本發明涉及水泥化學成分分析，具體涉及一種水泥生料配比優化方法及系統。

背景技術：

1、水泥作為國民經濟建設的核心基礎原材料，在各類基礎設施和建筑工程中起著至關重要的作用。如何有效提高水泥熟料的性能，既是水泥科學領域的重點研究方向，也是增加混合材用量、降低水泥生產過程中碳排放的有效途徑。

2、現有技術主要通過大量的實驗設計進行水泥成分的評估，調節原料的配比，從而實現對水泥熟料化學成分及關鍵組分比例的調整。雖然在實驗室中可以獲取一定效果，但由于實驗設計與實際生產工藝存在一定的脫節，生產工藝中水泥熟料包含多個化學成分指標，最終基于熟料配比所分析的水泥生料結果準確性不高，而不同的生產場景導致指標要求也不同，進而導致實驗數據與生產實踐結果之間往往不具備一致性。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種水泥生料配比優化方法及系統，以解決如何在實際生產工藝中，提高多性能指標下水泥熟料化學成分配比的準確性，從而應用優化后的熟料成分推算水泥生料配比，進一步提高水泥生料的成分分析的準確性。

2、第一方面，本發明提供了一種水泥生料配比優化方法，方法包括：

3、基于水泥生料的化學成分配比確定目標抗壓強度值；

4、從預設的水泥配比數據庫中，獲取與目標抗壓強度值相匹配的水泥熟料的第一化學成分組合；第一化學成分組合表示與目標抗壓強度值對應的優化前的化學成分的占比組合，占比組合中包括多個化學成分類型及對應的占比；

5、根據第一化學成分占比組合、水泥熟料中不同化學成分的預設取值范圍以及預設約束條件，利用遺傳算法進行迭代優化，得到第二化學成分組合，第二化學成分組合表征與第一化學成分組合對應的優化后的化學成分的占比組合。

6、本發明實施例，通過提前確定目標抗壓強度值在預設的水泥配比數據庫中確定一個初始的第一化學成分組合，結合水泥熟料中不同化學成分的取值范圍及預設約束條件，利用遺傳算法對第一化學成分組合進行優化。通過基于實際生產過程中水泥熟料中不同化學成分的取值范圍及預設約束條件、數據庫中的水泥配比和遺傳算法的優化，減少了遺傳算法迭代優化過程中與實際生產數據的偏差，根據已有的化學成分組合數據進一步引入遺傳算法在保證化學成分組合能夠基本滿足抗壓強度要求的基礎上，利用多個性能指標的約束找到最佳的成分組合，保證優化的成分組合能夠符合生產實踐結果，在約束下找到最優配比，使化學成分組合更加符合實際生產需求，避免了實驗數據和生產實際結果不一致的問題，從而提高多性能指標下水泥熟料化學成分配比的準確性，在實際應用過程中，基于優化后的水泥熟料配比對水泥生料配比進行分析時，能夠有效提高水泥生料的成分分析的準確性。

7、在一種可選的實施方式中，根據第一化學成分占比組合、水泥熟料中不同化學成分的預設取值范圍以及預設約束條件，利用遺傳算法進行優化得到第二化學成分組合，第二化學成分組合表征與第一化學成分組合對應的優化后的化學成分的占比組合，具體包括：

8、根據水泥熟料中不同化學成分的預設取值范圍以及預設約束條件，隨機生成一個初始化學配比種群；其中，初始化學配比種群中包括多個化學配比個體，一個化學配比個體表征多個不同化學成分的占比組合信息；

9、將第一化學成分組合對應的化學配比個體加入至初始化學配比種群中，得到第一迭代種群；

10、根據第一迭代種群中每一個化學配比個體所對應的不同化學成分的占比組合信息，按照預設水泥性能的預測函數，計算出每一個化學配比個體對應的預測抗壓強度值；

11、根據每一個化學配比個體對應的預測抗壓強度值以及目標抗壓強度值，按照預設絕對差值函數，計算出每一個化學配比個體對應的絕對差值；

12、根據每一個化學配比個體的對應的絕對差值，計算出每一個化學配比個體對應的適應度值；

13、根據每一個化學配比個體的適應度值計算選擇概率，并選擇出一個或多個目標父個體；

14、對一個或多個目標父個體進行基因交叉操作或者基因突變操作，得到多個目標父個體對應的目標子個體，其中，全部目標子個體構成第二迭代種群；

15、判斷當前迭代次數是否達到目標迭代次數，若未達到目標迭代次數，則將第二迭代種群替換為第一迭代種群，進行下一輪迭代；若達到目標迭代次數，則從最后一輪迭代中選取全部化學配比個體中適應度值最高的化學配比個體作為優化后的化學配比個體，并輸出與之對應的第二化學成分組合，第二化學成分組合表征與目標抗壓強度值對應的優化后的化學成分的占比組合。

16、本發明實施例根據水泥熟料的化學成分預設取值范圍和約束條件，生成一個隨機初始種群，將預設數據庫中的第一化學成分組合加入初始種群，不僅保證有效增加解的多樣性，基于初始的第一化學成分組合能夠有效縮小解的搜索空間，根據預設預測函數計算每個化學配比個體的抗壓強度，并與目標值進行對比，計算絕對差值和適應度值，通過模擬生物進化過程，生成新組合，從而保留高適應度的組合并確定新的潛在組合，避免局部最優，提升全局優化程度，通過判斷迭代次數是否達到預設目標，使算法在經過足夠多的循環后得到最優解，如果達到設定的終止條件，則從最終迭代的種群中選擇適應度最高的個體作為優化后的化學成分組合，保證得到的組合是迭代優化后的最優解更貼合目標抗壓強度要求。

17、在一種可選的實施方式中，根據第一迭代種群中每一個化學配比個體所對應的不同化學成分的占比組合信息，按照預設水泥性能的預測函數，計算出每一個化學配比個體對應的預測抗壓強度值，具體包括：

18、將每一個化學配比個體的所對應的不同化學成分的占比輸入到預設的基于化學成分與抗壓強度之間的經驗數據關系所構建的水泥性能預測函數中，預測每一個化學配比個體對應的預測抗壓強度值；

19、水泥性能預測函數由如下公式表示：

20、

21、其中，f1[j]表示第j個化學配比個體對應的預測抗壓強度值，n表示化學成分的數量，xi表示當前化學配比個體中第i個化學成分的占比，yi表示當前化學配比個體中第i個化學成分在計算預測抗壓強度值時的權重。

22、本發明實施例通過輸入不同化學成分的占比，基于經驗數據關系構建的預測函數相較于現有技術中實際實驗測試速度更快，預測函數可計算出每個化學配比個體的抗壓強度值，迅速評估多個化學配比的抗壓強度，能夠減少計算資源的浪費，優化過程更快，同時為后續計算絕對差值提供數據基礎。

23、在一種可選的實施方式中，預設絕對差值函數由如下公式表示：

24、f2[j]＝|target_strength-f1[j]|；

25、其中，f2[j]表示第j個化學配比個體對應的絕對差值，f1[j]表示第j個化學配比個體對應的預測抗壓強度值，target_strength表示目標抗壓強度值；

26、根據每一個化學配比個體的對應的絕對差值，計算出每一個化學配比個體對應的適應度值，具體包括：

27、將每一個化學配比個體對應的絕對差值輸入至適應度計算函數中，計算得到每一個化學配比個體對應的適應度值；適應度計算函數由如下公式表示：

28、

29、其中，f3[j]表示第j個化學配比個體對應的適應度值。

30、本發明實施例，通過計算絕對差值，確定每個化學成分組合的預測抗壓強度值與目標抗壓強度值的偏離程度，同時，通過計算適應度值保證后續在每輪迭代中能夠優先選擇高適應度的組合進行下一輪交叉或變異操作，提高了優化過程的精確度，為后續選擇過程提供數據基礎。

31、在一種可選的實施方式中，根據每一個化學配比個體的適應度值計算選擇概率，并選擇出一個或多個目標父個體，具體包括：

32、將每一個化學配比個體對應的適應度值輸入至輪盤賭概率計算函數中，計算得到每一個化學配比個體對應的選擇概率；輪盤賭概率計算函數由如下公式表示：

33、

34、其中，f4[j]表示第j個化學配比個體對應的選擇概率，m表示第一迭代種群中化學配比個體的數量；

35、將每一個化學配比個體對應的選擇概率與預設的選擇概率閾值比較，從中選擇大于選擇概率閾值的一個或多個選擇概率所對應的化學配比個體，作為目標父個體。

36、本發明實施例通過計算每個化學配比個體的適應度值，并將其輸入輪盤賭概率計算函數，確保適應度高的個體有更大概率被選為目標父個體，之所以不是直接選擇適應度最高的個體，而是根據概率來選擇父個體，是為了保證解的多樣，進一步擴大迭代種群中個體的數量，從而保證迭代結果能夠全局最優。

37、在一種可選的實施方式中，若目標父個體的數量大于或等于兩個，則對一個或多個目標父個體進行基因交叉操作得到多個目標父個體對應的目標子個體，具體包括：

38、從兩個或多個目標父個體選擇兩個待交叉的目標父個體，并隨機確定兩個待交叉的目標父個體中的交叉點位置；

39、在待交叉的目標父個體各自的交叉點位置上將化學成分基因片段進行交換，得到兩個目標子個體，其中，化學成分基因片段表征目標父個體中一個化學成分的占比；當全部的目標父個體兩兩之間均進行基因交叉操作后，得到多個目標父個體對應的目標子個體。

40、本發明實施例，通過隨機選擇目標父個體的交叉點位置并交換基因片段，將兩個父個體的特性結合到新的子個體中，由于子個體的數量不會減少，因此提高了種群的多樣性，保證遺傳算法的搜索精度，優化過程中不會陷入局部最優解，從而更準確的找到化學成分配比個體的全局最優解。

41、在一種可選的實施方式中，對一個或多個目標父個體進行基因交叉操作得到多個目標父個體對應的目標子個體，具體包括：

42、根據預設的變異概率隨機確定每一個目標父個體中的變異點位置；

43、將目標父個體變異點位置上的化學成分基因片段按照水泥熟料中不同化學成分的預設取值范圍以及預設約束條件進行數值變換，得到每一個目標父個體對應的目標子個體。

44、本發明實施例，根據變異概率的設定對個體的基因編碼隨機位進行變異，在每次迭代中引入不同基因，保證子個體的數量不會減少，個別情況下還會進一步擴大，從而使生成的化學成分組合更加多樣，從而更準確的找到化學成分配比個體的全局最優解。

45、第二方面，本發明提供了一種水泥生料配比優化系統，上述系統，包括：

46、目標抗壓強度設定模塊，用于基于水泥生料的化學成分配比確定目標抗壓強度值；

47、匹配化學成分組合提取模塊，用于從預設的水泥配比數據庫中，獲取與目標抗壓強度值相匹配的水泥熟料的第一化學成分組合；第一化學成分組合表示與目標抗壓強度值對應的優化前的化學成分的占比組合，占比組合中包括多個化學成分類型及對應的占比；

48、化學成分組合優化模塊，用于根據第一化學成分占比組合、水泥熟料中不同化學成分的預設取值范圍以及預設約束條件，利用遺傳算法進行迭代優化，得到第二化學成分組合，第二化學成分組合表征與第一化學成分組合對應的優化后的化學成分的占比組合。

49、第三方面，本發明提供了一種計算機設備，包括：存儲器和處理器，存儲器和處理器之間互相通信連接，存儲器中存儲有計算機指令，處理器通過執行計算機指令，從而執行上述第一方面或其對應的任一實施方式的水泥生料配比優化方法。

50、第四方面，本發明提供了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質上存儲有計算機指令，計算機指令用于使計算機執行上述第一方面或其對應的任一實施方式的水泥生料配比優化方法。

51、第五方面，本發明提供了一種計算機程序產品，包括計算機指令，計算機指令用于使計算機執行上述第一方面或其對應的任一實施方式的水泥生料配比優化方法。