包瑩瑩+徐燕華+李榮+馬雷

摘要：伴隨著新興技術(shù)的興起和信息量的日益暴增，傳統(tǒng)的鋼桶制造行業(yè)勢必面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。面對鋼桶生產(chǎn)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的海量的數(shù)據(jù)，提出了一種基于數(shù)據(jù)挖掘的鋼桶生產(chǎn)的設(shè)計策略，將當(dāng)下流行的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和人工智能技術(shù)相結(jié)合，對鋼桶生產(chǎn)過程中所涉及的各類原始數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類和分析，找出最適合的性能參數(shù)進(jìn)行試驗和生產(chǎn)。本設(shè)計通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)降低了工人的負(fù)荷，提高原料的利用率、廢品利用率以及能源利用率，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的生產(chǎn)效益。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；人工智能；鋼桶生產(chǎn)

中圖分類號：TP311.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0106-02

隨著制造行業(yè)生產(chǎn)規(guī)范化和企業(yè)管理理念的加強(qiáng)，制造業(yè)的發(fā)展越來越依賴于先進(jìn)的技術(shù)。如今，在制造行業(yè)的產(chǎn)品生命周期、企業(yè)管理的整個環(huán)節(jié)都需要面對海量的數(shù)據(jù)，面對這些數(shù)據(jù)，迫使我們不斷尋找新的技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理和分析，找出有價值的信息，為企業(yè)尋求發(fā)展。因此加強(qiáng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的研究，對于推動制造業(yè)與信息技術(shù)跨界融合、加快實施中國特色智能制造，以及提升制造行業(yè)國際競爭力具有重要意義。當(dāng)然在未來的工業(yè)大數(shù)據(jù)時代，具備改善企業(yè)現(xiàn)有狀況最有力的工具就是數(shù)據(jù)挖掘。

鋼桶生產(chǎn)工藝過程中涉及的數(shù)據(jù)信息直接影響鋼桶的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。因此，利用數(shù)據(jù)挖掘和人工智能技術(shù)對鋼桶制造過程中所涉及的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)建模分析，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類和分析，尋找數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，確定鋼桶制造最優(yōu)設(shè)計參數(shù)。與此同時對鋼桶生產(chǎn)線進(jìn)行數(shù)字化改造，引進(jìn)較好的生產(chǎn)設(shè)備，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼桶生產(chǎn)制造可以獲得更高原料利用率，廢品利用率，能源利用率，從而提高生產(chǎn)效益。此外，隨著生產(chǎn)批量的增大，生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造的利稅逐年增多，產(chǎn)品的性能在逐步完善提高，由此可帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)收入效益和社會效益。不僅如此，這種技術(shù)不僅可以應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)，還可以應(yīng)用于企業(yè)管理，企業(yè)服務(wù)以及企業(yè)運作等方面。

1 相關(guān)技術(shù)研究

1.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘是信息時代研究的熱門領(lǐng)域，涉及人工智能、模式識別與數(shù)據(jù)庫技術(shù)等學(xué)科，應(yīng)用領(lǐng)域及其廣泛。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是指從數(shù)據(jù)中“發(fā)現(xiàn)金礦”，從數(shù)據(jù)中“獲取智慧”的過程。它是指提取現(xiàn)實問題中海量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行研究和分析，尋找數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)，預(yù)測數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢，挖掘出隱含的有價值的信息進(jìn)行決策分析[1]。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對于企業(yè)生產(chǎn)過程、銷售過程以及管理過程中所涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析有利于企業(yè)進(jìn)行宏觀調(diào)控，從相關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)關(guān)系中挖掘出有用的信息，為企業(yè)獲得效益。因此對于企業(yè)來說，數(shù)據(jù)挖掘有利于企業(yè)找出事物內(nèi)部存在的規(guī)律和趨勢，通過已知的事實來預(yù)測未來的趨勢，發(fā)現(xiàn)未知的結(jié)果。從這個意義上來說，知識就是力量，數(shù)據(jù)挖掘就是財富。

1.2 鋼桶制造技術(shù)

傳統(tǒng)的鋼桶的生產(chǎn)工藝流程主要包含幾個方面：（1）毛坯下料；（2）鋼板成型；（3）鋼板進(jìn)入焊機(jī)，卷圓縫焊；（4）經(jīng)過電磁烘干線烘干；（5）經(jīng)過儲罐輸送帶風(fēng)干冷卻；（6）進(jìn)入五工位加工裝置，依次經(jīng)過翻邊預(yù)卷工位、底部封底工位、擴(kuò)張工位、卷線工位、漲筋工位；（7）之后通過輸送帶將封底后的桶送入自動點焊機(jī)進(jìn)行焊接[2]。

2 基于數(shù)據(jù)挖掘的鋼桶生產(chǎn)的設(shè)計策略

2.1 研究方案

本設(shè)計是基于鋼桶生產(chǎn)工藝特性并結(jié)合鋼桶制造的基礎(chǔ)樣本數(shù)據(jù)，充分分析國內(nèi)外鋼桶制造的先進(jìn)理論和技術(shù)，在企業(yè)制桶經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，從中采集關(guān)于鋼桶制造過程中所涉及的原材料選取，焊接質(zhì)量和溫度以及鋼桶材料相關(guān)參數(shù)（校平參數(shù)、桶身卷圓參數(shù)、桶身翻邊參數(shù)、波紋環(huán)筋滾壓成形參數(shù)、鋼桶的拉伸成形參數(shù)、桶底頂預(yù)卷參數(shù)、鋼桶卷封裝配參數(shù)、鋼桶性能測試參數(shù)、鋼板下料的長短，對角距離）等數(shù)據(jù)信息，在此基礎(chǔ)上引入人工智能技術(shù)，選擇當(dāng)下流行的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波技術(shù)以及支持向量機(jī)等算法并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘方法對不同組數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，從而找出數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，并對結(jié)果進(jìn)行分析和評估，從中選出最優(yōu)的數(shù)據(jù)信息，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行反復(fù)試驗來確定鋼桶制造工藝流程中的設(shè)計數(shù)據(jù)，從而得出最終的設(shè)計方案和工藝路線。這樣可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題，采取適當(dāng)?shù)母纳坪脱a(bǔ)救措施來消除問題或降低問題帶來的損失，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。與此同時，還要對原有設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化改造，引入較好的軟硬件設(shè)備，為鋼桶的生產(chǎn)制造保證最好的生產(chǎn)線。

2.2 實施過程

本設(shè)計是在吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合了人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、信息控制技術(shù)、電氣控制技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計方法與系統(tǒng)工程設(shè)計思想，利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)對鋼桶的數(shù)字化生產(chǎn)進(jìn)行研究，具體實施過程分為如下幾個步驟：

（1）數(shù)據(jù)采集：鋼桶制作工藝過程所涉及的數(shù)據(jù)信息是海量的，將以往生產(chǎn)過程所涉及的數(shù)據(jù)信息以及國內(nèi)外成熟的鋼桶原始樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行采集是一個龐大的工作量。此外，獲取合理、有效、有用的數(shù)據(jù)才能為我們的后期建模分析出最精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)打下堅實的基礎(chǔ)，所以這部分工作量非常繁瑣和繁重，是后期研究的基礎(chǔ)保障。（2）建庫和入庫：對前期采集的歷史數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和預(yù)處理，并及時存儲在項目數(shù)據(jù)庫中以備后期進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析。（3）數(shù)據(jù)分析：對采集的各類數(shù)據(jù)信息選擇不同的數(shù)據(jù)挖掘方法進(jìn)行建模分析和評價，從而獲取最優(yōu)的數(shù)據(jù)信息，具體過程分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、建模分析以及結(jié)果反饋。本設(shè)計中所采用的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要是基于人工智能技術(shù)，包括當(dāng)下比較流行的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、SVM（支持向量機(jī)）以及小波技術(shù)[3]。（4）確定鋼桶生產(chǎn)方案：對從上述過程中獲取的鋼桶生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行各方面驗證，并確定相應(yīng)的設(shè)計方案，為后序生產(chǎn)過程做好充足的準(zhǔn)備。（5）生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)字化改造：引入分布式網(wǎng)絡(luò)控制高精度制桶技術(shù)、人工智能技術(shù)等信息技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化改造，從而提高產(chǎn)品的品質(zhì)和企業(yè)的生產(chǎn)效益。（6）生產(chǎn)工藝改進(jìn)：完善鋼桶制造的生產(chǎn)工藝，引入新的方法和技術(shù)，來提高鋼桶的產(chǎn)品質(zhì)量。例如在生產(chǎn)過程中加入鍍鋅工藝，省去鋼桶后期需要的鍍鋅操作，避免鋼桶受到侵蝕，提高鋼桶的使用壽命。（7）制桶方案試驗：在市場調(diào)研、技術(shù)文獻(xiàn)查閱、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)建庫入庫、數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)工藝改進(jìn)、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化改造以及現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，采用企業(yè)最先進(jìn)的生產(chǎn)線進(jìn)行反復(fù)試驗，直到獲取由此方案制造的最滿意的鋼桶。（8）完善方案，投入生產(chǎn)：在反復(fù)生產(chǎn)試驗的基礎(chǔ)上，將理論和實踐經(jīng)驗相結(jié)合，同時繼續(xù)完善和改進(jìn)鋼桶制造方案，最后將其投入生產(chǎn)。endprint

2.3 技術(shù)優(yōu)點

相對于傳統(tǒng)的鋼桶制造技術(shù)，本技術(shù)具備的優(yōu)點包括幾個方面：（1）引入計算機(jī)領(lǐng)域流行的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，將大數(shù)據(jù)分析和生產(chǎn)有效地結(jié)合在一起，有效地提高生產(chǎn)效率，并更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量。（2）數(shù)據(jù)挖掘分析中引入當(dāng)下流行的人工智能技術(shù)，為數(shù)據(jù)挖掘提供了更有效的方法，為分析最優(yōu)數(shù)據(jù)提供了更好的途徑。（3）采用當(dāng)下流行的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和SVM（支持向量機(jī)），可以提高數(shù)據(jù)分析的效率，具備自學(xué)能力以及一定的推廣、概括能力和自適應(yīng)能力。（4）鋼桶制造工藝過程中所涉及的參數(shù)設(shè)置在生產(chǎn)之前通過數(shù)據(jù)挖掘分析得出，此方法不僅可以降低工人反復(fù)研發(fā)制桶工作，而且可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效益和工人的工作效益。（5）融入鍍鋅操作的鋼桶制造生產(chǎn)工藝簡單、操作方便，生產(chǎn)效率高。通過鍍鋅技術(shù)使鋼桶避免受到外界環(huán)境的侵蝕、具備防腐效果好，質(zhì)量較佳，使用壽命長，不易損壞等特點，有較好的市場價值，適宜推廣。（6）引入先進(jìn)生產(chǎn)線不僅可以改善原有生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)流程，而且可以提高其智能化和自動化以及產(chǎn)品的生產(chǎn)效益，與此同時還可將工人從繁瑣的工作中減輕出來，提高工作人員工作的舒適度。（7）隨著產(chǎn)品生產(chǎn)批量地增大，企業(yè)創(chuàng)造的利稅將逐年增多，同時產(chǎn)品的性能也在逐步完善提高，由此將為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)收入效益和社會效益。

3 結(jié)語

本設(shè)計符合國家倡導(dǎo)的“節(jié)能低耗+綠色環(huán)保+協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展+創(chuàng)新思路”的發(fā)展模式，在引入計算機(jī)領(lǐng)域流行的數(shù)據(jù)挖掘和人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)分析和生產(chǎn)有效地結(jié)合在一起，更好地保證生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。此技術(shù)不僅僅可以應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還可以應(yīng)用到企業(yè)的各個環(huán)節(jié)，將來自企業(yè)設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)、工程、銷售、管理等各個部門的數(shù)據(jù)信息集中在信息平臺上，對這些信息利用大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行宏觀調(diào)控，確保各部門的協(xié)同工作，提高工廠的生產(chǎn)效益、服務(wù)水平及智能化發(fā)展，為今后建設(shè)“智能生產(chǎn)+智能產(chǎn)品+智能服務(wù)”三位一體的新型制造業(yè)工廠奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]張良均，陳俊德，劉名軍，陳榮.數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用案例分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2]林陳彪.內(nèi)噴涂鋼桶性能特點及生產(chǎn)工藝實踐[J].包裝工程，2016，（1）：170-173.

[3]尹麗東，范麗亞.幾種SVM的優(yōu)劣性比較[J].聊城大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2017，（2）：14-19.

Abstract：With the rise of emerging technologies and the increasing amount of information， the traditional steel barrel manufacturing industry will face serious challenges. It presents a design strategy based on data mining in the face of a huge amount of data which produced in the steel barrel production process.Combine the current popular data mining technology with artificial intelligence technology， it will classify and analyze all kinds of raw data and real-time data involved in the production process of steel drum， and find out the most suitable performance parameters for testing and production. This design will reduce the workers' load through data analysis technology， and it will improve the utilization rate of raw materials， wastes utilization and energy efficiency， thus it will improve the quality of products and the production efficiency of enterprises.

Key Words：data mining； artificial intelligence； steel drum productionendprint