基于元胞自动机的高速编织质量评定方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及pe-uhmw生产，特别涉及基于元胞自动机的高速编织质量评定方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、pe-uhmw(超高分子量聚乙烯)是一种具有特殊结构和性能的聚合物材料。它的名称中的“超高分子量”意味着它的分子量相对较高，通常在聚乙烯家族中处于最高水平。这种聚乙烯的分子量通常以数百万到数千万个乙烯单体组成一个聚合物链。这导致了一些独特的性能特点，使其在各种应用中备受欢迎。

2、pe-uhmw的高分子量链条使其具有出色的强度和耐磨性，这种材料具有非常低的摩擦系数，使其在需要减少摩擦和磨损的应用中非常有用。它可以自行润滑，减少了能量损失和热量产生。由于其高分子量和低摩擦系数，pe-uhmw表现出色的耐磨性，特别适用于高磨损环境，如输送带、刮板、滑动部件等。而且在某些理论研究中，pe-uhmw对辐射具有较高的抗性，因此在核工业和放射性环境中使用，例如用于辐射防护设备。

3、生产pe-uhmw所使用的编织机通常称为三维编织机或高速编织机。这些机器是专门设计用于将pe-uhmw纤维编织成三维编织复合材料的设备，以获得更高的强度、耐磨性和其他性能特性。三维编织机采用了一种特殊的编织技术，以将pe-uhmw纤维穿越于不同方向，创造出三维结构。这意味着纤维不仅在水平和垂直方向上编织，还在厚度方向上穿越，从而形成了一个紧密交织的结构。这些机器通常具备多轴编织功能，可以同时操作多个编织轴线，以加快生产速度并实现更复杂的编织图案。多轴编织有助于增强材料的均匀性和一致性。pe-uhmw纤维通常以卷筒形式供给编织机。这些卷筒会提供足够的纤维，以满足生产要求，并且需要确保纤维在整个编织过程中保持适当的张力。编织机可以根据需要创建不同的编织图案。这些图案可以调整以控制最终复合材料的性能，例如强度、刚度和耐磨性。不同的编织图案可以实现不同的性能特性。

4、对于pe-uhmw来说，硬度是衡量其生产质量的核心标准之一，这是由于pe-uhmw因其出色的耐磨性而闻名，常用于高磨损环境中，如滑动轴承、输送带和刮板，而硬度就是材料抵抗表面磨损的重要指标之一。硬度较高的pe-uhmw通常能更好地抵御磨损，延长其使用寿命。同时在材料学中，材料的硬度通常与其他机械性能参数(如强度、刚度和弹性模量)相关。硬度测试可以提供有关材料的整体强度和刚度的信息，这对于确定其是否适合特定应用至关重要。较高的硬度通常意味着更高的材料强度。

5、在超高分子量聚乙烯(pe-uhmw)的质量控制中，硬度测试通常采用洛氏硬度测试的形式实施，其中包括：

6、(1)rockwell硬度测试：它使用一个金属球或金刚石锥头，以一定的载荷施加在测试样品上，然后测量产生的印痕的深度。硬度值以洛氏硬度(例如hrc)表示，其中hrc表示洛氏硬度c刻度。这个值表示材料的硬度，数值越高表示材料越硬。

7、(2)brinell硬度测试：使用一个硬度钢球以一定的压力施加在样品上，然后测量印痕的直径。硬度值以brinell硬度(例如hb)表示，其中hb表示brinell硬度值。与rockwell硬度类似，数值越高表示材料越硬。

8、(3)vickers硬度测试：vickers硬度测试使用一个金刚石金字塔(通常是菱形金字塔)以一定的力量施加在样品上，然后测量形成的印痕的对角线长度。硬度值以vickers硬度(例如hv)表示，其中hv表示vickers硬度值。

9、但是，这类传统技术均具有一定的技术缺陷，包括：

10、(1)生产延迟和成本增加：传统硬度测试通常在产品生产后进行，这可能导致生产延迟，因为必须等待产品制备完毕。此外，进行测试需要额外的时间和成本，包括设备维护、实验室设施和人员培训。

11、(2)不及时发现问题：如果硬度测试在产品生产后进行，也就意味着任何质量问题或材料异常都只能在产品制备完毕后才能被发现。这可能导致大量次品的制造，而在发现问题之前已经耗费了大量资源。

12、(3)无法参与实时调控：传统硬度测试无法在生产过程中提供实时反馈，以帮助调控材料或生产参数。这意味着如果发现问题，必须停止生产并进行调整，这会增加生产时间和成本。

13、(4)样品代表性：传统测试通常只涉及少数样品，这可能导致数据的代表性问题。材料的硬度可能在不同位置或时间发生变化，但传统测试无法捕捉到这种变化。

14、为此，提出基于元胞自动机的高速编织质量评定方法、系统及存储介质。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例希望提供基于元胞自动机的高速编织质量评定方法、系统及存储介质，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，即生产延迟和成本增加、不及时发现问题、无法参与实时调控及样品代表性，并对此至少提供一种有益的选择；

2、本发明实施例的技术方案是这样实现的：

3、第一方面

4、基于元胞自动机的高速编织质量评定方法

5、(一)引言

6、该方法旨在实现复合材料生产中的实时质量控制和生产优化。该方法结合了实时性、预测性和实时调控性，以提供更全面的质量信息，并帮助降低生产成本。

7、(二)技术概述

8、该方法的原理基于以下关键概念：

9、2.1纤维含量与硬度关系：

10、基于《ep/三维编织pe–uhmw纤维复合材料的摩擦磨损性能》(doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2013.07.019；中图分类号：tb332；文献标识码：a；文章编号：1001-3539(2013)07-0082-03)所公开的研究数据，将纤维含量与硬度之间的关系建立了一个模型，该模型预测了纤维含量与硬度之间的线性关系。这个关系被用作预测和控制的基础。纤维含量-硬度关系模型为：

11、p1(xi,yj)＝线性函数(xi)＝m·xi+b

12、

13、其中，xi表示纤维含量的百分比，yj表示硬度的mpa值，m和b是线性函数的权重因子。

14、以此可以建立二维转移矩阵p1，经所述纤维含量-硬度关系填充后为：

15、

16、每一行代表不同的纤维含量百分比，每一列代表不同的硬度值(mpa)。矩阵的第一行代表纤维含量为10％时，第二行代表纤维含量为35％时，第三行代表纤维含量为60％时，第四行代表纤维含量为90％时。这些行反映了不同纤维含量下硬度值的概率分布。在这每行中可以进一步按照纤维含量-硬度关系模型填充更多的行，因为研究已经表明了这种关系呈线性。例如，第一列代表硬度值为0mpa时不同纤维含量下的概率分布，第二列代表硬度值为140mpa时不同纤维含量下的概率分布，以此类推。这个矩阵的目的是以纤维含量百分比为行、硬度值为列的方式，反映了不同纤维含量下硬度值的概率分布关系。它可以用于估计在不同纤维含量下，硬度值的可能分布情况，从而帮助进行质量控制或预测。

17、2.2模型预测

18、获取当前所述编织机生产的pe-uhmw的纤维含量(％)的输入信息，使用预测模型来估算当前产品的硬度。模型基于已知的纤维含量与硬度关系进行计算。

19、2.3实时调控

20、如果模型预测的硬度与目标值不符，系统可以实时调整生产参数以纠正问题，确保产品质量达到标准。

21、(三)原理

22、下面是该质量评定方法的主要步骤：

23、3.1数据采集

24、获取当前所述编织机生产的pe-uhmw的纤维含量(％)的输入信息

25、3.2数据传输和处理

26、将采集的数据传输到计算机系统中进行处理。系统将数据与预测模型进行比较。

27、所述元胞的属性包括：所述纤维含量xi的属性和所述硬度yj的属性；

28、在每个时间步中，所述元胞的状态的更新包括：

29、1)获取当前时间步的纤维含量xi的信息；

30、2)根据当前纤维含量xi在二维转移矩阵p1中查找对应的硬度概率分布，选择与xi最接近的行；

31、3)使用所述二维转移矩阵p1中的该行，的硬度概率分布来确定下一个时间步的硬度yj。

32、使用概率p1i(j)进行硬度yj的加权平均，得到所述下一时间步的硬度属性yj(t+1)：

33、yj(t+1)＝∑jp1(j)·j

34、所述p1i(j)表示所述二维转移矩阵p1的行p1i中硬度值为j的概率。

35、在马尔科夫链中，正常纤维含量(0)和脱离纤维含量(1)；并设定初始状态为0；所述二维转移矩阵p2为：

36、

37、p(0→0)表示从正常纤维含量到正常纤维含量的转移概率；

38、p(0→1)表示从正常纤维含量到脱离纤维含量的转移概率；

39、p(1→0)表示从脱离纤维含量到正常纤维含量的转移概率；

40、p(1→1)表示从脱离纤维含量到脱离纤维含量的转移概率；

41、所述转移规则为生产逻辑，用于应对检测生产线上的微故障，并根据故障的发生情况来更新纤维含量的不确定性。具体的逻辑如下：

42、如果在一段时间内发生了连续的生产线故障，本发明可能怀疑纤维含量的正常状态受到了影响。在这种情况下，本发明可能会增加从正常纤维含量到脱离纤维含量的转移概率p(→1)。如果生产线连续运行正常，本发明可以逐渐降低p(→1)。

43、示例性的，根据以下逻辑来更新p(→1)的值：

44、如果连续10次生产线故障发生，增加p(→1)。

45、如果连续30次生产线正常运行，减小p(→1)值。

46、所述预测信息iv的解算包括：设当前时间步t的纤维含量状态，表示为一个向量statet，所述向量statet包括正常纤维含量(0)和脱离纤维含量(1)的状态概率，使用所述二维转移矩阵p2预测下一个时间步t+1的纤维含量状态：

47、1)计算下一个时间步t+1的状态概率向量statet+1：

48、statet+1＝p2·statet

49、所述·为矩阵乘法运算符，所述statet+1包括下一个时间步的纤维含量状态的预测概率；

50、2)计算所述预测信息iv：

51、iv＝statet+1(0→1)

52、所述预测信息iv包括纤维含量的变化可能性。

53、3.3模型计算

54、基于已知的纤维含量与硬度关系，系统计算当前产品的硬度预测值。

55、3.4质量评估

56、系统将硬度预测值与目标值进行比较，评估产品的质量。如果硬度不符合标准，工作人员可以以此进行预先调控，如纤维含量控制，以纠正问题。

57、第二方面

58、基于元胞自动机的高速编织质量评定系统

59、所述系统包括：

60、(1)处理器：系统配备了一台高性能的处理器，该处理器负责执行编织质量评定方法的各个步骤。处理器能够快速处理大量的实时数据，进行复杂的模型计算和预测，以及实时的生产参数调整。

61、(2)存储器：系统中耦合了存储器，用于存储程序指令和必要的数据。存储器的容量足以存储评定方法所需的所有信息，包括已建立的纤维含量与硬度关系模型、目标硬度值、历史数据等。这些数据对于方法的正常运行和准确性至关重要。

62、(3)程序指令：存储器中存储有编织质量评定方法的程序指令。这些指令是编写好的计算机程序，按照方法的步骤进行组织，以确保整个过程能够流畅运行。程序指令包括数据采集、模型计算、质量评估和实时调控等操作的指导。

63、通过这一系统的协同作用，处理器可以在实时生产环境中高效地执行编织质量评定方法。处理器会根据程序指令，从存储器中获取所需的数据和模型，进行数据处理和分析，并在需要时进行实时参数调整。这使得质量评估和控制过程高速而准确，有助于确保产品质量符合要求。

64、第三方面

65、一种存储介质

66、这是一种非易失性存储介质，如固态硬盘(ssd)或闪存驱动器。这些存储介质具有高速读写能力、可靠性和耐用性，适合在生产环境中使用，以确保数据的安全性和持久性。存储介质内存储有编织质量评定方法所需的全部程序指令。这些程序指令按照方法的步骤组织，包括数据采集、模型计算、质量评估、实时调控等操作的详细说明。程序指令是以二进制形式存储的，可由处理器读取和执行。

67、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

68、(1)实时性和实时调控：本发明的编织质量评定方法基于模型和算法，能够在生产过程中实时收集和分析数据。这意味着可以在产品成型之前、期间和之后持续监测纤维含量和硬度，从而实现实时质量控制。如果出现问题，可以迅速采取措施进行调整，减少生产延迟和成本增加。

69、(2)预先调控性且及时发现问题：本发明的编织质量评定方法具有预测性，可以预测纤维含量与硬度之间的关系，并提前识别潜在问题。这有助于在问题变得明显之前采取纠正措施，防止次品的生产。通过及时的预警和反馈，问题可以在产生显著成本之前被解决。

70、(3)广泛覆盖性：传统硬度测试方法通常只测试少数样品，而本发明的编织质量评定方法可以在整个生产过程中持续监测。这意味着可以获得更多的数据点，覆盖更广泛的样品区域，从而提高了数据的代表性和准确性。这使得在不同位置或时间发生的硬度变化可以更好地捕捉到。

71、(4)成本降低：本发明的编织质量评定方法的实时性和预测性有助于减少生产延迟，提高生产效率，降低成本。通过及时调整参数和生产过程，可以避免不必要的次品和废品的制造，从而减少了成本。