專利名稱：用空間相關數(shù)據(jù)來控制基于薄板的生產(chǎn)流程的神經(jīng)網(wǎng)絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對生產(chǎn)基于薄板或基于薄片的產(chǎn)品的制造工藝進行 測量和控制，更具體地說，涉及在對這種工藝的控制中使用具有空間 相關數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡，
背景技術：
所制造的產(chǎn)品質(zhì)量在經(jīng)濟上通常比其生產(chǎn)數(shù)量更為關鍵。世界各 地有很多標準在供應商和顧客之間提供有關質(zhì)量保證的指導。維持產(chǎn) 品的質(zhì)量標準可能需要考慮產(chǎn)品的具體特性，以及產(chǎn)品的最終用途。 產(chǎn)品的質(zhì)量是制造期間出現(xiàn)的所有原材料、設備、工藝及操作員操作 的物理綜合的結(jié)果。
工藝控制可被歸納為制造過程中用于產(chǎn)生盡可能最好的產(chǎn)品特 性和工藝經(jīng)濟性的集合?；诋a(chǎn)品特性的空間或維數(shù)相關性，許多制造工藝是下面的兩類之一——縱向或散裝制造；以及基于薄板或薄片 的制造?？v向或散裝產(chǎn)品可被視為在維數(shù)上同質(zhì)且可用散裝特性度量 或定性。例如，塑料銷、高聚物線、流體等?；诒“宓漠a(chǎn)品可通過 空間相關特性量度或定性。例如，塑料巻軸和薄片、紙、其他纖維、 礦物質(zhì)和木制品、甚至某些食品。注意，此處術語"薄片"是指扁平的 產(chǎn)品和巻起的產(chǎn) 品。
由于基于薄板的產(chǎn)品的維數(shù)性質(zhì)，基于薄板的產(chǎn)品面臨的挑戰(zhàn)需 要具體考慮制造工藝條件和產(chǎn)品特性。基于薄板的生產(chǎn)流程中不適當 的工藝條件控制，無論在制造方向上還是制造方向外，都會導致產(chǎn)品 對于最終消費者而言價值很少或毫無價值。在這種情況下，制造者將 需要再循環(huán)和重新制造產(chǎn)品，從而喪失獲利機會或者低價賣出產(chǎn)品。許多消費者購買基于薄板的產(chǎn)品當作他們自己加工過程中的原材料， 然后將薄板產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為最終用戶的消費品。低于第 一質(zhì)量的基于薄板 的產(chǎn)品通常不被消費者接受。有效控制基于薄板的工藝和基于薄板的 產(chǎn)品特性的能力在決定制造業(yè)工作的利潤方面起著重要的作用。
一般工藝控制的質(zhì)量和工藝條件
圖1以概括的框圖形式示出了典型制造工藝的關鍵概念。如圖1
所示，原材料102通過工藝條件控制下的工藝104被轉(zhuǎn)化為具有理想 特性的產(chǎn)品106。圖1還顯示了典型制造業(yè)工藝的原材料、工藝條件 和產(chǎn)品特性示例。例如，原材料102可包括如化學品、纖維、能量和 零部件等散裝供應材料。工藝條件可包括如流量、壓力、溫度、濕度 及速度、比率和供應特性等操作參數(shù)。與質(zhì)量相關的示例產(chǎn)品的特性 可包括重量、顏色、強度、成分、質(zhì)地等。
控制工藝條件
圖2示出了一個更詳細的制造工藝示意圖，它涉及具有具體理 想特性產(chǎn)品的生產(chǎn)。具體而言，圖2提供了制造工藝各方面的簡化的 全面考慮，其中工藝的有效操作需要將工藝條件維持在一個或多個條 件設置點上，以使得生產(chǎn)的產(chǎn)品具有與理想產(chǎn)品特性目標相匹配的產(chǎn) 品特性。
如圖2所示，各種各樣的原材料208能夠以各種工藝條件提供給 工藝210，包括可控工藝條件，即控制器/執(zhí)行單元參數(shù)，其中該工藝 生產(chǎn)了具有多種產(chǎn)品特性的產(chǎn)品212。工藝210可根據(jù)工藝條件目標 值202進行控制，該目標值可按照初始工藝條件值進行初始化，如圖 所示，但該目標值可基于已測得的工藝和特性數(shù)據(jù)的反饋進行調(diào)整。 可見，產(chǎn)品特性的量度206可按產(chǎn)品特性目標值204進行分析，且工 藝條件目標的調(diào)整可被決定并用于工藝條件目標值202。圖中還顯示， 工藝條件的量度可按照工藝條件目標值202進行分析，從而可控工藝 條件的調(diào)整作用于該工藝。因此，系統(tǒng)的各組成部分可通過反饋機制 聯(lián)合運轉(zhuǎn)來控制工藝生產(chǎn)具有理想特性的產(chǎn)品。
制造工藝控制的自動化允許生產(chǎn)無法由人工操作控制的復雜制造工藝的產(chǎn)品。除了經(jīng)濟上更有利的高速制造產(chǎn)品外，自動工藝控制 使產(chǎn)品更一致地達到更理想的產(chǎn)品特性。這三個因素，即更大的生產(chǎn) 能力、更理想的產(chǎn)品特性、以及更經(jīng)濟的操作，構(gòu)成了工藝控制的基 礎，可被概括為利用科學方法來獲取制造工藝上的經(jīng)濟優(yōu)勢。
如圖2所示的工藝控制任務可被概括為五個步驟，其應用于縱向 或散裝產(chǎn)品的制造工藝和基于薄板的產(chǎn)品的制造工藝。需要注意的 是，這些描述的一般性并非忽略或過分簡化必要的控制工藝條件和每 個制造工藝的產(chǎn)品特性的努力。
1) 設定初始工藝條件設置點
2) 產(chǎn)生工藝條件的工藝條件量度
3) 根據(jù)工藝條件量度調(diào)整可控工藝狀態(tài)
4) 基于所制造的產(chǎn)品的產(chǎn)品特性產(chǎn)生產(chǎn)品特性量度
5) 根據(jù)產(chǎn)品特性量度調(diào)整工藝條件設置點
步驟2和4包括制造操作的控制和經(jīng)濟上成功所必需的工藝條件 的量度和產(chǎn)品特性的量度。
因此，如圖2所示，所制造的產(chǎn)品由一個或多個產(chǎn)品特性所定義， 其中每種產(chǎn)品特性通過一種具體量度進行量化，并且制造工藝被操作 來產(chǎn)生達到由具體量度而定的各產(chǎn)品特性的目標水平。每個具體的產(chǎn) 品特性對于所制造的產(chǎn)品的整體價值都有幫助。圖中還表示，產(chǎn)品特 性目標值和工藝條件量度(及初始工藝條件目標)確定了工藝條件目 標值，它又可用于調(diào)整加工過程中的可控工藝條件。因此，所測得的 和目標產(chǎn)品特性，所測得的和目標工藝條件間的相互影響及對其所作
的調(diào)整，產(chǎn)生了一個反饋系統(tǒng)，由此最終產(chǎn)品的質(zhì)量可調(diào)諧并維持在 理想結(jié)果。
圖3示出了代表大多數(shù)制造工藝的系統(tǒng)，其中所生產(chǎn)的產(chǎn)品的最 終用途和理想特性決定了處理工藝和用于調(diào)整工藝的控制的具體性 質(zhì)。換言之，生產(chǎn)中產(chǎn)品的物理性質(zhì)可指示工藝設計、原材料配置和 達到最終產(chǎn)品特性所需的控制。
圖3所示塑料銷擠壓的例子是一個簡化的現(xiàn)有技術的縱向或散裝工藝，在此示出作為例證，但所描述的一般概念也可用于更復雜的
制造工藝?？梢?，原材料102(如塑料球、著色劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑 等)在受控的工藝條件(如溫度、壓力、流量等)下在擠壓機302 (執(zhí) 行工藝104)中被加工以生產(chǎn)出產(chǎn)品106，具體地說就是塑料銷304， 如圖所示。受控工藝條件的例子包括徹底熔化材料、均勻混合材料、 將擠壓機制加熱至預設溫度、在擠壓過程中保持壓力、冷卻至理想溫
度等等。本例中的產(chǎn)品(銷304)可被生產(chǎn)為具有具體理想特性，例 如銷的顏色、單位標準長度下的重量、硬度、抗張強度等。
一般情況下， 一種工藝下生產(chǎn)的產(chǎn)品的實際產(chǎn)品特性由加工過程 中的所有工藝條件和加工中用到的原材料共同確定。工藝條件可包括
但不限于原材料特性、加工速度、加工設備的機械操縱和工藝的各個 操作中的條件等。如上所述，塑料銷的擠壓是指一個縱向或散裝制造 工藝，因為任何綿度方向的工藝或產(chǎn)品考慮相對無意義，即，由于在 除了制造方向外的任何方向上產(chǎn)品都具有同質(zhì)性?？v向或散裝產(chǎn)品的 其他例子如化學品或石油產(chǎn)品、從聚合原材料到接合劑的各種尺寸的 固體顆?；蛉魏纹渌a(chǎn)品，其特性很少有或沒有交叉制造方向的變 化，并且當在制造時間的小增量范圍測量時可被視為同質(zhì)的。塑料銷 的理想特性可基于制造加工中的時間或相應的產(chǎn)品位置。
基于薄板的工藝控制的質(zhì)量和工藝條件
在具體設計的用于生產(chǎn)基于薄板或薄片的產(chǎn)品的工藝的情況下， 關于原材料、制造工藝和產(chǎn)品特性既有縱向又有綿度方向的考慮?；?于薄板的產(chǎn)品特性類似地也取決于加工過程中的所有工藝條件和加 工中用到的原材料。基于薄板的產(chǎn)品需要將原材料方面的維數(shù)(即二 維)考慮當作工藝控制的一部分。生產(chǎn)塑料銷的制造工藝的先前的例 子可與相應的生產(chǎn)連續(xù)塑料片或薄板402的制造工藝進行對比，如圖 4所示。
簡單概括，塑料銷生產(chǎn)和塑料片生產(chǎn)的制造工藝包括大致相似的 工藝單元功能，隨著時間按照溫度、壓力、流量等的相應處理作用于 原材料。所得到的產(chǎn)品(如，銷304和薄片402 )的理想產(chǎn)品特性不同，如何控制工藝條件以達到理想特性也是不同的。注意，由于工藝 和特性的二維性，塑料片的制造工藝及其產(chǎn)品特性不同于塑料桿的制 造工藝及其產(chǎn)品特性。與擠壓成的塑料桿相似，塑料片的理想特性可 基于其在制造過程中的位置進行測量且與時間相關，然而，基于薄板 的塑料片還必須測量其在絆度方向的制造工藝和產(chǎn)品特性。
典型的薄板制造工藝生產(chǎn)基于薄板的產(chǎn)品，工藝條件或產(chǎn)品特性 蟀度方向的尺寸垂直于制造方向被參照。這個垂直于或跨過制造方向
的位置參照通常是指交叉方向位置或CD位置，而參照制造方向的產(chǎn) 品特性位置通常是指制造或機器方向位置或MD位置，分別如圖5所 示。具體而言，1D工藝/產(chǎn)品(底部的)顯示只有一個MD方向504， 而基于薄板的產(chǎn)品402顯示有MD方向504和CD方向502，可見502 垂直于MD方向504，即垂直于運動或4于進方向。
測量工藝條件和產(chǎn)品特性
如上所述，需要工藝條件量度和產(chǎn)品特性量度的一般工藝控制策 略中有具體的步驟，然而，由于物理量度的固有性質(zhì)、必須采取理想
量度的位置、或者獲取精確量度所需的時間，導致制造工藝量度和產(chǎn) 品特性量度很難實現(xiàn)。換言之，由于位置、環(huán)境、精度或過程控制系 統(tǒng)或策略中工藝條件數(shù)據(jù)的用處受限的其他方面的考慮，某些工藝條 件量度難以可靠地獲取，并且類似情況下的各種產(chǎn)品特性的測量數(shù)據(jù) 也難以獲取。產(chǎn)品特性量度在用途上有附加約束，該用途與用來產(chǎn)生 具體產(chǎn)品特性的精確和可靠的量度所需的時間相關。某些產(chǎn)品的特性 量度在能夠得到一個精確的產(chǎn)品特性量度前需要數(shù)小時、甚至數(shù)天或 數(shù)周的情況并不鮮見，例如，產(chǎn)品特性包括物理性能或破壞性試驗如 強度、保存期限、耐用性、顏色牢固度等。
制造操作的經(jīng)濟可行性關鍵依賴于精確工藝條件量度和產(chǎn)品特 性量度的及時獲得。無法獲得精確及時的量度會影響制造工藝的效率 和所制造的產(chǎn)品的質(zhì)量。
基于薄板的量度
由此可知，對與任何時間點相關的交叉制造方向量度有附加要求的基于薄板的工藝條件和基于薄板的產(chǎn)品特性的維度性質(zhì)需要特殊考慮。
圖6示出了一個典型的基于薄板的產(chǎn)品402和與原材料及基于薄 板的制造工藝有關的相關維度，以及由于需要測量兩個產(chǎn)品的同一產(chǎn) 品特性所導致的產(chǎn)品特性量度考慮因素的比較，這兩個產(chǎn)品由大致相 似的原材料制作但通過不同制造工藝生產(chǎn)，具體的生產(chǎn)工藝為縱向或 散裝的(如銷生產(chǎn))和基于薄板的(薄片生產(chǎn))。
參考先前壓制塑料銷和壓制塑料膜的例子，兩者的比較表明基于 薄板的產(chǎn)品需要基于薄板的產(chǎn)品在具體時刻的同一理想屬性的附加 量度來表現(xiàn)理想產(chǎn)品特性與縱向或散裝產(chǎn)品相比的特點。換言之，如 圖6所示，基于薄板產(chǎn)品的維度屬性一般需要更多的量度來提供工藝 條件和產(chǎn)品特性量度或表征的相似水平。由圖6可知，銷產(chǎn)品304和 網(wǎng)絡產(chǎn)品402在時刻T,和T2的已測產(chǎn)品特性(PP)由各自的標簽所 代表。對于縱向或散裝產(chǎn)品，每個時刻僅有一個量度，如PP Tn它 表示時刻L的產(chǎn)品特性(PP)。對于基于薄板的產(chǎn)品，每個時刻有 多個量度，PPICD"它表示時刻1\在位置CD!的產(chǎn)品特性(PP)， PP TiCD2等，其針對產(chǎn)品網(wǎng)絡上的每個CD位置。圖中還表示，這 些交叉方向的量度針對這些CD位置也在時刻T2得到。對于產(chǎn)品薄板 上(即，在各個不同的CD位置)理想特性的不適當或不完全的量度 可導致工藝條件目標和質(zhì)量價值較低產(chǎn)品的不適當或不完全的調(diào)整。 眾所周知，在基于薄板的產(chǎn)品的制造領域中，制造工藝和產(chǎn)品的總寬 度可在空間上分割為交叉制造方向?qū)挾壬弦粋€個較小的增量，以便于更高分辨率的測量及工藝條件和產(chǎn)品特性的控制。制造工藝的各空間 分割部分在產(chǎn)品中產(chǎn)生 一 個相應的空間部分，如沿著網(wǎng)絡產(chǎn)品延伸的縱向帶或條(按時間或制造方向)與相應的CD位置相關或由其定義， 如任意或全部時間或制造方向點上的相應CDn位置。例如沿著產(chǎn)品的 鄰近邊緣延伸的產(chǎn)品帶可以是指CD區(qū)1、外形區(qū)1、數(shù)據(jù)框1、或僅 僅是CD^因此，在靠近前側(cè)邊緣所得到的所有CDi量度可被視為空 間上包含于CD區(qū)1或來自特定的CD區(qū)。還應當注意，所報告的在特定CD位置所得到的不同量度，如CDn不可在完全相同的位置獲 取，如取決于某些傳感器空間上的需要。換言之， 一組量度可在某個 特定CD區(qū)內(nèi)取得，如在該區(qū)或帶的一串位置，并且可被當作在該位 置。同樣，如下所述，實際測得的數(shù)據(jù)可用于綜合與具體CD位置相 關的額外數(shù)據(jù)(如通過內(nèi)插、外推等)，即使實際測得的數(shù)據(jù)不是來 自那些確切的位置。
對于許多基于薄板的產(chǎn)品，有一些重要的與最終用途和產(chǎn)品質(zhì)量 相關的產(chǎn)品特性，因此需要附加的或后來的產(chǎn)品特性量度，使其可以 接受。例如，紙的可打印性可能未知(由于它是由造紙機生產(chǎn)的)， 直到它被運送到打印機以進行測試。在基于薄板的產(chǎn)品中這也是常見 情況，即某個重要的基于薄板的產(chǎn)品特性(或某些特性)不能被直接 測量。例如， 一些重要特性與特性變化的速率有關，即可能基于空間 相鄰的微小差別。換言之，產(chǎn)品的價值或質(zhì)量，以及產(chǎn)品的可接受性， 可能與空間相鄰的產(chǎn)品特性的數(shù)量有關，因為它們因產(chǎn)品的不同而不 同。例如， 一片玻璃1毫米的厚度變化發(fā)生在一米的范圍內(nèi)可能不明 顯，而相同的變化發(fā)生在一厘米范圍內(nèi)可在玻璃的透射率上產(chǎn)生明顯 的變形，例如一個明顯的"波紋"，可能會導致無法接受的產(chǎn)品。
有了這些基于薄板產(chǎn)品的空間相關量度將提高工藝條件和/或產(chǎn) 品特性的整體控制。此外，這些空間連續(xù)的測量數(shù)據(jù)是有益的，此處 用到的術語"空間連續(xù)"是指保持了空間關系的數(shù)據(jù)，如那些這些空間 分布可被保持的相關位置數(shù)據(jù)，或那些以保持空間關系或數(shù)據(jù)相關分 布的方式組織的數(shù)據(jù)，如量度的空間關系(實際的或綜合的)。需要 注意的是，"空間連續(xù)，，不是指數(shù)據(jù)位置需要規(guī)則的間隔，或者在任何 特定的安排中，但僅僅是那些數(shù)據(jù)的空間分布或數(shù)據(jù)間的空間關系 (可能是隨機分布)被保持，盡管這些規(guī)則的間隔絕對不能排除在外。
注意，此處所用的術語"數(shù)據(jù)陣列"、"數(shù)據(jù)陣列數(shù)據(jù)"、"空間數(shù) 據(jù)陣列數(shù)據(jù)"和"空間連續(xù)數(shù)據(jù)"是指數(shù)據(jù)集合，其數(shù)據(jù)元素包括在其 中包含數(shù)據(jù)的位置信息，或者指經(jīng)排列用來保持位置信息的數(shù)據(jù)，而 不是指用來保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的具體類型。
多個量度的相同要求應用于基于薄板的制造工藝條件。參考先前 的壓制塑料銷和壓制塑料膜的例子，基于薄板的制造工藝可能需要基 于薄板的工藝上同一理想工藝條件在各特定時刻的附加量度按照縱
向工藝特征描述的相應方式來表征理想工藝量度，如圖7所示，其中 工藝條件量度通過圖6中各自的標簽表示，PCT1CDi等，指示了對 于各時刻和位置CD在時刻T,位置CDi的產(chǎn)品條件(PC)等。加工 過程中理想工藝條件的不適當或不完全的量度可能導致工藝條件的 不適當或不完全的調(diào)整，因此導致低質(zhì)量和價值的產(chǎn)品。
基于薄板的工藝中有許多實例，其中工藝條件或產(chǎn)品特性的多個 量度的關鍵數(shù)據(jù)出現(xiàn)在同一時刻，或者所報告的發(fā)生在同一時刻的數(shù) 據(jù)，如以單一時間標簽或其他順序指示存儲。這些多個工藝條件量度 和多個產(chǎn)品特性量度可包含在具有信息結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)陣列中，該信息結(jié) 構(gòu)可按照與工藝條件或產(chǎn)品特性的交叉制造方向位置(CD)相關的 數(shù)據(jù)陣列結(jié)構(gòu)建立各量度的位置。如上所述，在數(shù)據(jù)陣列中，各量度 的空間或位置關系可在結(jié)構(gòu)上被維持，例如暗示地通過包含數(shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)，或者明確地通過由數(shù)據(jù)包含的或與數(shù)據(jù)相關的附加信息。
基于薄板的工藝工業(yè)中常見的是，工藝條件和產(chǎn)品特性量度由需 要一些時間來獲得或處理該量度的設備提供，如通過測量傳感器，在 一個區(qū)域上移動來產(chǎn)生一系列連續(xù)的量度，在這種情況下，整個測量 數(shù)據(jù)陣列可被報告為發(fā)生在同一時刻。換言之，盡管一系列的量度發(fā) 生在一個時間范圍內(nèi)，所得到的數(shù)據(jù)陣列可作為有單一順序或時間標 簽的測量數(shù)據(jù)陣列被報告和/或存儲。需要注意，代替包含時間或順序 標簽，來自連續(xù)量度的數(shù)據(jù)可簡單地按照保留其順序的方式維持(如 存儲)。換言之，暫時的排序可能是不明確的(如經(jīng)過組織的)，而 不是明確地(即包含時間或順序標簽)。
因此，數(shù)據(jù)陣列還可包含信息或按照建立與制造方向(MD)或 時間相關的數(shù)據(jù)陣列的測量位置的方式組織，它可能是指暫時連續(xù)或 有序。在一些基于薄板的制造工藝中，這些包含工藝條件量度或產(chǎn)品 特性量度的數(shù)據(jù)陣列是指"外形陣列"或僅僅指"外形"。
圖8示出了產(chǎn)品特性測量數(shù)據(jù)陣列的一個例子，其表示了交叉制 造方向量度(CD產(chǎn)品特性量度)或"產(chǎn)品特性外形"，在這個具體情 況下，產(chǎn)品特性是薄板或薄片的厚度，并且此處的量度根據(jù)參考CD 位置l-20進行顯示(以圖形方式)。圖8還示出了工藝條件測量數(shù)據(jù) 陣列的一個例子，其表示了交叉制造方向量度(CD工藝條件量度)， 在這種情況下，'工藝條件執(zhí)行單元外形，，在這個具體情況下，工藝 條件是處'理間歇或間隙，且此處量度還根據(jù)參考CD位置1 — 20進行 顯示(以圖形方式)。外形數(shù)據(jù)陣列的這些類型在大多數(shù)基于薄板的 加工工業(yè)，包括如紙、非機織布、木制品等中以一種形式或另一種被 應用。
圖9示出了一個用于在交叉方向上測量基于薄板的產(chǎn)品特性的 典型技術，但需要指出，也可采用其他技術。注意， 一組固定測量傳 感器904的陣列可用于在各具體時刻獲取橫跨產(chǎn)品寬度的CD量度， 同時來回移動測量傳感器902進行連續(xù)測量，當薄板沿著制造路徑行 進時利用傳感器908在網(wǎng)絡402上來回移動，由此形成一個"鋸齒形" 測量模式。
依賴于產(chǎn)品特性量度的來源，直接來自加工過程中的產(chǎn)品特性測 量裝置或來自加工過程后的產(chǎn)品特性測量裝置，數(shù)據(jù)陣列可以是以順 序或時間為標簽的，或按其他方式進行標記以表示測量陣列數(shù)據(jù)在基 于薄板的制造過程中的相關位置、在基于薄板的產(chǎn)品中的相關位置或 其出現(xiàn)時間。
產(chǎn)生于基于薄板的產(chǎn)品的工藝條件或產(chǎn)品特性的多個測量數(shù)據(jù) 必須在數(shù)學上減少到單一"平均值"或其他代表性的順序或時間標簽 值，以適應當前神經(jīng)網(wǎng)絡建模技術和方法的局限性。
神經(jīng)網(wǎng)絡作為工藝和產(chǎn)品特性量度的預測器
在某些制造工藝中，當前計算機基本模型、計算機統(tǒng)計模型和神 經(jīng)網(wǎng)絡模型可解決某些具體工藝條件量度和產(chǎn)品特性量度與這些物 理或時間限制相關的缺陷問題。 一種示例性的當前進行工藝測量和控 制的基于神經(jīng)網(wǎng)絡的方法在授予Skeirik的美國專利No. 5282261中公
開，通過參考并入下文。
當前可用的神經(jīng)網(wǎng)絡技術可提供那些不易測量的工藝條件測量 數(shù)據(jù)和產(chǎn)品特性測量數(shù)據(jù)的預測值。例如，參照上述的現(xiàn)有領域的技 術需要輸入數(shù)據(jù)被標記上具體時間以供訓練，并且預測數(shù)據(jù)被標記上 具體時間以供進一 步用于控制器或控制策略中。標記時間的工藝條件 數(shù)據(jù)和產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)被當作離散數(shù)據(jù)點，其中各測量數(shù)據(jù)點是分開的 或獨立于任何其他點的，并且通過時間標簽明確識別，該時間標簽可 建立該點相對于制造工藝的位置。
圖1O示出了神經(jīng)網(wǎng)絡的簡化示例性實施例。如圖IO所示，輸入數(shù)據(jù)被供給輸入級，包含多個輸入元素或節(jié)點，各節(jié)點可連接至隱藏 級中所包含的多個元素或節(jié)點。各隱藏級組成部分或節(jié)點可順次連接 至神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出級中的多個輸出組成部分或節(jié)點中的每一個。這些 輸出節(jié)點分別提供輸出數(shù)據(jù)，其可用于預測和/或控制工藝。眾所周知， 在神經(jīng)網(wǎng)絡領域，與各節(jié)點連接相關的可調(diào)整權值在訓練階段被修改 且設定，隨后確定所得到的神經(jīng)網(wǎng)絡的行為。這個現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡技 術和方法是最容易應用于縱向制造工藝的，如上述壓制塑料銷的例 子。
現(xiàn)有技術中的神經(jīng)網(wǎng)絡在工藝控制中的應用(如參見美國專利No. 5282261 )通過各種基于計算機的建模策略已被開發(fā)，包括例如第 一原則建模、統(tǒng)計和實驗建模；以及非傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡。當前利用基于 模型的神經(jīng)網(wǎng)絡在基于薄板的工藝控制中的應用局限性需要進行統(tǒng) 計平均或可用空間數(shù)據(jù)陣列數(shù)據(jù)的處理，這些數(shù)據(jù)明顯降低了那些工藝條件和產(chǎn)品特性空間數(shù)據(jù)陣列量度的用途。將空間數(shù)據(jù)陣列數(shù)據(jù)進 行平均來產(chǎn)生單個數(shù)據(jù)點以適應建模的局限性，有效克服了釆用計算 機建模和神經(jīng)網(wǎng)絡建模來產(chǎn)生難以獲得的量度的根本目的。這種類型 的數(shù)據(jù)處理表現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡技術在處理工藝條件和/或產(chǎn)品特性的基 于薄板的測量方面相對無效。
當前獲取基于薄板的制造工藝條件和基于薄板的產(chǎn)品特性的理 想量度的傳統(tǒng)方法有相當多的缺點。具體而言，沒有可用的方法來直接利用基于空間數(shù)據(jù)陣列的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常來自基于薄板的制造 工藝，也沒有明確定義的基于薄板的產(chǎn)品特性以供建模和預測工藝條 件和產(chǎn)品特性的理想量度。因此，由于需要適應基于數(shù)據(jù)陣列的量度， 制造方向和交叉制造方向及時間上都要參考該量度，基于薄板的制造 工藝和產(chǎn)品對現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡技術提出了一個獨特的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
描述了基于計算機的神經(jīng)網(wǎng)絡工藝控制系統(tǒng)和方法的各種實施
例，它們可利用基于空間數(shù)據(jù)陣列的輸入數(shù)據(jù)(即，空間連續(xù)數(shù)據(jù))
來預測基于空間數(shù)據(jù)陣列的工藝條件和/或產(chǎn)品特性(即，空間連續(xù)預
測的工藝條件和/或產(chǎn)品特性)。在這種方法中，受過訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡
利用空間連續(xù)的輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生難以測量的工藝條件和/或產(chǎn)品特性的
預測值的空間連續(xù)數(shù)據(jù)陣列。預測值，包括它們的空間關系或分布，
可保存在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中，如保存在一個歷史數(shù)據(jù)庫中，并提供給控制器
用于控制基于薄板的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，或呈現(xiàn)給工藝操作員用于控制生
產(chǎn)基于薄板或片的產(chǎn)品的工藝。
計算機神經(jīng)網(wǎng)絡工藝控制系統(tǒng)和方法可按照陣列形式以及可選
地按照離散形式合并數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)可來自多個數(shù)據(jù)庫和/或來自其他 數(shù)據(jù)源，包括制造工藝操作、產(chǎn)品特性測試操作和/或產(chǎn)品顧客操作等。 在一個實施例中，控制通過空間相關條件來生產(chǎn)具有空間相關特 性的產(chǎn)品的工藝的方法可包括提供輸入數(shù)據(jù)至神經(jīng)網(wǎng)絡，其中輸入數(shù) 據(jù)包括多個輸入數(shù)據(jù)集，每個輸入數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸入?yún)?數(shù)的值，其中所述組中的每個輸入?yún)?shù)包括或代表各自的工藝條件或 產(chǎn)品特性，并且輸入數(shù)據(jù)保持了輸入數(shù)據(jù)的空間關系。神經(jīng)網(wǎng)絡可根 據(jù)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，其中輸出數(shù)據(jù)包括多個輸出數(shù)據(jù)集，每個 輸出數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸出參數(shù)的值，每個輸出參數(shù)包括預 測工藝條件或產(chǎn)品特性，其中輸出數(shù)據(jù)保持了輸出數(shù)據(jù)的空間關系， 并且輸出數(shù)據(jù)的空間關系與輸入數(shù)據(jù)的空間關系相對應。輸出數(shù)據(jù)可 被控制器或操作員用來控制該工藝。在優(yōu)選的實施例中，輸出數(shù)據(jù)被提供給控制器或操作員，然后控制器或操作員可根據(jù)輸出數(shù)據(jù)控制該 工藝。
需要注意的是，輸入數(shù)據(jù)和/或輸出數(shù)據(jù)的空間一致性可通過多 種方式保持。例如，在一些實施例中，數(shù)據(jù)可包括位置信息，如被包 括在每個數(shù)據(jù)集中或與每個數(shù)據(jù)集相關聯(lián)。在一些實施例中，數(shù)據(jù)可 按照數(shù)據(jù)間的空間關系不明顯地保持的方式被存儲，如通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 本身。
在一個實施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡可由提供神經(jīng)網(wǎng)絡配置信息的開發(fā)者 來配置，如網(wǎng)絡中的層數(shù)、每層的節(jié)點數(shù)、控制神經(jīng)網(wǎng)絡機制和演進 的規(guī)則等。在一個實施例中，開發(fā)者可釆用模板方法來簡單地配置神 經(jīng)網(wǎng)絡。例如，可提供圖形用戶界面，開發(fā)者可借助該圖形用戶界面 交互式地指定神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和其他網(wǎng)絡操作的細節(jié)。
在一些實施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練可采用訓練輸入數(shù)據(jù)來完成， 該輸入數(shù)據(jù)具有為空間和時間預定的維度陣列配置或格式。訓練可基 于離散時間數(shù)據(jù)和有時間基準或沒有時間基準的空間數(shù)據(jù)陣列數(shù)據(jù)。
在優(yōu)選的實施例中，模塊方法可被用于神經(jīng)網(wǎng)絡。例如，某些特 定的神經(jīng)網(wǎng)絡模塊可基于具體制造工藝和所希望的產(chǎn)品特性來提供。
在優(yōu)選的實施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡可被用于控制通過空間相關條件來 生產(chǎn)具有空間相關特性的產(chǎn)品的工藝，如控制用來生產(chǎn)基于薄板的產(chǎn) 品的基于薄板的工藝。工藝可被操作，在多個位置測得的用來產(chǎn)生測 量數(shù)據(jù)的工藝條件和/或產(chǎn)品特性包括測得的工藝條件和/或產(chǎn)品特 性，其中測量數(shù)據(jù)保持測量數(shù)據(jù)間的空間關系，即測量數(shù)據(jù)在空間上 一致。附加數(shù)據(jù)可選地基于測量數(shù)據(jù)進行綜合。測量數(shù)據(jù)可作為輸入 數(shù)據(jù)陣列提供給神經(jīng)網(wǎng)絡，神經(jīng)網(wǎng)絡可根據(jù)測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)， 其中輸出數(shù)據(jù)包括所預測的工藝條件和/或產(chǎn)品特性，并且其中輸出數(shù) 據(jù)具有與測量數(shù)據(jù)的空間關系相對應的空間關系。
控制器輸出數(shù)據(jù)可采用神經(jīng)網(wǎng)絡輸出數(shù)據(jù)作為控制器輸入數(shù)據(jù) 代替測量輸入數(shù)據(jù)被計算出來，并且基于控制器輸出數(shù)據(jù)所控制的執(zhí)行單元陣列采用與控制器輸出數(shù)據(jù)相應的執(zhí)行單元來改變可控工藝 狀態(tài)。操作、供給、產(chǎn)生、計算和控制的上述過程可以重復方式執(zhí)行， 以生產(chǎn)具有理想特性的產(chǎn)品。
另外，神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出數(shù)據(jù)也可供給操作員，然后他可以手動控 制加工過程，如通過控制基于輸出數(shù)據(jù)的執(zhí)行單元陣列，從而利用與 輸出數(shù)據(jù)相對應的執(zhí)行單元來改變可控工藝狀態(tài)。作為自動控制的實 施例，操作、供給、產(chǎn)生、計算和手動控制的上述過程可以重復方式 執(zhí)行，以生產(chǎn)具有理想特性的產(chǎn)品。


當優(yōu)選實施例的下列詳細描述結(jié)合下列附圖進行考慮時，可獲得
對本發(fā)明更好的理解，其中
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的典型制造加工過程的框圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的與生產(chǎn)具有具體理想特性的產(chǎn)品相
關的制造加工過程的更詳細的框圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的與縱向或散裝生產(chǎn)相關的典型制造
加工過程；
圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的與縱向或散裝和煒度方向生產(chǎn)相關
的與圖3加工過程相比較的典型制造加工過程；
圖5示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的制造位置和交叉方向位置；
圖6示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的與那些典型縱向制造工藝相比的典
型基于薄板的產(chǎn)品和取決于原材料和基于薄板的制造工藝的相應維
數(shù)；
圖7示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的在基于薄板的工藝中的具體時刻的 相同理想工藝特性或條件的量度；
圖8示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的交叉方向(CD)產(chǎn)品特性和工藝條 件外形(測量數(shù)據(jù)陣列)；
圖9示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的在交叉方向上測量基于薄板產(chǎn)品特 性的典型技術；
圖IO示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的簡化示例；
圖IIA和11B是采用利用空間相關數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)制造工藝控制系統(tǒng)的實施例的高級框圖12是采用利用空間相關數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡的方法的 一個實施例的流程圖13代表了接收和產(chǎn)生空間相關數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡的簡化框圖14A和14B是釆用利用空間相關數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡來控制制造 工藝的方法的實施例流程圖。
本發(fā)明是容許各種修改和替代方式的，其具體實施例通過附圖中 的例子示出，此處將詳細描述。然而，應該理解的是附圖及其細節(jié)描 述并不是把本發(fā)明限制到所公開的具體形式，相反的是，其意圖是涵 蓋所有修改、等價形式和替代形式，它們都落入到本發(fā)明通過附加權 利要求所限定的精神和范圍內(nèi)。
具體實施例方式
圖11A和11B-釆用基于陣列的神經(jīng)網(wǎng)絡進行工藝控制的系統(tǒng) 的實施例
圖IIA和11B是采用基于陣列的神經(jīng)網(wǎng)絡進行制造工藝控制的 系統(tǒng)的實施例的高級框圖。更具體而言，圖IIA和11B中的系統(tǒng)針對 采用神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)基于薄板(基于薄片)制造的工藝控制，其中神經(jīng) 網(wǎng)絡利用了與空間相關產(chǎn)品特性和工藝條件相關或?qū)ζ溥M行描述的 數(shù)據(jù)，即描述產(chǎn)品特性和工藝條件的空間連續(xù)數(shù)據(jù)。圖11A示出了包 括自動控制器的系統(tǒng)，而圖11B示出了操作人員手動控制工藝的系 統(tǒng)。
眾所周知，在工藝控制領域中，控制工藝，如制造工藝， 一般包 括工藝和控制器或執(zhí)行手動控制的操作員之間的反饋回路，其中各種 工藝和產(chǎn)品的特性的量度反饋至控制器，控制器可相應調(diào)整工藝方面 的問題從而保持或改進產(chǎn)品質(zhì)量。在預測工藝控制中，控制器可包括 或連接至工藝模型，并且在給定某些工藝條件的情況下可利用該模型做出關于加工行為或產(chǎn)品質(zhì)量或特性的預測或評價?；谶@些預測或 評價，控制器(或操作員)可做出工藝調(diào)整來產(chǎn)生理想結(jié)果，如生產(chǎn) 具有理想特性的產(chǎn)品，或以理想方式管理加工過程。典型制造工藝控制系統(tǒng)的概述如上述圖2所示。
如圖11A所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，制造工藝，具體而 言，基于薄板的制造工藝1116接收原材料1114并生產(chǎn)薄板或薄片產(chǎn) 品1118，可連接至工藝控制系統(tǒng)，如包含調(diào)節(jié)控制器1110和/或監(jiān)管 控制器1108、數(shù)據(jù)網(wǎng)1106，例如現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)供應、歷史數(shù)據(jù)庫等， 和神經(jīng)網(wǎng)絡1104，包括神經(jīng)網(wǎng)絡配置才莫塊或工藝1102。應該注意， 此處所用的術語"數(shù)據(jù)網(wǎng)"可以指與工藝或產(chǎn)品相關的任何數(shù)據(jù)源或 數(shù)據(jù)源的集合，包括例如單個或多個，如聯(lián)網(wǎng)的海量存儲設備、現(xiàn)場 傳感器數(shù)據(jù)、仿真、實驗室、操作人員等。
眾所周知，在自動工藝控制領域，監(jiān)管控制器1108—般管理調(diào) 節(jié)控制器1110，即決定整體策略，而調(diào)節(jié)控制器1110實際上執(zhí)行監(jiān) 管控制器1108給出的具體策略，即控制工藝本身，如通過執(zhí)行單元。 注意圖IIB中的系統(tǒng)與圖IIA中的系統(tǒng)之間的區(qū)別僅僅在于監(jiān)管控制 器1108被手動操作員控制1109所代替，例如，手動控制工藝的操作 人員，其中手動操作員控制1109僅接收來自歷史數(shù)據(jù)庫1106的信息 (即，不提供數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)庫)。因此，下文所述的針對圖11A中系統(tǒng) 的所有其他方面也適用于圖11B中的系統(tǒng)。
如圖11A所示，系統(tǒng)各部分之間的數(shù)據(jù)流(由箭頭表示)形成 了反饋回路，該回路可操作以保持關于產(chǎn)品特性和工藝條件更新的各 部分，并且可指導和確定工藝操作。如圖所示，來自測量的信息，被 標注為"M"，即測量數(shù)據(jù)1122，也可指傳感器數(shù)據(jù)，可用于保持數(shù)據(jù) 網(wǎng)1106的現(xiàn)實性，如歷史數(shù)據(jù)庫，并將工藝和/或產(chǎn)品特性反饋提供 給調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。例如，如圖11A所示，關于原材料和工藝的狀態(tài)的 測量數(shù)據(jù)可被存儲在歷史數(shù)據(jù)庫1106中。同樣，表示產(chǎn)品1118的特 征的數(shù)據(jù)也可被提供給歷史數(shù)據(jù)庫1106。在所示實施例中，產(chǎn)品數(shù)據(jù) 可被提供給實驗室1112，它可分析或處理該數(shù)據(jù)并提供結(jié)果給數(shù)據(jù)網(wǎng)1106 (如，歷史數(shù)據(jù)庫)。注意，在一些實施例中，產(chǎn)品本身可被提 供給實驗室1112，它可分析該產(chǎn)品，如根據(jù)理想特性描述產(chǎn)品的特征， 提供結(jié)果給數(shù)據(jù)庫1106 (如歷史數(shù)據(jù)庫)。
相反地，關于執(zhí)行單元控制器1124的信息被標記為"A"，它可 通過調(diào)節(jié)控制器1110提供給工藝1116,從而為工藝1116驅(qū)動或指定 執(zhí)行單元的行為。注意，術語"執(zhí)行單元"不僅指機械操縱裝置，還指 用來控制制造工藝的任何裝置，如機械的、電的、液壓的、光學的、 邏輯的等等。如圖11A還示出了，信息也可在神經(jīng)網(wǎng)絡1104和神經(jīng) 網(wǎng)絡配置模塊1102之間傳送，如用來配置和/或訓練神經(jīng)網(wǎng)絡1104， 還可在神經(jīng)網(wǎng)絡1104和數(shù)據(jù)網(wǎng)1106，如歷史數(shù)據(jù)庫間傳送，例如用 來訓練神經(jīng)網(wǎng)絡、用預測值或評價值來增加歷史數(shù)據(jù)庫、提供來自工 藝的現(xiàn)場數(shù)據(jù)給神經(jīng)網(wǎng)絡，等等。
在一個優(yōu)選實施例中，該系統(tǒng)采用來自經(jīng)適當設計和配置的神經(jīng) 網(wǎng)絡1104的空間連續(xù)數(shù)據(jù)，如以空間數(shù)據(jù)陣列的形式，來代替工藝 空間數(shù)據(jù)量度或?qū)嶒炇铱臻g數(shù)據(jù)量度作為輸入送至控制器(圖11A的 1108)或控制策略(如由圖11B中操作員1109執(zhí)行)，或作為設置 點送至控制器或控制策略。這種神經(jīng)網(wǎng)絡的一個實施例描述如下。神 經(jīng)網(wǎng)絡1104可以很容易地采用來自工藝1116或隨后的產(chǎn)品特性量度 的可用且可靠的工藝條件量度和產(chǎn)品特性量度作為輸入數(shù)據(jù)，并且可 產(chǎn)生工藝條件和/或產(chǎn)品特性的預測空間連續(xù)數(shù)據(jù)值作為輸出數(shù)據(jù)。在 一些實施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡可利用已合成或已計算的輸入數(shù)據(jù)。例如， 在輸入數(shù)據(jù)不完整的情況下，附加輸入數(shù)據(jù)可被確定，如基于那些可 用數(shù)據(jù)，如通過內(nèi)插、外推、或更精密的處理或建模。在一些實施例 中，模型可被用于基于可測得的這些參數(shù)來導出附加參數(shù)的值。在一 些實施例中，輸入數(shù)據(jù)可在將數(shù)據(jù)提供給神經(jīng)網(wǎng)絡前進行預處理，如 利用有效數(shù)據(jù)來消除和/或替換不可用或無效的數(shù)據(jù)(如局外的)，將 數(shù)據(jù)變?yōu)楦涌捎玫男问?，或者操作或預處理數(shù)據(jù)。關于這些實施例 的更詳細的描述將在下文中提供。
因此，神經(jīng)網(wǎng)絡1104可接收空間連續(xù)數(shù)據(jù)集形式的輸入數(shù)據(jù)，
如保持輸入數(shù)據(jù)空間分布的記錄陣列，并且可產(chǎn)生相應的輸出數(shù)據(jù)， 如按照預測工藝條件和/或產(chǎn)品特性值的空間連續(xù)集合的形式。如上所 述，這些輸出數(shù)據(jù)然后可作為輸入提供給控制器或控制策略，作為設 置點提供給控制器或控制策略，或作為設置點提供給手動執(zhí)行操作員 來控制策略。注意，采用有序的或順序/時間標記的(空間連續(xù))陣列 數(shù)據(jù)作為輸入提供給神經(jīng)網(wǎng)絡方便或提供了空間連續(xù)預測并控制用 于有效控制基于薄板的制造工藝所需的數(shù)據(jù)，該神經(jīng)網(wǎng)絡生成相似空 間連續(xù)輸出數(shù)據(jù)而不是神經(jīng)網(wǎng)絡單個點的輸出。
如上所示，在一些實施例中，數(shù)據(jù)網(wǎng)1106，如歷史數(shù)據(jù)庫，可 用來提供空間相關的工藝條件和/或產(chǎn)品特性給神經(jīng)網(wǎng)絡，如歷史空間 分布的(和空間相關的)工藝條件測量數(shù)據(jù)和/或產(chǎn)品特性測量數(shù)據(jù)， 但應該指出的是，來自其他來源的數(shù)據(jù)也可按照需要被采用，包括來 自加工過程、實驗室等的現(xiàn)場供應、合成數(shù)據(jù)等。
在一些實施例中，當新數(shù)據(jù)被加至數(shù)據(jù)網(wǎng)時，如歷史數(shù)據(jù)庫，神 經(jīng)網(wǎng)絡1104的附加訓練可被執(zhí)行以維持神經(jīng)網(wǎng)絡1104的現(xiàn)實性，即 保持神經(jīng)網(wǎng)絡1104的最新的操作行為。歷史數(shù)據(jù)庫和用來管理數(shù)據(jù) 庫的處理可稱作"歷史學家"。在一個實施例中，提供給歷史學家的新 數(shù)據(jù)可自動啟動再訓練，這一動作可在線實時出現(xiàn)，或按照需要離線 出現(xiàn)。
如上所述，在優(yōu)選的實施例中，系統(tǒng)和方法的輸出可被納入自動 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，如監(jiān)管和/或調(diào)節(jié)，或作為手動控制程序的一部分。 在一些實施例中，模塊化結(jié)構(gòu)允許系統(tǒng)通過與工藝相關的多個數(shù)據(jù)庫 建立多個神經(jīng)網(wǎng)絡。該系統(tǒng)可提供控制功能，如監(jiān)管、專家和/或統(tǒng)計 和分析功能，來支持自動和/或手動控制。需要注意，用于本發(fā)明的各 實施例中的控制器或多個控制器可以是任何類型的控制器，即可按照 需要利用適合控制工藝的任何技術類型，包括神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)、 模糊邏輯、支持向量機等。
還需注意，在一些實施例中，其他非線性模型的類型可用來補充 或代替神經(jīng)網(wǎng)絡1104，包括如支持向量機、專家系統(tǒng)(如基于規(guī)則的系統(tǒng))、物理模型、模糊邏輯系統(tǒng)、偏最小二乘法、統(tǒng)計模型等。
圖12和圖13 —利用基于陣列的神經(jīng)網(wǎng)絡的方法
現(xiàn)在來看圖12， 一個高級流程圖描述了操作用于工藝控制的神 經(jīng)網(wǎng)絡的方法。注意，在各實施例中，所示的一些方法的組成部分可 同時被執(zhí)行，按照不同于圖中的順序執(zhí)行，或者被省略。也可以按照 需要執(zhí)行附加的方法組成部分。
如圖12所示，在1202中，輸入數(shù)據(jù)可作為輸入提供給神經(jīng)網(wǎng)絡， 其中輸入數(shù)據(jù)包括或描述了加工過程的工藝條件和/或產(chǎn)品特性，如， 操作以生產(chǎn)基于薄板的產(chǎn)品的基于薄板的制造工藝，并且其中輸入數(shù) 據(jù)保持了輸入數(shù)據(jù)的空間關系，如輸入數(shù)據(jù)是空間連續(xù)的。如上所述， 基于薄板的產(chǎn)品可包括但不限于紙、板材(包括平的和巻起的產(chǎn)品) 塑料或聚合物、顆粒板、木質(zhì)或有機合成物、金屬片(如箔或較厚的 金屬板)、片狀合成物、玻璃板、玻璃纖維板、層壓板、紡織品和食 品，如糖果和口香糖等。
工藝條件可包括與產(chǎn)品制造相關的工藝的任何屬性或方面。示例 工藝條件可包括但不限于溫度、位置(如間隙)、壓力、濕度、電壓 和電流、流量、速度、速率、供給特性(如材料的)和原材料特性等。 示例產(chǎn)品特性可包括但不限于重量、水分含量、顏色、強度、剛度、 組成、平直度、質(zhì)地、厚度、光澤度、運行能力、可印刷性和硬度等。 例如，以上參數(shù)或特性可能是造紙、層狀制品等的重要質(zhì)量衡量標準。
如下詳述，在一些實施例中，輸入數(shù)據(jù)可按照多個數(shù)據(jù)集的形式 提供，其中每個數(shù)據(jù)集可包括一組輸入?yún)?shù)的各自的值，其中所述組 中的每個輸入?yún)?shù)包括各自的工藝條件或產(chǎn)品特性。在優(yōu)選的實施例 中，每個數(shù)據(jù)集可包括或關于指示輸入數(shù)據(jù)空間分布的信息。在其他 實施例中，輸入數(shù)據(jù)集可簡單地被組織或安排來保持空間分布，如在 空間連續(xù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
注意，輸入數(shù)據(jù)可由多種來源中的任一種提供。例如，輸入數(shù)據(jù) 的獲得可通過在工藝生產(chǎn)線中的一個或多個空間位置測量和/或綜合 一個或多個工藝條件，及通過在產(chǎn)品上的一個或多個空間位置測量和/或綜合一個或多個產(chǎn)品特性。
如上所述，量度可采用一個或多個可操作用來檢測產(chǎn)品和/或工 藝條件的物理屬性的傳感器來獲得，例如移動傳感器和/或靜態(tài)傳感器 陣列，但任何其他類型的傳感器或傳感器配置也可按照需要被使用。
數(shù)據(jù)綜合也可采用多種方法中的任一種執(zhí)行。例如，在(工藝條 件和/或產(chǎn)品特性的)一些可用的量度情況下，而不是在理想的空間頻 率或解決方法的情況下，(如線性或非線性的)內(nèi)插和/或外推可被用 于產(chǎn)生"缺少的"數(shù)據(jù)。在其他實施例中，模型可用來產(chǎn)生附加數(shù)據(jù)。 例如，非線性模型，如經(jīng)過訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡或支持向量機，其可操作 以模擬在特定約束條件下的數(shù)據(jù)集，可接收可用測量數(shù)據(jù)作為輸入， 并產(chǎn)生附加數(shù)據(jù)作為輸出。
在一些實施例中，附加數(shù)據(jù)可包括所測得的相同參數(shù)值，但在那 些位置并沒有做這些測量，如可能是"隙間"數(shù)據(jù)(如經(jīng)過內(nèi)插)，或 擴充數(shù)據(jù)(如經(jīng)過外推)，例如傳感器沒有覆蓋的區(qū)域的溫度值。在 一些實施例中，附加數(shù)據(jù)可包括無法直接測量的參數(shù)值，但可從量度 推導出來。例如，假設溫度和壓力是測得的工藝條件，如在生產(chǎn)線的 密閉部分，但這個區(qū)域的水分含量(由于某種原因)無法測量。假設 產(chǎn)品組成已知?；跍囟?、壓力和水分含量之間的關系的第一個原理 模型可被用來產(chǎn)生濕度數(shù)據(jù)。
在1204中，神經(jīng)網(wǎng)絡可產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，其中輸出數(shù)據(jù)包括或描 述了已預測或已評估的產(chǎn)品特性，并且其中輸出數(shù)據(jù)保持了輸出數(shù)據(jù) 的空間分布，如保持了數(shù)據(jù)間的空間關系，如通過所包含的位置信息 或相關位置信息，或通過空間連續(xù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，在造紙工藝中， 描述工藝條件的數(shù)據(jù)，如溫度、位置(如間隙)、壓力、材料供給速 率和混合等，可提供給神經(jīng)網(wǎng)絡，然后神經(jīng)網(wǎng)絡可預測由此所得到的 產(chǎn)品特性，例如紙的水分含量、厚度等。在優(yōu)選的實施例中，所預測 的產(chǎn)品特性可用來控制制造工藝。
適于實施本方法實施例的神經(jīng)網(wǎng)絡的一個實施例如圖13所示， 但需要注意的是所示神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)僅是示例性的，也可按照需要采用其他神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。圖13示出了與基于薄板的制造工藝和基于薄板 的產(chǎn)品相關的維度或空間要求，需要考慮工藝條件量度和/或產(chǎn)品特性 量度關于其在加工過程中的位置的空間關系(即，在時間上或關于制 造方向或MD及關于交叉制造方向或CD)和關于其在產(chǎn)品中的位置 (即，在時間上或關于制造方向或MD及關于交叉制造方向或CD)。
如圖13所示，在這個實施例中，空間連續(xù)輸入數(shù)據(jù)1310作為輸 入提供給神經(jīng)網(wǎng)絡1320，其產(chǎn)生空間連續(xù)輸出數(shù)據(jù)1330作為輸出。 在所示實施例中，輸入和輸出數(shù)據(jù)均采用數(shù)據(jù)陣列形式。注意，每個 陣列中示出的元素個數(shù)僅是示例性的，并不是為了限制陣列的大小。 還需注意，此處的術語"陣列"，如上文所述，可按照需要采用保持數(shù) 據(jù)組織形式的任何類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
如圖13所示，空間連續(xù)輸入數(shù)據(jù)最好包括多個數(shù)據(jù)集，分別包 含一組輸入?yún)?shù)1314的值，其中，如上所述，每個輸入?yún)?shù)描述了 對應于或包括各自空間位置上的相應工藝條件或產(chǎn)品特性。例如，涉 及造紙的例子，各數(shù)據(jù)集可包括描述關于制造過程的各點處的工藝溫 度的參數(shù)值，如關于上述的制造方向或MD，還與產(chǎn)品上的關于交叉 方向的具體位置有關，即具體時間的CD。數(shù)據(jù)集還可包括描述紙張 在某個位置的特性的一個或多個參數(shù)值，例如，紙的水分含量、厚度 等。輸入數(shù)據(jù)最好已排序或用指示或代表數(shù)據(jù)起始順序或時間的值做 時間標記，如測量時間，在一些情況下，如采用移動傳感器時，是平 均值、中值、初始值等，來回移動中執(zhí)行的測量次數(shù)(或MD位置) 的時間。另外，輸入數(shù)據(jù)可簡單地存儲并以有序方式采用，從而不需 要明確的順序或時間標記。
如圖13所示，在這個示例性的實施例中，空間連續(xù)輸入數(shù)據(jù)包 括多個(在這個具體的示例性實施例中為6個或更多)輸入數(shù)據(jù)集， 分別包括在各自CD位置的一個或多個產(chǎn)品特性，標記為"PP1CDn", 在各自CD位置的一個或多個工藝條件，標記為"PdCDn"，其中下標 "n"、 "n + l"等指示各CD位置的不同，還指示數(shù)據(jù)集的空間順序。 橢圓團內(nèi)是指數(shù)據(jù)集中的附加參數(shù)值，如附加工藝條件和/或產(chǎn)品特性，但需要注意的是在各種實施例中，數(shù)據(jù)集可分別包括一個或多個 工藝條件值和/或一個或多個產(chǎn)品特性值，即每個數(shù)據(jù)集中所示參數(shù)的 個數(shù)只是為了舉例說明，而不是為了將輸入?yún)?shù)限制為任何具體的數(shù)量或類型。輸入數(shù)據(jù)1310、神經(jīng)網(wǎng)絡1320和輸出數(shù)據(jù)1330的頂部和 底部的垂直點，表示各自的附加元素可按照需要被包括，如附加輸入 數(shù)據(jù)集1312、附加輸出數(shù)據(jù)集等。
還應注意，在一些實施例中，除了空間連續(xù)輸入數(shù)據(jù)之外，單一 或平均數(shù)據(jù)值也可作為輸入提供給神經(jīng)網(wǎng)絡。例如，對應于或表示一 個或多個一般工藝條件或產(chǎn)品特性的一個或多個單一或平均數(shù)據(jù)值 可被提供，如不限于任何具體位置但代表了全部位置的特性或條件， 如統(tǒng)計的或其他代表性的平均值。
如上所述，神經(jīng)網(wǎng)絡1320可具有多種結(jié)構(gòu)。例如，在一些實施 例中，神經(jīng)網(wǎng)絡1320可以是單一網(wǎng)絡，如可以具有整體架構(gòu)。作為 替代，如圖13所示，在一些實施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡1320可包括多個子 網(wǎng)1322，即子神經(jīng)網(wǎng)絡。例如，在所示實施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡1320包 括輸入數(shù)據(jù)中所包含的每個數(shù)據(jù)集相應的子網(wǎng)。圖13還表示，每個 子網(wǎng)1322具有輸入節(jié)點，分別對應于一個數(shù)據(jù)集的輸入?yún)?shù)。在一 些實施例中， 一組特定輸入?yún)?shù)1314的子網(wǎng)1322，如在具體時間(如 PPjTm)和具體位置(如PPjTmCDj的產(chǎn)品特性PPj，可與相鄰的或 本地鄰近的子網(wǎng)相互作用。換言之，在一些實施例中，子網(wǎng)可能與鄰 近子網(wǎng)(或甚至和它們的鄰居等)互相連接。注意，所示子網(wǎng)僅僅是 指一般意義上代表性的，不是為了表示實際的子網(wǎng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)上文所 述的造紙例子，每個子網(wǎng)可具有溫度、紙張水分含量和紙張重量等的 輸入節(jié)點。因此，各子網(wǎng)對應于提供了工藝條件和/或產(chǎn)品特性值(通 過測量或綜合)的一個空間位置。
各子網(wǎng)可操作以接收這些參數(shù)值，并且如圖所示可產(chǎn)生各自相應 的一個或多個預測產(chǎn)品特性和/或工藝條件值1332。如圖13所示，在 這個示例性的實施例中，空間連續(xù)輸出數(shù)據(jù)包括多個(在這個具體的 示例性實施例中為6個或更多)輸出數(shù)據(jù)集，分別包括在各自CD位置的一個或多個產(chǎn)品特性，標記為"P-PPACDn"，在各自CD位置的
一個或多個工藝條件，標記為"PCACDn"，其中如上所述，下標"n"、 "n + l"等指示各CD位置的不同，還可指示數(shù)據(jù)集的空間順序。
例如，同樣以造紙為例，每個子網(wǎng)可根據(jù)輸入?yún)?shù)值(溫度、重 量、厚度、生產(chǎn)速率等)提供紙張水分含量的預測值，以及(在這個 具體的示例性實施例中)各自的預測工藝條件，如濕度(例如由于從 產(chǎn)品的蒸發(fā))。如上所述，輸出數(shù)據(jù)可被排列或包括在空間連續(xù)輸出 陣列1330中，和/或可被輸出為具有保持數(shù)據(jù)的空間分布的位置信息。 注意，在這個具體實施例中，由于輸入數(shù)據(jù)、子網(wǎng)和輸出數(shù)據(jù)間的相 互聯(lián)系，神經(jīng)網(wǎng)絡1320本身可被當作空間連續(xù)的，如在合乎邏輯的 認識中。例如，各自的輸入數(shù)據(jù)集、子網(wǎng)和輸出數(shù)據(jù)集對應于關于產(chǎn) 品的各自的CD區(qū)域、外形區(qū)域或數(shù)據(jù)框。
因此，神經(jīng)網(wǎng)絡可根據(jù)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生空間連續(xù)輸出數(shù)據(jù)，其中輸 出數(shù)據(jù)包括含有所預測的工藝條件和/或產(chǎn)品特性的輸出參數(shù)的空間 連續(xù)值。如上所述，在優(yōu)選的實施例中，輸出數(shù)據(jù)可被控制器或操作 員用來控制工藝。
如1206中所示，所預測的產(chǎn)品特性，即空間連續(xù)輸出數(shù)據(jù)，可 選地被提供給控制器或操作員用來控制制造工藝。例如，參考前面的 圖11A和11B，所預測的產(chǎn)品特性可被使用或存儲在數(shù)據(jù)網(wǎng)1106中， 如可被存儲在歷史數(shù)據(jù)庫中，然后可被取回，如通過監(jiān)管控制器1108， 它可決定獲得理想產(chǎn)品特性的策略，或通過操作員1109,他可向調(diào)節(jié) 控制器1110指示這個策略，調(diào)節(jié)控制器可通過控制工藝中的執(zhí)行單 元依次執(zhí)行該策略。
圖14A和14B-采用神經(jīng)網(wǎng)絡的控制工藝的方法
圖14A和14B是工藝控制方法的高級流程圖，如，根據(jù)本發(fā)明 的各實施例，釆用神經(jīng)網(wǎng)絡的基于薄板的制造工藝。更具體而言，圖 14A中的方法涉及工藝的自動控制，如通過使用控制器，而圖14B中 的方法涉及工藝的手動控制，如通過操作人員。
如上所述，在各實施例中，所示的一些方法的組成部分可同時執(zhí)行、按照與所示方法不同的順序執(zhí)行或者被省略。附加的方法組成部 分可按照需要執(zhí)行。注意，下面將略去前面已經(jīng)描述過的方法組成部 分。
如圖14A和14B所示，方法的組成部分1202-1204參考圖12在 上面已經(jīng)進行了詳述，包括將輸入數(shù)據(jù)，如測量和/或綜合與工藝條件 和產(chǎn)品特性相關的數(shù)據(jù)，提供給其中輸入數(shù)據(jù)具有空間相關性或分布 的神經(jīng)網(wǎng)絡(1202)，神經(jīng)網(wǎng)絡基于輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，其中輸 出數(shù)據(jù)具有與輸入數(shù)據(jù)相對應的空間相關性或分布(1204)。
如圖14A所示，在1206A中，輸出數(shù)據(jù)可被提供給控制器用來 控制制造工藝。
圖14A還表示，在1408中，控制器輸出數(shù)據(jù)可根據(jù)所提供的 1206A的輸出數(shù)據(jù)進行計算。例如，由于所提供的輸出數(shù)據(jù)包含產(chǎn)品 特性的預測值，該值可與理想或目標產(chǎn)品特性進行比較，其中預測值 和理想值或目標值之間的差別可被視作誤差，這是預測性工藝控制領 域里眾所周知的。相應調(diào)整可被確定以修正這些誤差。換言之，控制 器輸出數(shù)據(jù)可被計算以試圖修改加工過程的工藝條件來提高所得到 的產(chǎn)品特性，即朝著目標值的方向改進特性。注意，在實施例中采用 了自動控制器，這些計算可自動執(zhí)行，如通過監(jiān)管控制器1108按照 需要利用一些諸如神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機、專家系統(tǒng)、模糊邏輯等之 類的技術。
圖14A進一步表示，在1410中，可基于控制器輸出數(shù)據(jù)控制工 藝。例如，控制器輸出數(shù)據(jù)可被用來控制執(zhí)行單元陣列，以根據(jù)控制 器輸出數(shù)據(jù)來改變加工過程的可控工藝條件或狀態(tài)。換言之，執(zhí)行單 元陣列可包括多個執(zhí)行單元，其中執(zhí)行單元具有與輸入數(shù)據(jù)空間分布 相對應的空間分布。還應注意，具有相應空間分布的數(shù)據(jù)不必具有相 同的分辨率。換言之，可能是這種情況，有多個、如256個數(shù)據(jù)集的 輸出數(shù)據(jù)的空間分布可能對應于具有更多個、如1024個數(shù)據(jù)集的輸 入數(shù)據(jù)的空間分布，在這種情況下四個輸入數(shù)據(jù)對應于一個輸出數(shù) 據(jù)。因此，不同數(shù)據(jù)的空間分布可相互對應，但不是以相同的分辨率或空間頻率。
作為替代，如圖14B所示，在1206B中，輸出數(shù)據(jù)可被提供給 操作員，如操作人員用來控制制造工藝。
圖14B還表示，在1411中，操作員可基于1206B的輸出數(shù)據(jù)手 動控制工藝。換言之，在實施例中依賴于手動的操作員控制，操作人 員可釆用神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出數(shù)據(jù)來手動直接控制工藝。例如，在一個實 施例中，操作員可根據(jù)輸出數(shù)據(jù)手動控制執(zhí)行單元陣列來改變可控工 藝狀態(tài)。執(zhí)行單元陣列可包括多個執(zhí)行單元，其具有與輸入數(shù)據(jù)空間 關系相應的空間關系。
如圖14A和14B所示，在1412中，工藝條件和產(chǎn)品特性可凈皮測 量，如通過傳感器，如移動傳感器和/或靜態(tài)傳感器陣列，從而得到工 藝條件和產(chǎn)品特性測量數(shù)據(jù)，如參考11A和11B的上文所述。
在1414中，附加數(shù)據(jù)可選地被綜合，以增加和/或代替至少一部 分測量數(shù)據(jù)，也如參考11A和11B的上文所述。
最后，如圖14A和14B還表示，測得(和可選地經(jīng)過綜合)的 工藝條件和產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)可當作新輸入提供給神經(jīng)網(wǎng)絡，并且該方法 可按照需要重復，以重復方式控制工藝從而生產(chǎn)具有理想特性的產(chǎn)品。
因此，在圖14A和14B所示的實施例中，由于輸入數(shù)據(jù)、輸出 數(shù)據(jù)(圖14A中的控制器輸出數(shù)據(jù))和執(zhí)行單元的相應空間分布(例 如共同在空間上連續(xù))，工藝控制可被實現(xiàn)和執(zhí)行，其中會考慮產(chǎn)品 的空間屬性并相應地控制這些特性。因此，例如，如果產(chǎn)品被發(fā)現(xiàn)或 預測具有譬如說沿著薄板或薄片的一邊有不合規(guī)格特性的條帶，控制 器輸出數(shù)據(jù)可指出相應執(zhí)行單元應該被調(diào)整以糾正這個問題。例如， 產(chǎn)品特性可在CD區(qū)域級進行管理。因此，本發(fā)明的各實施例可便于 在基于薄板產(chǎn)品的控制中提高精度和分辨率。
注意，在一些實施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡有時可被訓練，如可周期性地 被更新，如釆用根據(jù)工藝的操作和性能積累的數(shù)據(jù)。例如，工藝的各 周期可包括將關于工藝條件和產(chǎn)品特性的已測數(shù)據(jù)存儲到歷史數(shù)據(jù)
庫中，如上文所述。這些數(shù)據(jù)可用于提供神經(jīng)網(wǎng)路進一步的訓練。在 一些實施例中，可對數(shù)據(jù)執(zhí)行各種分析，這些分析的結(jié)果也可用于訓 練神經(jīng)網(wǎng)絡。
在各實施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡可離線或在線受訓。例如，在離線的實 施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡可被更新或重新訓練，而不用被直接控制或連接到 運轉(zhuǎn)中的制造工藝，或者在優(yōu)選的實施例中，神經(jīng)網(wǎng)絡的復制品可受 到訓練并且可與用于生產(chǎn)的神經(jīng)網(wǎng)絡進行有效的交換，如定義神經(jīng)網(wǎng) 絡配置的數(shù)據(jù)的兩個或更多個拷貝可被保持，其中離線版本采用歷史 (或其他)數(shù)據(jù)進行訓練，用于生產(chǎn)的神經(jīng)網(wǎng)絡可被重新配置以反映 訓練，可能根本就不用停止加工過程。在一個實施例中，開發(fā)者可采 用模板方法配置神經(jīng)網(wǎng)絡。例如可提供圖形用戶界面，從而開發(fā)者可 交互式地指定神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和神經(jīng)網(wǎng)絡操作的其他細節(jié)。
作為替代或附加地，神經(jīng)網(wǎng)絡可在線受訓，如可在加工過程運轉(zhuǎn) 期間進行訓練，如通過漸進式的訓練，神經(jīng)網(wǎng)絡在加工過程運轉(zhuǎn)期間 被少量修改。
此處所述的方法和系統(tǒng)的各實施例可充分改善以下問題，涉及工 藝無感時間、測量無感時間、數(shù)據(jù)時鐘頻率、數(shù)據(jù)空間頻率和在工藝 條件量度陣列數(shù)據(jù)和產(chǎn)品特性量度陣列數(shù)據(jù)中的測量可變性，從而可 改進時域、即制造方向和空間域、即交叉制造方向的控制。
各實施例還包括接收或存儲計算機可讀介質(zhì)上的上述指令和/或 數(shù)據(jù)。適當?shù)慕橘|(zhì)包括如上所述的存儲介質(zhì)，及任何其他計算機可訪 問的介質(zhì)，并且可操作以存儲計算機可執(zhí)行的程序指令。
雖然本發(fā)明的上述系統(tǒng)和方法與優(yōu)選實施例相關進行了描述，但 此處并不是為了把它限制為前面的具體形式，與之相反，是為了包括 這些可供選擇的方法、修進和等效方法，因為它們可合理地包含在如 附加的權利要求所限定的本發(fā)明的思想和范圍中。
權利要求
1.一種用于控制用來生產(chǎn)具有空間相關特性的產(chǎn)品的具有空間相關條件的工藝的方法，該方法包括提供輸入數(shù)據(jù)至神經(jīng)網(wǎng)絡，其中輸入數(shù)據(jù)包括多個輸入數(shù)據(jù)集，每個輸入數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸入?yún)?shù)值，其中所述組中的每個輸入?yún)?shù)包括各自的工藝條件或產(chǎn)品特性，并且輸入數(shù)據(jù)保持了輸入數(shù)據(jù)的空間關系；并且神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，其中輸出數(shù)據(jù)包括多個輸出數(shù)據(jù)集，每個輸出數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸出參數(shù)值，每個輸出參數(shù)包括所預測的工藝條件或產(chǎn)品特性，其中輸出數(shù)據(jù)保持了輸出數(shù)據(jù)的空間關系，并且輸出數(shù)據(jù)的空間關系與輸入數(shù)據(jù)的空間關系相對應；其中輸出數(shù)據(jù)可被控制器或操作員用來控制工藝。
2. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，進一步包括 提供輸出數(shù)據(jù)給控制器或操作員；并且控制器或操作員根據(jù)輸出數(shù)據(jù)控制工藝。
3. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，其中所述工藝包括用來生產(chǎn) 網(wǎng)絡產(chǎn)品的基于薄板的制造工藝。
4. 根據(jù)權利要求3中所述的方法，其中所述網(wǎng)絡產(chǎn)品包括下列 的一個或多個紙；塑料制品； 聚合物；木質(zhì)或有一幾合成物； 顆粒板；金屬片；片狀合成物；層壓板；玻璃板；玻璃纖維；紡織品；糖果；和口香糖。
5.根據(jù)權利要求l中所述的方法，其中所述工藝條件包括下列中的一個或多個溫度;位置;壓力;濕度;電壓;電流'流量速度速率供給特性；和原材料特性。
6.根據(jù)權利要求1中所述的方法，其中所述產(chǎn)品特性包括下列 中的一個或多個 重量； 水分含量； 顏色； 強度；組成；平直度；剛度；硬度；質(zhì)地；厚度；光澤度；運行能力；和可印刷性。
7. 根據(jù)權利要求l中所述的方法，其中上述提供輸入數(shù)據(jù)的步驟包括下列中的一個或多個在工藝生產(chǎn)線中的一個或多個空間位置測量一個或多個工藝條件來產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)；在工藝生產(chǎn)線中的一個或多個空間位置綜合一個或多個工藝條 件來產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)；在產(chǎn)品上的一個或多個空間位置測量一個或多個產(chǎn)品特性來產(chǎn) 生輸入數(shù)據(jù)；以及在產(chǎn)品上的一個或多個空間位置綜合一個或多個產(chǎn)品特性來產(chǎn) 生輸入數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權利要求7中所述的方法，其中上述綜合步驟包括下列 中的一個或多個內(nèi)插測得的數(shù)據(jù)； 外推測得的數(shù)據(jù)；和基于測得的數(shù)據(jù)用 一個或多個模型綜合數(shù)據(jù)。
9. 根據(jù)權利要求8中所述的方法，其中上述數(shù)據(jù)建模是通過配 備為接收一個或多個測得的數(shù)據(jù)，并根據(jù)一個或多個測得的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個或多個綜合數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡來執(zhí)行的。
10. 根據(jù)權利要求7中所述的方法，進一步包括 提供輸出數(shù)據(jù)至操作員；并且操作員根據(jù)輸出數(shù)據(jù)手動控制執(zhí)行單元陣列來改變可控工藝狀 態(tài)，其中執(zhí)行單元陣列包括多個執(zhí)行單元，其中所述多個執(zhí)行單元具 有與輸入數(shù)據(jù)空間關系相對應的空間關系。
11. 根據(jù)權利要求7中所述的方法，進一步包括 提供輸出數(shù)據(jù)至控制器；控制器采用第 一個輸出數(shù)據(jù)代替測量輸入數(shù)據(jù)作為控制器輸入 數(shù)據(jù)來計算控制器輸出數(shù)據(jù)；并且控制器根據(jù)控制器輸出數(shù)據(jù)控制執(zhí)行單元陣列來改變可控工藝狀態(tài)，其中執(zhí)行單元陣列包括多個執(zhí)行單元，其中所述多個執(zhí)行單元 具有與輸入數(shù)據(jù)空間關系相對應的空間關系。
12. 根據(jù)權利要求11中所述的方法，其中上述提供輸出數(shù)據(jù)至 控制器的步驟包括提供輸出數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)網(wǎng)；并且 控制器從數(shù)據(jù)網(wǎng)中取回輸出數(shù)據(jù)。
13. 根據(jù)權利要求12中所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)網(wǎng)包括歷史 數(shù)據(jù)庫。
14. 根據(jù)權利要求11中所述的方法，其中上述提供輸入數(shù)據(jù)至 神經(jīng)網(wǎng)絡的步驟包括提供輸入數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)網(wǎng)；并且神經(jīng)網(wǎng)絡從數(shù)據(jù)網(wǎng)中取回輸入數(shù)據(jù)。
15. 根據(jù)權利要求14中所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)網(wǎng)包括歷史 數(shù)據(jù)庫。
16. 根據(jù)權利要求ll中所述的方法，進一步包括 以重復方式執(zhí)行上述提供輸入數(shù)據(jù)至神經(jīng)網(wǎng)絡，上述神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，上述提供輸出數(shù)據(jù)至控制器，上述控制器 采用輸出作為控制器輸入數(shù)據(jù)來計算控制器輸出數(shù)據(jù)，及上述控制器 根據(jù)控制器輸出數(shù)據(jù)控制執(zhí)行單元陣列來改變可控工藝狀態(tài)的步驟， 以控制具有理想特性產(chǎn)品的生產(chǎn)。
17. 根據(jù)權利要求16中所述的方法，其中每次重復的輸入數(shù)據(jù) 包括指示輸入數(shù)據(jù)順序的順序標簽。
18. 根據(jù)權利要求16中所述的方法，其中順序標簽包括指示輸 入數(shù)據(jù)時序的時間標簽。
19. 根據(jù)權利要求16中所述的方法，進一步包括周期性地基于已測得的工藝條件和產(chǎn)品特性更新神經(jīng)網(wǎng)絡。
20. 根據(jù)權利要求l中所述的方法，其中神經(jīng)網(wǎng)絡包括多個子網(wǎng)。
21. 根據(jù)權利要求20中所述的方法，其中多個子網(wǎng)中的每一個對應于多個數(shù)據(jù)集中各自的數(shù)據(jù)集；并且其中每個數(shù)據(jù)集中的每個輸入?yún)?shù)對應于子網(wǎng)中各自的輸入節(jié)
22.根據(jù)權利要求l中所述的方法，進一步包括 釆用歷史和/或已綜合的工藝條件和/或產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)來訓練神經(jīng) 網(wǎng)絡，其中歷史和/或已綜合的工藝條件和/或產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)具有與輸 入數(shù)據(jù)空間關系相對應的空間關系。
23. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，其中上述提供輸入數(shù)據(jù)至神經(jīng)網(wǎng)絡的步驟進一步包括提供與一 個或多個一般工藝條件或產(chǎn)品特性相對應的一個或多個單一或平均 數(shù)據(jù)值。
24. 根據(jù)權利要求23中所述的方法，其中上述神經(jīng)網(wǎng)路產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)的步驟進一步包括產(chǎn)生與一個 或多個預測的一般工藝條件或產(chǎn)品特性相對應的一個或多個單一或 平均數(shù)據(jù)值。
25. 根據(jù)權利要求24中所述的方法，其中上述提供輸出數(shù)據(jù)給控制器的步驟進一步包括提供一個或 多個單一或平均數(shù)據(jù)值。
26. 根據(jù)權利要求l中所述的方法，其中神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入和/或輸 出對應于輸入數(shù)據(jù)的空間關系。
27. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，其中每個輸入數(shù)據(jù)集進一步包括一組輸入?yún)?shù)的位置信息，其中 所述位置信息指示了輸入數(shù)據(jù)的空間關系；并且其中每個輸出數(shù)據(jù)集進一步包括一個或多個輸出參數(shù)的位置信息。
28. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，其中輸入數(shù)據(jù)以保持輸入數(shù)據(jù)空間關系的方式提供給神經(jīng)網(wǎng)絡 的輸入；其中輸出數(shù)據(jù)由神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出以保持輸出數(shù)據(jù)空間關系的方式所提供；并且其中輸出數(shù)據(jù)的空間關系對應于輸入數(shù)據(jù)的空間關系。
29. 根據(jù)權利要求l中所述的方法，其中神經(jīng)網(wǎng)絡包括下列的一 個或多個模擬神經(jīng)網(wǎng)絡；以及 基于計算機的神經(jīng)網(wǎng)絡。
30. 根據(jù)權利要求1中所述的方法，進一步包括 在上述提供數(shù)據(jù)給神經(jīng)網(wǎng)絡之前預處理輸入數(shù)據(jù)。
31. 根據(jù)權利要求30中所述的方法，其中上述預處理輸入數(shù)據(jù) 包括下列的一個或多個消除和/或用有效數(shù)據(jù)替換無用或無效數(shù)據(jù)；并且 把數(shù)據(jù)變換為更為可用的形式或格式。
32. —種用于控制用來生產(chǎn)具有空間相關特性的產(chǎn)品的具有空 間相關條件的工藝的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括神經(jīng)網(wǎng)絡，其包括多個輸入，可操作以接收輸入數(shù)據(jù)，其中輸入數(shù)據(jù)包括多個 輸入數(shù)據(jù)集，每個輸入數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸入?yún)?shù)值，其中 所述組中的每個輸入?yún)?shù)包括各自的工藝條件或產(chǎn)品特性，并且其中 輸入數(shù)據(jù)保持了輸入數(shù)據(jù)的空間關系；其中神經(jīng)網(wǎng)絡可被操作以根據(jù)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，其中輸出 數(shù)據(jù)包括多個輸出數(shù)據(jù)集，每個輸出數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸出 參數(shù)值，每個輸出參數(shù)包括所預測的工藝條件或產(chǎn)品特性，其中輸出 數(shù)據(jù)保持了輸出數(shù)據(jù)的空間關系，并且輸出數(shù)據(jù)的空間關系與輸入數(shù) 據(jù)的空間關系相對應；其中神經(jīng)網(wǎng)絡進一步包括多個輸出，可操作以輸出輸出數(shù)據(jù)，其中輸出數(shù)據(jù)可被控制器或 操作員用來控制工藝。
33. —種用于控制用來生產(chǎn)具有空間相關特性的產(chǎn)品的具有空 間相關條件的工藝的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括提供輸入數(shù)據(jù)給神經(jīng)網(wǎng)絡的裝置，其中輸入數(shù)據(jù)包括多個輸入數(shù) 據(jù)集，每個輸入數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸入?yún)?shù)值，其中所述組 中的每個輸入?yún)?shù)包括各自的工藝條件或產(chǎn)品特性，并且其中輸入數(shù) 據(jù)保持了輸入數(shù)據(jù)的空間關系；以及使神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)的裝置，其中輸出數(shù)據(jù)包 括多個輸出數(shù)據(jù)集，每個輸出數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸出參數(shù) 值，每個輸出參數(shù)包括所預測的工藝條件或產(chǎn)品特性，其中輸出數(shù)據(jù) 保持了輸出數(shù)據(jù)的空間關系，并且輸出數(shù)據(jù)的空間關系與輸入數(shù)據(jù)的 空間關系相對應；其中輸出數(shù)據(jù)可被控制器或操作員用來控制工藝。
34. —種用于控制用來生產(chǎn)具有空間相關特性的產(chǎn)品的具有空 間相關條件的工藝的方法，該方法包括提供輸入數(shù)據(jù)給神經(jīng)網(wǎng)絡，其中輸入數(shù)據(jù)包括多個輸入數(shù)據(jù)集， 每個輸入數(shù)據(jù)集包括一組輸入?yún)?shù)值和這組輸入?yún)?shù)的位置信息，其 中位置信息指示了輸入數(shù)據(jù)的空間關系，其中所述組中的每個輸入?yún)?數(shù)包括各自的工藝條件或產(chǎn)品特性；并且神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，其中輸出數(shù)據(jù)包括多個輸 出數(shù)據(jù)集，每個輸出數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸出參數(shù)值和所述一 個或多個輸出參數(shù)的位置信息，其中所述組中的每個輸出參數(shù)包括一 個所預測的工藝條件或產(chǎn)品特性，并且其中輸出數(shù)據(jù)的空間關系與輸 入數(shù)據(jù)的空間關系相對應；其中輸出數(shù)據(jù)可被控制器或操作員用來控制工藝。
35. —種用于控制用來生產(chǎn)具有空間相關特性的產(chǎn)品的具有空 間相關條件的工藝的方法，該方法包括提供輸入數(shù)據(jù)給神經(jīng)網(wǎng)絡，其中輸入數(shù)據(jù)包括多個輸入數(shù)據(jù)集， 每個輸入數(shù)據(jù)集包括一組輸入?yún)?shù)值，其中所述組中的每個輸入?yún)?shù) 包括各自的工藝條件或產(chǎn)品特性，并且其中輸入數(shù)據(jù)以保持輸入數(shù)據(jù) 空間關系的方式提供給神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入；并且神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，其中輸出數(shù)據(jù)包括多個輸 出數(shù)據(jù)集，每個輸出數(shù)據(jù)集包括一組一個或多個輸出參數(shù)值，每個輸 出參數(shù)包括一個所預測的工藝條件或產(chǎn)品特性，并且其中輸出數(shù)據(jù)由 神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出以保持輸出數(shù)據(jù)空間關系的方式所提供，并且其中輸 出數(shù)據(jù)的空間關系對應于輸入數(shù)據(jù)的空間關系；其中輸出數(shù)據(jù)可被控制器或操作員用來控制工藝。
36. —種用于控制用來生產(chǎn)具有空間相關特性的產(chǎn)品的具有空 間相關條件的工藝的方法，該方法包括操作該工藝，其中所述操作包括在多個位置測量工藝條件和/或產(chǎn)品特性以產(chǎn)生包含所測得的工 藝條件和/或產(chǎn)品特性的測量數(shù)據(jù)，其中測量數(shù)據(jù)保持了測量數(shù)據(jù)間的 空間關系；提供測量數(shù)據(jù)給神經(jīng)網(wǎng)絡作為輸入數(shù)據(jù)陣列；神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，其中輸出數(shù)據(jù)包括所預測 的工藝條件和/或產(chǎn)品特性，并且其中輸出數(shù)據(jù)具有與測量數(shù)據(jù)空間關 系相對應的空間關系；采用輸出數(shù)據(jù)代替測量輸入數(shù)據(jù)作為控制器輸入數(shù)據(jù)來計算控 制器輸出數(shù)據(jù)；基于控制器輸出數(shù)據(jù)控制一個執(zhí)行單元陣列，以根據(jù)控制器輸出 采用執(zhí)行單元來改變可控工藝狀態(tài)；并且以重復方式執(zhí)行上述操作、上述提供、上述生產(chǎn)、上述計算、和 上述控制的步驟，以生產(chǎn)出具有理想特性的產(chǎn)品。
全文摘要
用于控制用來生產(chǎn)具有空間相關參數(shù)的產(chǎn)品的具有空間相關條件的工藝的系統(tǒng)和方法，例如用于生產(chǎn)基于薄板/薄片的產(chǎn)品的基于薄板/薄片的工藝。包含多個輸入數(shù)據(jù)集的輸入數(shù)據(jù)被提供給(模擬或基于計算機的)神經(jīng)網(wǎng)絡，每個輸入數(shù)據(jù)集包含一個或多個輸入?yún)?shù)值，分別包含一個各自的工藝條件或產(chǎn)品參數(shù)。輸入數(shù)據(jù)保持輸入數(shù)據(jù)的空間關系。神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)包含多個輸出數(shù)據(jù)集，每個輸出數(shù)據(jù)來包含一個或多個輸出參數(shù)值，分別包含一個預測的工藝條件或產(chǎn)品參數(shù)。輸出數(shù)據(jù)保持與輸入數(shù)據(jù)的空間關系相對應的輸出數(shù)據(jù)空間關系。輸出數(shù)據(jù)可由控制器或操作員用于控制所述工藝。
文檔編號G05B19/418GK101203818SQ200680021977
公開日2008年6月18日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權日2005年5月13日
發(fā)明者保爾·L.·柯萊特三世, 竇格拉斯·W.·約翰森 申請人:搭篷技術公司