術(shù)還提供了一種基于上述方法的鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控單本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，所述日志記錄數(shù)據(jù)包括操作員、技術(shù)員和管理員在鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)過程中的操作日志和決策記錄；所述視頻數(shù)據(jù)包括操作員、技術(shù)員和管理員在鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)過程中的操作視頻；所述傳感器數(shù)據(jù)包括鋁電解槽的電流、電壓、溫度、下料次數(shù)、下料量、出鋁時(shí)刻、換極時(shí)刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，所述S2的具體過程包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，所述LSTM網(wǎng)絡(luò)包括輸入門、遺忘門、輸出門、候選細(xì)胞狀態(tài)，輸入門、遺忘門、輸出門、候選細(xì)胞狀態(tài)的表達(dá)式分別如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，所述CNN網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的卷積網(wǎng)絡(luò)，所述卷積網(wǎng)絡(luò)包括卷積層、池化層和全連接層，卷積層、池化層和全連接層的表達(dá)式如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，將日志記錄數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)輸入鋁電解工藝評(píng)估模型，得到評(píng)估結(jié)果，根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)鋁電解工藝進(jìn)行控制和優(yōu)化。
8.一種基于權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，其特征在于，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控單元、鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、模型訓(xùn)練優(yōu)化單元、評(píng)估反饋單元；
9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，其存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，所述日志記錄數(shù)據(jù)包括操作員、技術(shù)員和管理員在鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)過程中的操作日志和決策記錄；所述視頻數(shù)據(jù)包括操作員、技術(shù)員和管理員在鋁電解工藝實(shí)訓(xùn)過程中的操作視頻；所述傳感器數(shù)據(jù)包括鋁電解槽的電流、電壓、溫度、下料次數(shù)、下料量、出鋁時(shí)刻、換極時(shí)刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，所述s2的具體過程包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，所述lstm網(wǎng)絡(luò)包括輸入門、遺忘門、輸出門、候選細(xì)胞狀態(tài)，輸入門、遺忘門、輸出門、候選細(xì)胞狀態(tài)的表達(dá)式分別如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的鋁電解工藝評(píng)估方法，其特征在于，所述cnn網(wǎng)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張紅亮，王金晶，李劼，陳燦，曾子望，施輝洪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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