聚烯烴產(chǎn)品質(zhì)量直接影響到下游產(chǎn)品的性能和應(yīng)用效果，G質(zhì)量的聚烯烴能夠確保制品的強度、耐久性和加工性，滿足不同行業(yè)嚴格的標準要求。同時，穩(wěn)定且優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量有助于提升企業(yè)競爭力，增強客戶信任，促進市場的拓展和品牌的建立。中韓石化采用中石化自有工藝技術(shù)生產(chǎn)聚乙烯（SGPE）和聚丙烯（STPP）。為了確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性，兩套裝置對各項參數(shù)進行嚴格化驗和監(jiān)控。目前，產(chǎn)品質(zhì)量依賴于實驗室人工化驗，周期為 2 小時，不利于工藝和生產(chǎn)人員實時監(jiān)控產(chǎn)品性能。生產(chǎn)人員通常通過關(guān)鍵過程參數(shù)的趨勢和當(dāng)前值，依據(jù)個人經(jīng)驗預(yù)估工況下的產(chǎn)品質(zhì)量，從而進行操作或調(diào)整�；�于中石化自有工藝技術(shù)，SGPE 和 STPP 裝置的過程機理模型能夠提供較為準確的預(yù)測結(jié)果，即使在數(shù)據(jù)不足的情況下，也能通過理論推導(dǎo)得出合理的預(yù)測。然而，這些模型包含大量未知參數(shù)，準確估計需要大量的實驗數(shù)據(jù)和計算資源。此外，機理模型處理G度非線性問題和多尺度問題時，復(fù)雜性和求解難度較大。

AI 數(shù)據(jù)模型在質(zhì)量預(yù)測中的應(yīng)用是通過分析和挖掘歷史數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計學(xué)、機器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)等技術(shù)來預(yù)測未來的產(chǎn)品或過程質(zhì)量。與機理模型不同，數(shù)據(jù)模型主要依賴于數(shù)據(jù)本身，而不是系統(tǒng)的物理或化學(xué)原理。通過分析大量的歷史數(shù)據(jù)來識別模式和趨勢，從而進行預(yù)測。不需要對系統(tǒng)有深入的理論理解，只要有足夠的G質(zhì)量數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)建有效的預(yù)測模型。且能夠處理復(fù)雜的非線性關(guān)系和多變量交互作用，適用于各種不同的應(yīng)用場景。在 SGPE 和 STPP 裝置的AI 模型應(yīng)用上也存在缺陷。先，效果G度依賴于數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量，缺失值、噪聲和異常值都會影響模型的準確性。其次，數(shù)據(jù)模型（如深度學(xué)習(xí)）屬于“黑箱”模型，難以解釋其內(nèi)部機制。且模型過于復(fù)雜或訓(xùn)練數(shù)據(jù)不足，可能會導(dǎo)致過擬合，即模型在訓(xùn)練集上表現(xiàn)很好，但在新數(shù)據(jù)上的泛化能力差。為了克服單一模型的局限，中韓石化采用機理和 AI 混合模型。該模型結(jié)合了機理模型的G解釋性和 AI 模型 的數(shù)據(jù)挖掘能力，針對聚烯烴多牌號、非線性等特征，通過將關(guān)鍵過程工藝參數(shù)、催化劑等可信的歷史數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)結(jié)合，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對機理模型的數(shù)學(xué)表達式進行系數(shù)優(yōu)化擬合。將機理模型中“假定”或“簡化”的系數(shù)或常數(shù)項修正為變量，終得到更加準確的過程“AI+機理”混合模型�；�于過程“AI+機理”混合模型的應(yīng)用，大幅提升模型的精細化預(yù)測的能力，實時預(yù)測產(chǎn)品的物理、化學(xué)和機械性能的相關(guān)指標，從而為提G產(chǎn)品質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)和有效指導(dǎo)。

通過結(jié)合機理模型和 AI 模型的優(yōu)勢，構(gòu)建一個能夠?qū)崟r、準確預(yù)測聚烯烴產(chǎn)品質(zhì)量的混合模型，提升生產(chǎn)過程的控制精度和效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。

利用機理模型的G解釋性和理論基礎(chǔ)，結(jié)合 AI 模型的數(shù)據(jù)挖掘能力和處理復(fù)雜非線性關(guān)系的能力，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)整，適應(yīng)不同工況和多牌號產(chǎn)品的需求。提G模型的穩(wěn)定性和可靠性，同時保持一定的可解釋性，便于操作人員理解和應(yīng)用。

1)數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理

數(shù)據(jù)是訓(xùn)練 AI 模型的基礎(chǔ)，在收集數(shù)據(jù)時，需要從可靠的數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性。收集數(shù)據(jù)需要中韓（武漢）石化 SGPE 和 STPP 裝置檢驗數(shù)據(jù)以及相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在收集數(shù)據(jù)之后，需要對數(shù)據(jù)進行清洗，包括去重、缺失值處理、異常值過濾等，以去除無關(guān)數(shù)據(jù)并確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性。

2)機理模型簡化

基于聚烯烴生產(chǎn)工藝的物理、化學(xué)和動力學(xué)原理，建立描述反應(yīng)過程、傳熱傳質(zhì)等現(xiàn)象的機理模型。常用的模型包括反應(yīng)動力學(xué)模型、流體力學(xué)模型、熱力學(xué)模型等。通過實驗數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)對機理模型中的未知參數(shù)進行估計，確保模型的準確性。使用優(yōu)化算法（如小二乘法、遺傳算法等）進行參數(shù)擬合。在不影響模型精度的前提下，對復(fù)雜的機理模型進行適當(dāng)簡化，減少計算復(fù)雜度。例如，忽略次要因素或采用近似表達式。

3)AI 模型選擇與訓(xùn)練

在已經(jīng)收集并清洗了數(shù)據(jù)之后，接下來是將其劃分為訓(xùn)練、驗證和測試集。訓(xùn)練數(shù)據(jù)集用于訓(xùn)練 AI 模型，而驗證數(shù)據(jù)集用于優(yōu)化和驗證模型。測試數(shù)據(jù)集用于測試模型的性能。

留出法設(shè)置驗證集、測試集的占比，剩下的為訓(xùn)練集（一般訓(xùn)練集應(yīng)該盡量多）；樣本分集順序為驗證集->測試集->訓(xùn)練集。驗證集抽樣方法分為前 x%，后 x%以及隨機 x%測試集抽樣方法分為隨機 x%，間隔 x%(每隔 100 取前 x 個)。

“機理+AI”混合建模步驟：“AI+機理模型”采用嵌入式結(jié)構(gòu)，將 AI 模型嵌入到機理模型中，用于修正機理模型中的不確定參數(shù)或誤差項，對給定的機理模型表達式中的系數(shù)進行優(yōu)化。根據(jù)過程機理特性給定機理模型的結(jié)構(gòu)表達式，表達式中的系數(shù)在一定的閾值約束區(qū)間，為機理模型中的待優(yōu)化項，后續(xù)引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將對這些系數(shù)進行優(yōu)化擬合。

AI 算法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對機理模型的系數(shù)進行優(yōu)化擬合，先需要定義優(yōu)化擬合過程中的損失函數(shù)，用于衡量模型輸出與目標值之間的差異。這里我們默認選擇均方誤差損失（MSE）或者根據(jù)實際調(diào)試情況自定義損失。

根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)選擇合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化器，這里我們默認選擇 Adam，后續(xù)根據(jù)優(yōu)化問題以及數(shù)據(jù)集需要也可以嘗試 SGD（隨機梯度下降）等其他優(yōu)化器。通過小化損失函數(shù)來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在每個訓(xùn)練周期中調(diào)整擬合系數(shù)的值來使損失小化，從而得到更優(yōu)的模型參數(shù)。

4)評估模型與驗證

使用驗證集或者測試集來評估模型性能，檢查模型是否能準確地擬合機理模型的系數(shù)，并且具備一定的泛化能力。通過各種評估指標如準確度、準確度、召回率、F1 分數(shù)等來評估模型質(zhì)量，終得到“機理+AI”的混合模型，實現(xiàn) SGPE 和 STPP 裝置生產(chǎn)過程參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量之間更準確的機理關(guān)聯(lián)。

5)模型部署

按照“數(shù)據(jù)+平臺+應(yīng)用”的模式，依托云平臺服務(wù)，在智能聚烯烴裝置應(yīng)用中部署和應(yīng)用“AI+機理”混合模型，實現(xiàn)了 SGPE 和 STPP 裝置的產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測與預(yù)警。

6)模型應(yīng)用與持續(xù)改進

通過云平臺服務(wù)的模型管理功能，基于定期收集的數(shù)據(jù)，通過模型訓(xùn)練和優(yōu)化，確保其始終處于佳狀態(tài)。

中韓石化 SGPE 和 STPP 裝置 AI+機理模型的應(yīng)用，實現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量熔融指數(shù)、密度等產(chǎn)品質(zhì)量在線預(yù)測，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測預(yù)警，提G產(chǎn)品質(zhì)量的管控能力，助力企業(yè)改進產(chǎn)品質(zhì)量，提升市場競爭力。 通過構(gòu)建“AI+機理”混合模型，中韓石化可以大幅提升 SGPE 和 STPP 裝置產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測的準確性，實現(xiàn)實時監(jiān)控和優(yōu)化控制，從而提G生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，增強企業(yè)的市場競爭力。這種混合建模方法不僅發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，還克服了各自的局限，為其他國產(chǎn) SGPE 和 STPP 聚烯烴工藝的產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測和優(yōu)化提供了新的解決方案。

基于“機理+AI”混合建模技術(shù)，將機理模型的先驗知識與 AI 模型的數(shù)據(jù)挖掘能力相結(jié)合，提G預(yù)測的準確性。機理模型可以捕捉反應(yīng)的基本規(guī)律，而 AI 模型可以處理傳感器數(shù)據(jù)中的細微變化，兩者結(jié)合可以更準確地預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。