[发明专利]控制生产流程的方法

说明书

本发明涉及一种控制生产流程(并且具体地包括生物材料基质的形态修改的步骤的流程)的方法。

在本文件的余下部分中，除非另有具体说明或除非上下文另外要求，否则单数的使用包括复数的使用，并且反之亦然。具体地并且为了避免混淆，旨在说明书中或权利要求所述的元件前面的词语“一个”或“一种”不排除存在或保护多个这种元件。

通常众所周知的是在生产流程过程中监控生物材料基质的化学和/或生物化学成分和使用成分信息用于控制生产流程以便一致地实现生产流程的最终或中间产品的所希望的成分目标。

分析探针辐射交互与生物材料基质的交互作用的效应已经被成功地用作一种用于化学成分的在线监控的手段。红外线(具体地近红外线)探针辐射的使用已经发现在此方面中的广泛实际应用。已经明确确认近红外线辐射的吸收光谱图案非常经常包含关于辐射已经与其交互的生物材料基质的信息。来自电磁光谱的其他部分(例如，X射线、微波或可见光部分)、或来自超声的探针辐射也可以与生物材料基质进行交互并且由此被其修改。因此，这种交互辐射将很可能也包含与生物材料基质相关的有用信息。

生物材料基质的形态修改是许多生产流程的一个组成部分并且通常在工业生物质、食品或饲料生产流程中发现。这种修改经常包括在破碎机、冲压机、截断器、扩张器或挤压机单元中改变生物材料基质的形状、大小、粒度和/或密度，其中，成分变化小并且具有间接性质。形态修改通常消耗生产流程所需的总能量的主要部分并且通过这种流程的正确且精确控制可以实现潜在的经济效益。

Lestander(莱斯坦德)、Johnsson(约翰逊)和Grothage(格罗特治)(生物资源技术100(2009年)，1589-1594年)披露了光谱信息用于预测生物燃料生成流程中颗粒冲压单元的能量消耗，该冲压单元将双组分生物材料基质(此处为两种不同类型的锯屑)用作用于冲压的给料。从23–使用三个因变量的析因实验(即，使用全因子实验设计)发展出预测模型。第一因变量为一个生物材料参考样本集合的成分，这些生物材料参考样被人为地构建成包含第一类型锯屑的100％、55％和10％，与其他类型构成平衡。用于构建预测模型的其他两个因变量为锯屑的含水量和干燥温度。近红外线辐射被用作探针辐射，并且在该流程中为在颗粒冲压单元前面的一个位置处的每个参考样本记录光谱。然后，这些光谱中的每个光谱与针对那个参考样本测量的颗粒冲压单元能量消耗相关。光谱信息被设置为针对数据的多变量建模中的三个因变量的自变量，并且建立使光谱信息与能量消耗链接的预测模型。

与在流程控制中使用光谱信息的这种方法相关联的一个问题为需要使用所构建的参考样本的实验以便发展或更新预测模型。实验设计中所需的组合随着生物材料基质的复杂性增加而显著扩张。为了适应实际生产流程中所使用的生物材料基质的成分的新变化，需要每次更新时设计和执行大型的且复杂的实验。这会引起保持预测模型更新的难度增加。

为了举例说明这种情况，考虑为生产型动物制造的配合饲料。这些饲料通常基于八种或更多种生物材料成份。配合饲料生产现场在任何给定时间将经常制造五十种或更多种不同类型的配合饲料，所有都基于不同成份组合。不久后，通常一个月，将对这些配合饲料进行重新配制以反映成份的可用性和/或成本的变化。在这种重新配制过程中，会停止使用某些成份，其他成份可以投入使用并且具体饲料的成份的比例可以深刻地变化。此外，可能需要在大量生产现场反映这些重新配制活动。为了实施遵循Lestander等人的流程控制，将需要从涉及到为五十条产品线中的每条产品线构建的并且随着每次重新配置(即，每月)而重复的128个参考样本(假设八种成分)的实验发展出预测模型。如果温度和含水量也将要变化，则针对每条产品线，这将涉及到512次实验性运行。这将最有可能引起相当大的生产‘停工时间’，因为生产线用于进行这些实验并且因此使这种方法的实际实施极其困难和成本可能非常高。