智能控制技術在煙草設備中的應用研究

山東中煙工業有限責任公司青州卷煙廠 杜昱忻

1 概述

煙草機械是生產煙草產品的專用生產設備、工具、儀器儀表的總稱。隨著科技的不斷進度，煙草設備的種類也在隨之增加，并逐步向智能化、自動化方向發展。如何快速、高效的生產高質量的卷煙成為目前亟待解決的重要難題。隨著社會的不斷進步和發展，研究人員逐步將智能控制技術應用于卷煙設備中，智能控制技術的應用大大的改善了煙草的生產質量，也提高了生產效率，為煙草設備帶來重大技術的進步[1]。

2 煙草生產過程中的智能控制

2.1 神經網絡技術的應用

卷積神經網絡（CNN）是深度學習基本模型之一，具有權值共享、稀疏連接、降采樣等特點。因其可以充分提取數據本身的特性，約簡數據維度，且具有相對的平移、旋轉、縮放不變性，故適合處理煙草設備產生的海量數據。卷積神經網絡通過卷積與自采樣的交替，最后通過全連接層進行輸出，其作為一種有監督的深度模型架構，采用了BP算法進行反向傳遞，并利用梯度下降法更新每層的參數。近幾年越來越多的專家學者將卷積神經網絡用于煙草設備中，卷積神經網絡模型圖，如圖1：

圖1 神經網絡模型

卷積神經網絡的應用能夠實現在煙草生產過程中對各設備精準控制。如電機的啟停、閥門的通斷、信號的傳輸以及伺服系統的控制。相比傳統的控制方式，卷積神經網絡可以更精準、快捷的控制煙草機械設備，可以最大限度的調整信號傳輸效率，大大降低系統安裝、運行和勞動力成本[2]。

2.2 機器視覺的應用

由于煙草生產過程中需要大量的勞動力，機器視覺的應用提高了精準度的同時節省了勞動力。機器視覺系統就是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷。它是計算機學科的一個重要分支，它綜合了光學、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領域。機器視覺在煙草生產過程中達到實時要求，以及時反饋生產信息[3]。根據所需生產量的不同而從秒級到分鐘級，原則是保證管理人員不會因為速度問題而影響生產效率。系統處理的準確性和及時性是系統的必要性能，要充分考慮系統當前和將來可能承受的工作量，使系統的處理能力和響應時間能夠滿足生產要求。

機器視覺系統能夠實現非接觸測量，將測量者與被測對象統一結合，并不會使系統相互干擾并且提高了系統的精準度。傳統的人眼觀測，容易引起疲勞從而引發機器事故，機器視覺系統的應用可以有效避免這一事故。此外，機器視覺系統標簽的并行式會話允許遠距離識讀，信息存儲量大等優點使其擁有廣泛的應用前景。

3 未來發展趨勢

在現階段的研究中，神經網絡在煙草生產過程中的有標簽數據特征學習占有重要位置，然而在實際應用中，數據的出現往往沒有標簽，并且數量巨大，掌握這些數據的標簽是十分困難的事情。在不遠的將來，隨著數據集和存儲技術的發展，無數據標簽的數據特征學習，將會越來越來被重視，如何智能自動的為煙草生產數據添加標簽將是研究的熱點。此外，在實際應用中的神經網絡模型，遠遠低于當前最大的深度模型所包含的參數，神經網絡模擬類似于人腦的結構，在巨大數據樣本的情況下，更容易捕捉數據特征，從而獲得更高的分類準確率[4]。因此，研究高精度的硬件設備，配合神經網絡海量數據學習，能夠將神經網絡更好的應用在煙草生產研究領域。

4 結語

隨著社會的不斷發展，機械化與科技化的結合越來越緊密，科技化對機械工業的發展越來越重要，科技化的不斷發展給煙草的生產帶來飛躍式的提升。其中，運用基于卷積神經網絡、機器視覺的特征提取會大大提高煙草的生產的效率，生產的精度也會越來越高[5]。