[发明专利]基于免疫算法的卷烟叶组配方辅助设计方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种计算机辅助设计方法，具体地说是一种卷烟配方的计算机辅助设计方法。

(二)背景技术

在人工叶组配方中，最令行业专家难以把握的就是如何从备选烟叶集合中选择合适的烟叶，分配各自合适的比例，使它们最终满足配方设计要求。这个配方过程是多参数优化问题：传统方法是采用统计学中的线性规划或采用进化计算优化，但规划的前提条件约束较多才有解。如：要假设叶组配方中使用的烟叶(烟叶个数不大于25)属于哪个大地区、属于那些部位。每个大地区、烟叶部位各分配一定的比例总和，再利用叶组的感官和烟气指标与理化之间关系模型，从叶组感官、烟气设计目标反推合理的叶组理化指标的值的范围，再利用各理化分量值求得烟叶满足要求的比例组合。总之，传统方法需要约束假设条件过多，解搜索空间过小，不能很有效地辅助配方人员进行产品开发设计。而传统的遗传算法在求解过程中仅靠交叉概率和变异概率去控制解的搜索范围和速度，随机性较大，往往求得最优或次优解的可能性不大且收敛时间长，且易陷于局部优化解。

在烟草行业，叶组配方中所涉及到的烟叶选择范围很庞大，在此基础上要对某组可能的烟叶组合再搜索出一定理化、感官、烟气的多参数符合目标值的配方比例解，这是一个很复杂的优化问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种将计算智能方法—免疫算法与专家系统规则推理结合应用在烟草行业的叶组智能配方中，使搜索方向沿着有利的方向前进，搜索到最优和次优的叶组方案的速度和准确性都大大提高的基于免疫算法的卷烟叶组配方辅助设计方法。

本发明的目的是这样实现的：

1、先设定最终叶组的感官，烟气配方后达到的目标值；

2、设定主料烟、辅料烟、填充料烟的比例浮动范围；

3、以烟叶选用的比例为抗体基因码，将备选烟叶按选择顺序进行实数编码组成一代抗体种群中的多个抗体，

主料烟     辅料烟       填充料烟

在编码过程中叶组单料烟的一般用量范围在1％～15％；

第一代初始化抗体群P(0)包括20个抗体，每个抗体中，随机初始化比例时，要检验约束条件：主料烟、辅料烟、填充料烟比例之和是否分别在设定范围内；

4、将每个抗体反编码，计算出抗体所代表的叶组的理化指标值；

5、叶组的理化指标值作为免疫神经网络预测模型的输入参数，经过模型计算输出新叶组的感官和烟气的预测值；每个免疫神经网络采用N-H-1(即N个输入端、H个隐层神经元和1个输出端)的结构模型；按依经验确定网络的初始学习率、动量及误差调整参数。

6、若与目标值间各项误差超出允许误差限范围，则采用规则推理

(1)规则1：if感官中的香气质分值误差>0.5，then变异主料烟中香气质最好的和最差的烟叶的比例；

(2)规则2：if感官中的分值中有两项分值误差大于>0.5，then变异主辅料烟中以上感官项最好的和最差的烟叶的比例；

(3)规则3：if烟气中烟碱值大于设计目标值，then变异填充料烟、辅料烟集合中的烟叶比例；

(4)规则4：if烟气中焦油量大于设计值，then变异填充料烟、辅料烟集合中的烟叶比例；

(5)规则5：if烟气中一氧化碳大于设计值，then变异辅料烟集合中的烟叶比例；

(6)规则6：if新叶组方案的成本大于设计值，then减小主料烟和辅料烟中价格最高的烟叶的比例，增大价格最小的烟叶的比例。

本发明还可以包括：

1、调整叶组比例免疫编码时，采用免疫抗体变异方法，变异抗体基因位和变异基因的值这两种情况的概率各为一半；

基因位置换：在一个抗体基因中随机任意选择两个基因位，交换两个基因位的值；

基因位小领域变异：在一个抗体基因中随机任意选择两个基因位，其中一个基因位的值、即烟叶比例，增加0.01，另一个减小0.01。

2、所述的设定最终叶组的感官包括风格、光泽、香气、劲头、协调、杂气，所述的烟气包括焦油、烟碱、CO。

本发明的使用管理过程为：

(1)用户录入配方目标，包括配方后成品烟的风格，各感官分值和烟气指标值。

(2)用户根据所配的风格选择可能用到的某些地区，等级的烟叶。

(3)经免疫算法搜索，最终若有满意解，推荐给用户一组方案。否则，提示此烟叶集合无满意解。

(4)用户可调整选择的烟叶集合，重新进行模拟配方。

本发明的主要特点是：