BRPI0315532B1 - método para monitorar e analisar um processo - Google Patents

Abstract

"método para monitorar e analisar um processo". a invenção se refere a um método para monitorar e analisar um processo de produção. no método, é medido um grande número de variáveis de processo, e, com o auxílio destas variáveis, marcas identificadoras de acordo com uma situação de processo boa e uma pobre, relativamente à operacionalidade, são definidas em diversos sub-processos e são armazenadas em uma memória, as marcas identificadoras armazenadas são comparadas com as marcas identificadoras obtidas em uma situação normal de processo, com base na comparação, a diferença, indicada graficamente ao usuário, é definida entre a boa situação gravada e a situação momentânea do processo.

Description

"MÉTODO PARA MONITORAR E ANALISAR UM PROCESSO" Classificação da invenção A presente invenção se refere a um método para monitorar e analisar um processo de produção, em cujo método: é medido um grande número variáveis de processo, com auxílio destas variáveis, uma marca identificadora de acordo com uma boa situação de processo, relativamente à operacionalidade, é definida ao menos em dois sub-processos e é então armazenada em uma memória, as marcas identificadoras armazenadas são comparadas com as marcas identificadoras obtidas em uma situação normal de processo, com base em comparações, é definida a diferença, indicada graficamente ao usuário em cada sub-processo, entre a situação boa gravada e a situação de processo momentânea.

Fundamentos da invenção As redes neurais de aprendizagem podem ser usadas para classificar eficazmente grandes quantidades de dados e revelar conexões e agrupamentos em medições e grandes blocos de dados, que são muito difíceis de encontrar usando a análise estatística, modelos matemáticos, ou regras lógicas. A publicação internacional de patente WO 01/75222 divulga um método, explorando uma rede neural, para monitorar um processo de produção de papel e fornece referências à literatura geral sobre redes neurais. De acordo com a experiência, o método divulgado pela publicação pode ser usado para revelar um processo que se afasta da zona ótima, bem antes que os problemas apareçam na forma de, por exemplo, uma ruptura de correia. As medições eletroquimicas são realizadas preferivelmente usando o equipamento de acordo com a publicação WO 01/25774.

Entretanto, o uso do método conhecido não determinará a causa de um problema muito rapidamente, mesmo se, quando um desvio de índice ocorre, as variáveis de entrada da rede neural são examinadas. Freqüentemente, a causa não é uma questão de desvio em uma única variável de entrada, mas, ao contrário, de uma combinação prejudicial de diversas variáveis.

Na prática, observou-se que muitas situações de problema estão associadas sempre com circunstâncias similares.

Sumário da invenção A presente invenção é destinada a criar um novo tipo de método em um processo de produção, por meio do qual o processo pode ser monitorado mais facilmente e mais acuradamente do que anteriormente. As características peculiares da invenção são indicadas nas reivindicações que acompanham o pedido. 0 ponto de partida da invenção é tratar de procurar tão rapidamente quanto possível as causas de problemas. Do ponto da vista da invenção era importante que as diferenças detectadas fossem devidas a problemas completamente específicos. Tais problemas específicos aparecem, por exemplo, em uma máquina de papel nos seguintes contextos: - mistura de massa em circulação curta - condição dos feltros na seção de prensa - equilíbrio de água nos feltros - estado eletroquímico na extremidade molhada - retenção total - processo de secagem - estado do processo durante a mudança de nível - monitoração de "qualidade de operacionalidade" -quebras, furos, e pontos.

Em uma extensão considerável, os fenômenos são específicos da maquina. Para estas situações, é possível gravar marcas identificadoras de área estreita de uma situação negativa.

Em uma máquina de papel, observou-se que os feltros da seção de prensa poderíam se tornar obstruídos a um grau considerável, sem que isto interferisse imediatamente na produção. Esta situação de falha, entretanto, não suportará um distúrbio adicional, porque a capacidade de absorção dos feltros será insuficiente, se uma capacidade de absorção adicional for requerida, devido ao distúrbio adicional. Em tal situação, os processos são adicionados a índices especiais específicos de monitor, específicos de máquina, que definem as situações delimitadas indesejáveis a serem detectadas nos sub-processos. Desta maneira, uma mistura de massa que seja detectada como sendo pobre, um determinado estado eletroquímico, e condição dos feltros na seção de prensa são monitorados, e associados, se necessário ao sistema de alarme do processo. Há freqüentemente um momento para corrigir tal problema, porque os fatores que perturbam o funcionamento se acumulam somente em períodos de diversas horas.

Preferivelmente, cada processo, por exemplo, uma máquina de papel, é dividido em sub-processos, o método de acordo com a publicação WO 01/75222 sendo aplicada a cada sub-processo.

Preferivelmente, os vetores de saída de cada rede neural são processados para criar um escalar ou a outra variável de valor único para cada índice. As marcas identificadoras pobres podem ser detectadas não somente por uma rede neural, mas também usando circuitos lógicos mais simples, porque têm freqüentemente critérios muito precisamente definidos. Entretanto, o melhor resultado é obtido geralmente usando uma rede neural, se uma busca for feita para uma marca identificadora negativa, mesmo que haja somente algumas variáveis de entrada. Os fenômenos de processo são freqüentemente não-lineares.

Uma rede neural de percepção de múltiplos níveis (MLP - do inglês "multi-level perception"), que funciona particularmente bem em circunstâncias em linha, é usada preferivelmente no método. No estágio de aprendizagem, é completamente possível usar uma rede de propagação para trás, por exemplo.

Outras vantagens e concretizações da invenção serão descritas mais tarde com relação aos exemplos de aplicação.

Breve descrição dos desenhos A seguir, a invenção é analisada em maiores detalhes com referência aos desenhos anexos, onde: A figura 1 mostra o arranjo geral do método de acordo com a invenção, em relação a uma máquina de papel; A figura 2 mostra as etapas na estrutura dos dados de medição de uma máquina de papel; A figura 3 mostra a hierarquia de informação de uma máquina de papel; A figura 4 mostra equipamento de acordo com a invenção, em um ambiente de máquina de papel.

Descrição detalhada da invenção Na figura 1, é mostrada esquematicamente uma máquina de papel, e inclui uma circulação curta (1), uma caixa principal (2), uma seção de fio (3), uma seção de prensa (4), uma seção de secador, (5) e uma seção (6) de bobinagem. Naturalmente, as unidades no início de uma máquina de papel têm um efeito maior em sua operacionalidade do que as unidades no final. 0 índice de operacionalidade de cada componente pode ser formado pela maneira divulgada na publicação WO 01/75222. Adicionalmente este também usa duas marcas de identificação pobres.

Em uma máquina de papel, foi detectado o efeito negativo de uma mistura de massa particular. Isto pode ser reconhecido muito fàcilmente, mesmo diretamente a partir de resultados de medições existentes. Isto pode ser ligado a um alarme, ou o índice pode ser destinado a ser recuperado, por exemplo, apenas se o índice de circulação curta desviar de um valor bom.

Em uma máquina de papel, observou-se que um bloqueio de feltro causa ao menos algumas das rupturas de correia. Entretanto, é bastante fácil medir a condição do feltro e criar um índice para ele, e mesmo um alarme direto, se o índice da condição descer abaixo de um limite determinado. A marca identificadora de uma situação de processo pobre é de área estreita, incluindo na maioria seis variáveis de entrada. Para um índice de feltro, os seguintes dados são requeridos: - a pressão na caixa de vácuo da prensa de apanhar, - a posição da válvula carga de ar da prensa de apanhar - a pressão na primeira caixa de vácuo de prensa - a posição da primeira válvula de carga de ar de prensa.

Além disso, no estágio de início é melhor usar uma mistura especial inicial, que assegure um início suave. Após o início, a mistura de massa pode ser mudada para estar de acordo com a receita do produto.

Marcas identificadoras pobres similares podem também ser gravadas a partir das medições eletroquímicas na extremidade molhada, que descrevem um "índice de prova" particular. Também tem sido observado surpreendentemente que vale a pena levar em conta as medições eletroquímicas da extremidade molhada, quando se avalia a qualidade de papel produzida, mesmo que, neste caso, a aprendizagem deva ser realizada de uma maneira bastante trabalhosa. Naturalmente, é quase impossível medir todas as propriedades eletroquímicas no papel seco, nem a eletroquímica afeta extremamente as propriedades do papel seco. Entretanto, a situação é diferente em uma máquina impressora, em que a absorção e a distribuição de tinta, por exemplo, dependem das propriedades eletroquímicas do papel molhado. 0 polvilhamento do papel, seu curso através de uma máquina impressora, e a adesão de tinta/aditivo de impressão também dependem em parte das ditas propriedades eletroquímicas.

Na produção de papel, a eletroquímica afeta, em geral: - a química de superfície e coloidal do papel - a estrutura do papel - formação de folha - a ação de aditivos químicos - o sujar da máquina de papel - o desgaste de feltros/tecidos - a operação das lâminas de reparo.

Como pode ser visto a partir do exposto acima, as propriedades do papel acabado dependem em alguma extensão das propriedades eletroquímicas da massa usada em sua manufatura.

As marcas identificadoras negativas são baseadas geralmente em um grupo bastante pequeno de variáveis (3 a 6) . Uma marca identificadora boa, ao contrário, é baseada em muitas variáveis (10 a 20), mas o grupo pode freqüentemente ser reduzido após o estágio de pesquisa. Ou seja, ao fazer o ajuste fino do equipamento de monitoração e de análise, é possível ver quais variáveis são menos importantes.

Os índices individuais podem ser feitos para as variáveis de processo que devem ser mantidas constantes (em uma máquina de papel, consistências, pressões, temperaturas, 10 a 20 itens), tornando possível ver imediatamente se mesmo um item se afastar de seu valor determinado.

Na prática, a percepção de múltiplos níveis (MLP) provou-se ser o tipo mais preferível de rede neural, porque funciona excelentemente na operação em linha e em um ambiente de processo, em que os fenômenos são não-líneares. No estágio de aprendizagem, uma rede neural de propagação para trás pode ser preferivelmente usada.

Geralmente, a operacionalidade e a qualidade são mantidas no alvo pelo monitoramento das marcas identificadoras de situações boas em cada processo secundário. Se um desvio aparecer então, a causa da falha ou do desvio, em geral, será encontrada consideravelmente mais rapidamente, se uma detecção especial de marcas identificadoras pobres especificas estiver disponível. 0 monitoramento é facilitado por um índice comum de operacionalidade para a máquina de papel inteira, qualquer mudança nesta indicará uma necessidade de procurar pelo sub-processo que causa o problema. A Figura 2 mostra um diagrama do princípio de como os.dados das milhares de medições de processo são reduzidas inicialmente a 8 a 16 índices e finalmente a um único índice de operacionalidade e a um único índice de qualidade. Os sub-processos circulação curta, caixa principal, e seção de fio formam a extremidade molhada, em que há também medições eletroquímicas. A seção de prensa, seção de secador, e bobinagem (papa) formam a extremidade seca da máquina de papel. Um índice individual é criado para cada sub-processo e um índice comum de operacionalidade para a máquina de papel inteira é formado a partir deles.

Em uma máquina de papel, o polimento de feltros foi observado em uma combinação, em que uma quantidade baixa de quebra de 7 % (normalmente 25 %) ocorreu ao mesmo tempo em que a adição de biocidas. Tais combinações prejudiciais podem ser seguidas fàcilmente usando marcas identificadoras negativas. No seu modo mais simples, uma marca identificadora de negativo é formada de alguns dados de estado, usando circuitos lógicos (AND, OR, NOT). Geralmente, a rede neural também é requerida neste caso, porque muitos fenômenos de processo são não lineares e o uso de uma rede neural é acessível, especialmente no estágio de aprendizagem (situações em que o processo muda). A Figura 3 mostra uma hierarquia mais detalhada, relacionada à invenção, da informação de medição da máquina de papel. 100 a 200 dados de processo são formados de medições existentes da máquina de papel (diversos milhares de entradas de 1/0) e de medições eletroquímicas particulares. Para as medições eletroquímicas, há uma (caixa principal) ou mais unidades de medição (10) . Em uma concretização, há uma unidade para cada ramificação de material bruto (TMP, polpa mecânica, celulose, massa sem tinta, quebras, e água de circulação).

Os índices desejados de sub-processo, que estão marcados na figura 3: polpa, material bruto, aditivo, eletroquímica (prova), caixa principal, seção de fio, seção de prensa, feltros, seção de secador, e bobinagem, são formados a partir dos ditos dados de processo.

Uma janela individual de dados é formada a partir destes para cada operador e especialista. Estes são: homem da polpa, homem da máquina, especialista de automatização, fornecedor de feltro, e fornecedor de produtos químicos.

Também está indicado na figura 3 um índice de operacionalidade, que descreve a operação da máquina de papel inteira, e um índice de qualidade de papel terminado, que seja calculado a partir dos índices básicos e das medições de qualidade subordinadas possíveis. Na prática, qualquer desvio no índice de qualidade derivado de eletroquímica causará ao menos um aviso de que a capacidade de impressão do papel e/ou a permanência de enchimento possam estar reduzidos.

Preferivelmente, os índices são calculados a partir de dois ou mais sub-processos consecutivos, permitindo serem determinadas as relações de causa-efeito. Isto é explorado no estágio de pesquisa, por exemplo, formando índices de marca de impressão negativos de combinações desfavoráveis. No estágio de pesquisa da fase inicial do sistema, o conjunto de variáveis de entrada da rede neural pode também ser reduzido consideravelmente. A Figura 4 mostra um instrumento de acordo com a invenção em um ambiente de máquina de papel. 0 sistema é associado à rede de transmissões de dados do moinho existente (20), ao sistema de dados (21), e às estações de trabalho (24) de moinho. O sistema de moinho inclui, com uma sub-rede (20.1), sistemas de controle para extremidade molhada (2, 3, 4) e extremidade seca (4, 5). O sistema de acordo com a invenção coleta não somente informação de processo do moinho (da unidade 21), mas também dados de suas próprias unidades eletroquímicas (10). Para estes, um servidor (22) de ligação de dados e uma unidade de processamento (23) de rede neural real são associados à rede (20) de moinho. Estas são unidades de PC industriais bastante convencionais. O servidor (22) de ligação de dados coleta os dados eletroquímicos, usados no processamento da rede neural, das unidades (10) e da unidade (21) de processamento de dados do moinho. Assim, a unidade de processamento recebe todos seus dados do servidor de ligação (22).

Uma característica particular do sistema são as unidades de controle remoto (25), por meio das quais as redes neurais podem ser controladas e ensinadas remotamente. Além disso, as unidades de medição podem também ser remotamente controladas. 0 controle remoto é associado através de uma rede de dados pública (Internet), com auxilio de um VPN (rede confidencial virtual) formado usando firewalls de dois sentidos. Com auxilio de controle remoto, um perito pode rapidamente resolver problemas de processo e também eficazmente fazer mudanças no sistema. 0 controle remoto das unidades de medição permite que as unidades de medição sejam monitoradas juntamente com o restante do sistema. Isto é particularmente vantajoso, especialmente no estágio inicial. 0 controle remoto pode ser usado para executar as operações descritas na publicação WO 01/25774 para calibrar cada sensor e ajustá-lo corretamente. O controle remoto pode ser usado para ajustar o nível base de cada elétrodo, uma vez que a curva de polarização tenha sido testada. O sistema de acordo com a invenção pode ser usado geralmente para a monitoração de vários processos industriais. Estes incluem o controle de processo em uma planta de remoção de tinta, e em processos nas indústrias de produtos químicos, de mineração, e de gêneros alimentícios, bem como no tratamento de água servida e na produção de água limpa. "REIVINDICAÇÕES"

Claims (6)

1. Método para monitorar e analisar um processo, em cujo método: um grande número de variáveis são medidas do processo, com o auxilio destas variáveis, uma marca identificadora de acordo com uma situação de processo boa, relativamente à operacionalidade, é então definida e armazenada em uma memória, as marcas identificadoras armazenadas são comparadas com marcas identificadoras obtidas em uma situação de processo normal, com base em comparação, é definida a diferença, indicada graficamente ao usuário, entre a situação boa gravada e a situação de processo momentânea, caracterizado pelo fato de que a definição de acordo com uma situação de processo boa é feita separadamente em diversos sub-processos secundários e pelo menos um indice especifico no sub-processo secundário selecionado é definido relativamente à operacionalidade, de acordo com uma situação de processo pobre, a fim de detectar uma situação critica especifica de máquina.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em uma máquina de papel, caracterizado pelo fato de que o dito indice especifico se relaciona a um dos seguintes: - a mistura de massa na circulação curta - a condição dos feltros na seção de prensa - o estado eletroquimico da extremidade molhada.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a marca identificadora de acordo com uma situação de processo pobre é substancialmente mais estreita em sua área do que as marcas identificadoras de acordo com uma situação de processo boa.

4. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a marca identificadora de acordo com uma situação de processo pobre é calculada a partir de no máximo seis, preferivelmente de 3 a 6 variáveis.

5. Método, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, usando uma rede neural, caracterizado pelo fato de que a marca identificadora de acordo com uma situação de processo boa é calculada no estágio de ensino a partir de ao menos dez, preferivelmente de 10 a 20 variáveis.

6. Método, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, usando uma rede neural, caracterizado pelo fato de que o sistema é usado sob controle remoto.