间歇过程高效运行的建模控制方法及应用

Batch process is one of the important production modes in modern manufacture. Its efficient operation is the key to enhance the overall strength of manufacture and sustainable economic development. Automatic control is the basic means to guarantee the efficient product operation. Based on a systematic analysis of the batch process feature, such as multi-phase, repeatability, and frequent change of the product, this project reveals the three-dimension nature (time, batch and product) of the batch process. Combining the requirement of efficient operation, this project will systematically study a series of scientific problems including modeling, setting, control and monitoring under the defined 3-D framework. The theoretical achievements will be verified in injection molding which is a typical batch process. The successful application of the theories will improve the operation efficiency of the molding industry and the final product quality, hence promoting the domestic plastic industry upgrading. This will play a demonstration effect as well.

间歇过程作为现代制造业的重要生产方式之一，其高效运行是推进制造业整体实力、维持经济可持续发展的优先主题。自动控制技术是保证生产过程高效运行的基本手段。本项目在系统分析间歇过程的多阶段、重复运行、产品频繁变化等特性的基础上，揭示了其时间、批次、产品的三维时间系统本质，结合高效运行的需求，在三维框架下研究建模、设定、控制、监测等一系列科学问题，形成一个系统研究的运行体系，为我国间歇过程的高效运行提供理论支撑，具有重要的学术意义。项目的理论成果将在典型的间歇过程—注塑过程中进行验证和应用，通过大幅提高注塑生产过程的运行能力和产品性能，推进我国1.7万亿产值的塑料工业的升级，并形成应用示范，带动我国一大批以间歇过程为主的产业的转型升级。

项目期间，课题组在理论方面对间歇过程的固有特性进行了进行多时段多时间维度揭示及表征，并基于此开展了以多时间维度的建模和控制为核心体系的科研工作，研究了面向间歇过程的容错控制、混杂控制、优化控制、模型移植、过程监测、故障诊断等一系列以高效运行为基本目标的策略和算法，获得了一批原创性的理论研究成果。围绕间歇过程三维特性的快速建模理论、以提高生产效率为目标的间歇过程优化方法及非正常工况的故障修复理论、间歇过程的二维混杂控制理论这三个科学问题，面向间歇工业过程运行水平落后现状，分析造成产品质量不高、生产监测不足、生产效率不高等问题的行运根本因素，创建多维过程动态模型及质量预测模型方法体系, 进行间歇过程二维控制、多维多时段分析监测，形成间歇过程多维行运的控制监测方法体系，实现故障预测、诊断、自愈的生产方法，保障间歇过程高效行运。在应用方面，课题组将理论成果集成入自主开发的注塑机控制系统产品中，并在多家企业的不同品牌的注塑机上进行了验证和应用，证明了科研成果的有效性。