本發(fā)明涉及印刷，更具體地說，本發(fā)明涉及一種智能印刷過程多參數(shù)監(jiān)控與優(yōu)化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、申請(qǐng)公開號(hào)為cn117575098a的專利申請(qǐng)公開了凹版印刷設(shè)備上印刷參數(shù)的優(yōu)化方法，根據(jù)印刷參數(shù)的設(shè)定范圍隨機(jī)生成初始參數(shù)數(shù)據(jù)集；采用二進(jìn)制編碼對(duì)初始參數(shù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行編碼，初始化種群；計(jì)算初始化種群中每個(gè)染色體對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度，選擇種群中優(yōu)秀的染色體作為父母代，進(jìn)行交叉、變異操作，得到新種群；重復(fù)對(duì)新種群進(jìn)行選擇、交叉、變異操作，直至滿足停止條件，輸出適應(yīng)度值最小的個(gè)體作為最優(yōu)解，此印刷參數(shù)優(yōu)化方法，具有自動(dòng)搜索和全局搜索能力，自動(dòng)化地優(yōu)化印刷參數(shù)，通過模擬自然界中的進(jìn)化過程，對(duì)印刷過程中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)更精確、穩(wěn)定和高效的印刷控制，提高印刷質(zhì)量，同時(shí)具有較強(qiáng)的普適性和靈活性。

2、但是在實(shí)際印刷生產(chǎn)過程中，印刷質(zhì)量依然受到諸多參數(shù)的影響，這些參數(shù)之間存在復(fù)雜的相互影響關(guān)系，需要綜合權(quán)衡調(diào)整；然而，目前印刷過程中的參數(shù)調(diào)整主要依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)的優(yōu)化方法，難以保證印刷質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性；同時(shí)，印刷過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，各種參數(shù)隨時(shí)可能發(fā)生波動(dòng)，如果無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并及時(shí)調(diào)整參數(shù)，就會(huì)導(dǎo)致印刷質(zhì)量的波動(dòng)，產(chǎn)生大量的次品和廢品，降低生產(chǎn)效率，增加能源和原料的浪費(fèi)；但現(xiàn)有技術(shù)缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整的機(jī)制，無法及時(shí)響應(yīng)印刷狀態(tài)的變化；另外，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)印刷質(zhì)量的評(píng)估主要依賴人工視覺檢查，缺乏科學(xué)的量化指標(biāo)，難以精確優(yōu)化印刷參數(shù)。同時(shí)，人工檢查效率低下，存在主觀性和不確定性，無法保證評(píng)估的準(zhǔn)確性和一致性。

3、鑒于此，本發(fā)明提出一種智能印刷過程多參數(shù)監(jiān)控與優(yōu)化系統(tǒng)以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種智能印刷過程多參數(shù)監(jiān)控與優(yōu)化系統(tǒng)，包括：空間構(gòu)建模塊，用于獲取印刷過程中的多參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，基于多參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建參數(shù)空間；

2、基準(zhǔn)路線擬合模塊，用于將多參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建為加權(quán)有向圖，并在所構(gòu)建的加權(quán)有向圖中，獲取參數(shù)調(diào)整基準(zhǔn)路線；

3、最優(yōu)求解模塊，用于在參數(shù)空間中生成初始解集合，在初始解集合的基礎(chǔ)上利用優(yōu)化算法求解得到最優(yōu)參數(shù)組合；

4、策略調(diào)整模塊，用于將參數(shù)調(diào)整基準(zhǔn)路線與最優(yōu)參數(shù)組合相結(jié)合，形成印刷過程中的動(dòng)態(tài)調(diào)整策略并發(fā)送至監(jiān)控優(yōu)化終端；各個(gè)模塊之間通過有線和/或無線的方式進(jìn)行連接。

5、進(jìn)一步地，所述多參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括印刷機(jī)械參數(shù)、印刷材料參數(shù)、環(huán)境參數(shù)以及生產(chǎn)效率參數(shù)；

6、印刷機(jī)械參數(shù)包括印刷速度、印刷壓力、墨水供給量、干燥溫度以及定位精度；印刷材料參數(shù)包括紙張克重、油墨濃度、油墨粘度以及輔助材料的用量；環(huán)境參數(shù)包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度以及環(huán)境單位時(shí)間通風(fēng)量；生產(chǎn)效率參數(shù)包括單位時(shí)間生產(chǎn)數(shù)量、原料消耗量、廢品率以及停機(jī)時(shí)間。

7、進(jìn)一步地，所述構(gòu)建參數(shù)空間的方式包括：

8、根據(jù)多參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的參數(shù)，確定構(gòu)建參數(shù)空間所需的維度數(shù)量；對(duì)于多參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的每個(gè)參數(shù)，確定其取值范圍；對(duì)于連續(xù)型的參數(shù)，將其進(jìn)行離散化處理，即將連續(xù)的取值范圍等分為若干個(gè)離散值；

9、將所有參數(shù)的取值范圍依次組合，構(gòu)建出一個(gè)初步參數(shù)空間；得到的每個(gè)組合對(duì)應(yīng)初步參數(shù)空間中的一個(gè)空間點(diǎn)；對(duì)初步參數(shù)空間進(jìn)行可行解區(qū)域的標(biāo)記；得到最終的參數(shù)空間。

10、進(jìn)一步地，所述對(duì)初步參數(shù)空間進(jìn)行可行解區(qū)域的標(biāo)記的方式包括：

11、從初步參數(shù)空間的所有維度中，選擇一個(gè)作為劃分維度，在劃分維度上，確定若干個(gè)劃分點(diǎn)；以劃分點(diǎn)將初步參數(shù)空間在劃分維度上分割成若干個(gè)區(qū)間，將除劃分維度之外的其他維度上的區(qū)間與這些分割得到的區(qū)間進(jìn)行笛卡爾積，得到若干個(gè)子空間；

12、預(yù)設(shè)約束條件，將子空間看作一個(gè)二維平面；將所有約束條件表示為子空間中的幾何對(duì)象；對(duì)于每個(gè)幾何對(duì)象，計(jì)算出其邊界方程；邊界方程為過定點(diǎn)的直線方程或幾何對(duì)象的參數(shù)方程；

13、從子空間的所有維度中，選擇一個(gè)作為掃描維度；遍歷所有幾何對(duì)象，對(duì)于每個(gè)幾何對(duì)象，提取其邊界方程上的所有點(diǎn)，將這些點(diǎn)作為事件點(diǎn)，記錄事件點(diǎn)的坐標(biāo)以及所屬的幾何對(duì)象；對(duì)于每個(gè)事件點(diǎn)，若該事件點(diǎn)是某個(gè)幾何對(duì)象的邊界方程的起點(diǎn)，標(biāo)記為起點(diǎn)事件，若該事件點(diǎn)是某個(gè)幾何對(duì)象的邊界方程的終點(diǎn)，標(biāo)記為終點(diǎn)事件；

14、將所有事件點(diǎn)按照掃描維度上的坐標(biāo)值從小到大排序，若大于1個(gè)事件點(diǎn)在掃描維度上有相同的坐標(biāo)值，則按照其他維度的坐標(biāo)值進(jìn)行次級(jí)排序；得到排序后的事件點(diǎn)序列；根據(jù)排序后的事件點(diǎn)序列，構(gòu)建一個(gè)事件隊(duì)列；事件隊(duì)列中的每個(gè)元素包含事件點(diǎn)的坐標(biāo)、事件類型以及所屬的幾何對(duì)象；事件類型包括起點(diǎn)事件和終點(diǎn)事件；

15、定義一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為活動(dòng)狀態(tài)結(jié)構(gòu)，初始化該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為空；從事件隊(duì)列中取出第一個(gè)事件點(diǎn)，若該事件點(diǎn)是起點(diǎn)事件，則將對(duì)應(yīng)的幾何對(duì)象插入到活動(dòng)狀態(tài)結(jié)構(gòu)中，若該事件點(diǎn)是終點(diǎn)事件，則將對(duì)應(yīng)的幾何對(duì)象從活動(dòng)狀態(tài)結(jié)構(gòu)中刪除，重復(fù)直到事件隊(duì)列為空；定義一個(gè)掃描線，從掃描維度開始進(jìn)行掃描，在掃描的過程中，在活動(dòng)狀態(tài)結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)當(dāng)前掃描線所跨越的所有幾何對(duì)象，對(duì)于子空間中的每個(gè)點(diǎn)，查詢?cè)擖c(diǎn)在除掃描維度之外的其他維度上的坐標(biāo)是否落在活動(dòng)狀態(tài)結(jié)構(gòu)中的區(qū)間內(nèi)，若所有維度上的坐標(biāo)都落在對(duì)應(yīng)的區(qū)間內(nèi)，則標(biāo)記該點(diǎn)位于可行解區(qū)域；否則，標(biāo)記該點(diǎn)位于不可行解區(qū)域。

16、進(jìn)一步地，所述加權(quán)有向圖的構(gòu)建方式包括：

17、初始化一個(gè)有向圖；將多參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中的每個(gè)參數(shù)視為一個(gè)狀態(tài)變量，每個(gè)狀態(tài)變量的取值范圍構(gòu)成對(duì)應(yīng)狀態(tài)變量的狀態(tài)空間，將所有狀態(tài)變量的狀態(tài)空間的笛卡爾積作為整個(gè)有向圖的狀態(tài)空間；定義整個(gè)有向圖的狀態(tài)空間內(nèi)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)為一個(gè)多維向量，多維向量中每個(gè)分量對(duì)應(yīng)一個(gè)參數(shù)在對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的值；

18、對(duì)于每個(gè)時(shí)間步t，記錄當(dāng)前的狀態(tài)和下一個(gè)狀態(tài)；使用一個(gè)計(jì)數(shù)器來跟蹤從狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)的次數(shù)，每觀測(cè)到一次從狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，就將計(jì)數(shù)器加1；

19、設(shè)置一個(gè)狄利克雷先驗(yàn)分布，是一個(gè)先驗(yàn)正向量；對(duì)于每個(gè)時(shí)間步t，從狄利克雷先驗(yàn)分布中獲取當(dāng)前的狀態(tài)以及對(duì)應(yīng)的先驗(yàn)正向量，記作；

20、定義在時(shí)間步t，從當(dāng)前的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)的先驗(yàn)概率；其中，是預(yù)設(shè)的衰減因子，且；

21、基于先驗(yàn)概率，對(duì)于當(dāng)前的狀態(tài)和下一個(gè)狀態(tài)，定義后驗(yàn)分布；其中，即為要估計(jì)的從當(dāng)前的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率；取后驗(yàn)分布的均值作為當(dāng)前的狀態(tài)轉(zhuǎn)移下一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率；表示狄利克雷分布；

22、創(chuàng)建一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的行表示當(dāng)前的狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的列表示下一個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的元素的值為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移概率；

23、定義狀態(tài)代價(jià)函數(shù)；計(jì)算每個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)代價(jià)函數(shù)的函數(shù)值，記作代價(jià)值；在有向圖中，定義節(jié)點(diǎn)表示狀態(tài)，若兩個(gè)狀態(tài)之間存在非零的轉(zhuǎn)移概率，則在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)和之間連一條有向邊；定義對(duì)應(yīng)的有向邊的權(quán)重；其中，為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的兩個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率；為節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)的代價(jià)值，為節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)的代價(jià)值；為平衡系數(shù)，且；繼而得到了加權(quán)有向圖g。

24、進(jìn)一步地，所述狀態(tài)代價(jià)函數(shù)的公式為：

25、；

26、其中，、、、和為對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)；為生產(chǎn)效率指標(biāo)；為能耗；為印刷對(duì)比度，為印刷顏色偏差；為原料利用率；

27、；其中，為需要考慮的顏色通道數(shù)量；為第個(gè)顏色通道的權(quán)重；為在狀態(tài)下，第個(gè)顏色通道的實(shí)際值，為在狀態(tài)下，第個(gè)顏色通道的目標(biāo)值；

28、；

29、其中，為基準(zhǔn)目標(biāo)值；為狀態(tài)下的油墨濃度或顏色濃度；為狀態(tài)下，第個(gè)顏色通道的標(biāo)準(zhǔn)差；、和為修正參數(shù)。

30、進(jìn)一步地，所述參數(shù)調(diào)整基準(zhǔn)路線的獲取方式包括：

31、在原始的加權(quán)有向圖g的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建一個(gè)新的擴(kuò)展圖g'，在擴(kuò)展圖g'上定義一個(gè)源點(diǎn)s和一個(gè)匯點(diǎn)e，它們分別與加權(quán)有向圖g中所有入度為0和出度為0的節(jié)點(diǎn)相連；對(duì)于g中每個(gè)入度為0的節(jié)點(diǎn)u，在g'中從源點(diǎn)s連一條權(quán)重為0的有向邊到u，對(duì)于g中每個(gè)出度為0的節(jié)點(diǎn)v，在g'中從v連一條權(quán)重為0的有向邊到匯點(diǎn)e；

32、對(duì)于g'中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)u，定義其節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)q(u)為從u到匯點(diǎn)e的最長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度；定義一個(gè)列隊(duì)，將所有入度為0的節(jié)點(diǎn)加入列隊(duì)，初始化它們的節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)的值為0，然后不斷從隊(duì)列中取出入度為0的節(jié)點(diǎn)v，對(duì)v的每個(gè)前驅(qū)節(jié)點(diǎn)v'，計(jì)算其節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)q(v')=max(q(v')，q(v)+w(v'，v))；其中w(v'，v)是從v'到v的有向邊的權(quán)重，直到所有節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)的值被計(jì)算出來；基于計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)，對(duì)g'中的每條邊，計(jì)算其凈權(quán)重；

33、凈權(quán)重的計(jì)算公式為：

34、；其中，為節(jié)點(diǎn)u和節(jié)點(diǎn)v之間有向邊的凈權(quán)重，為節(jié)點(diǎn)u和節(jié)點(diǎn)v之間有向邊的權(quán)重；為節(jié)點(diǎn)到匯點(diǎn)e的最長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度；

35、使用dijkstra算法在g'中從源點(diǎn)s開始，找到一條從源點(diǎn)s到匯點(diǎn)e，邊的凈權(quán)重之和等于的路徑p；路徑p包含g'中的一系列節(jié)點(diǎn)構(gòu)成序列，記作節(jié)點(diǎn)序列；將這個(gè)節(jié)點(diǎn)序列投影回原始的加權(quán)有向圖g，即得到g中的一條路徑，該路徑對(duì)應(yīng)的一系列狀態(tài)，即為參數(shù)調(diào)整基準(zhǔn)路線。

36、進(jìn)一步地，所述在參數(shù)空間中生成初始解集合的步驟為：

37、步驟1、對(duì)參數(shù)空間進(jìn)行離散化處理，將每個(gè)參數(shù)的取值范圍等分為個(gè)離散值，即參數(shù)空間被劃分為個(gè)小格子；為參數(shù)空間的維度數(shù)；為大于1的整數(shù)；

38、步驟2、初始化一個(gè)維的布爾矩陣a，將布爾矩陣a中的所有元素初始值設(shè)置為0；

39、步驟3、隨機(jī)選擇一個(gè)小格子，將其對(duì)應(yīng)布爾矩陣a中的元素設(shè)置為1，并作為初始的固化區(qū)域；在參數(shù)空間的所有維度中隨機(jī)選擇一個(gè)維度作為擴(kuò)展方向；在擴(kuò)展方向上，從固化區(qū)域的邊界開始，隨機(jī)選擇一個(gè)相鄰的小格子；若該小格子對(duì)應(yīng)在布爾矩陣a中的元素為0，則表示該小格子未被占據(jù)，將其占據(jù)，并加入固化區(qū)域；重復(fù)直到固化區(qū)域達(dá)到預(yù)設(shè)的區(qū)域大小閾值m1；得到綜合固化區(qū)域；

40、步驟4、隨機(jī)選擇綜合固化區(qū)域內(nèi)的一個(gè)小格子；將其對(duì)應(yīng)在布爾矩陣a中的元素設(shè)置為0；重復(fù)直到熔化的數(shù)量達(dá)到預(yù)設(shè)的熔化閾值m2，且m2小于m1；得到初始解區(qū)域；初始解區(qū)域內(nèi)的小格子對(duì)應(yīng)的參數(shù)的組合即為一個(gè)初始解；

41、步驟5、重復(fù)步驟3-4，直到生成預(yù)設(shè)數(shù)量的初始解，構(gòu)成初始解集合。

42、進(jìn)一步地，所述最優(yōu)參數(shù)組合的求解方式包括：

43、定義優(yōu)化函數(shù)；其中，為套準(zhǔn)精度評(píng)分，為印痕表面光澤度評(píng)分，和為對(duì)應(yīng)項(xiàng)的權(quán)重參數(shù)，其值大于0且小于1；

44、從初始解集合中隨機(jī)選取n2個(gè)初始解構(gòu)成初始的獵人群，n2為預(yù)設(shè)的獵人數(shù)量；基于初始的獵人群進(jìn)行迭代尋優(yōu)，對(duì)于迭代尋優(yōu)的每一個(gè)迭代步，計(jì)算每個(gè)獵人對(duì)應(yīng)的優(yōu)化函數(shù)的值；記作對(duì)應(yīng)獵人的狩獵值；

45、根據(jù)狩獵值的大小從大到小排序獵人，將前n3個(gè)獵人記作候選獵物，其余獵人稱為無關(guān)獵人；n3為大于1的整數(shù)；

46、計(jì)算每個(gè)候選獵物到其他所有候選獵物的平均距離；計(jì)算每個(gè)候選獵物到獵人的距離與其平均距離的差值，記作狩獵差值df；根據(jù)狩獵差值df計(jì)算每個(gè)候選獵物的權(quán)重，此權(quán)重為狩獵差值df除以所有差值之和；

47、將權(quán)重最大候選獵物作為追蹤獵物y，計(jì)算獵人x朝著追蹤獵物方向的位移向量v=ra×(y-x)；其中ra是(0，1)之間的隨機(jī)數(shù)；基于位移向量v更新獵人x的新位置x_new=x+v；

48、計(jì)算新位置x_new對(duì)應(yīng)狩獵值，若此狩獵值大于原獵人x的狩獵值，則更新獵人x的位置至x_new；得到最優(yōu)獵人群；

49、預(yù)設(shè)交換概率pr，從所有的無關(guān)獵人中隨機(jī)挑選其中一個(gè)無關(guān)獵人a，從位置更新后的獵人中隨機(jī)挑選一個(gè)獵人b，以pr為概率使用a和b的組合形成一個(gè)新的獵人c，替換無關(guān)獵人a；重復(fù)直到剩余的無關(guān)獵人全部替換，得到新一代獵人群；將最優(yōu)獵人群與新一代獵人群合并，形成新獵手群；重復(fù)形成新獵手群，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)；從最終的新獵手群中，選取狩獵值最高的獵人，其對(duì)應(yīng)的參數(shù)的組合即為求解得到的最優(yōu)參數(shù)組合。

50、進(jìn)一步地，所述套準(zhǔn)精度評(píng)分；其中，為第個(gè)測(cè)量點(diǎn)的套準(zhǔn)誤差，為預(yù)設(shè)的最大套準(zhǔn)誤差閾值，和均為大于0的調(diào)節(jié)參數(shù)；為第個(gè)測(cè)量點(diǎn)到印刷件邊緣的距離；dmax是所有測(cè)量點(diǎn)到印刷件邊緣的距離的最大值；為大于0的懲罰系數(shù)；

51、印痕表面光澤度評(píng)分；其中，為第個(gè)測(cè)量點(diǎn)的權(quán)重，為第個(gè)測(cè)量點(diǎn)的光澤度值，為第個(gè)測(cè)量點(diǎn)的光澤度梯度值；為梯度調(diào)節(jié)參數(shù)，其數(shù)值大于或等于0；為分布懲罰系數(shù)，且；為所有測(cè)量點(diǎn)的光澤度值的標(biāo)準(zhǔn)差；為預(yù)設(shè)的參考光澤度標(biāo)準(zhǔn)差。

52、本發(fā)明一種智能印刷過程多參數(shù)監(jiān)控與優(yōu)化系統(tǒng)的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

53、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了印刷過程的智能化和自動(dòng)化，極大降低了人為操作的不確定性和主觀性，確保了印刷質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性；通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整，能夠自適應(yīng)地響應(yīng)印刷狀態(tài)的變化，及時(shí)糾正偏差，消除波動(dòng)，大幅減少次品和廢品的產(chǎn)生，提高合格品率；其次，采用科學(xué)的優(yōu)化算法和量化評(píng)估指標(biāo)，能夠在多參數(shù)的高維解空間中搜索全局最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)印刷參數(shù)的精確優(yōu)化，充分挖掘印刷設(shè)備的性能潛力，最大限度提升印刷質(zhì)量，使印刷件的清晰度、對(duì)比度、色彩還原度等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到理想水平；此外，通過參數(shù)優(yōu)化，能夠有效降低印刷過程的能耗和原料消耗，提高資源利用效率；優(yōu)化后的參數(shù)組合能夠減少浪費(fèi)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；同時(shí)，降低原料的浪費(fèi)，減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，從而降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的雙贏。