PidProcessCapabilityMetrics

功能说明

PidProcessCapabilityMetrics 面向工业过程控制中的过程能力评价和控制性能巡检场景。算子对多条回路的历史窗口数据进行批量统计，一次输出均值、标准差、Cp、Cpk、Pp、Ppk、越限数量和越限比例等指标。

该算子适合如下批量场景：

• 上百到上千个控制回路的周期性健康度巡检。
• 多窗口滚动计算 Cpk/Ppk，用于质量能力趋势分析。
• PID 整定结果上线前的历史数据质量评价。

与控制性能算子的区别

PidProcessCapabilityMetrics 是质量规格视角，只看 values 是否稳定落在 [lsl, usl] 内，不需要设定值 sp。PidControlPerformanceMetrics 是控制跟踪视角，需要 pv/sp，还会计算 IAE/ISE、超调、稳定时间和 Harris 指数。

本算子回答：过程是否达标、波动是否过大、均值是否偏规格边缘？
控制性能算子回答：控制器是否跟得上设定值、误差和超调是否可接受？

例如 pv=[9,11,9,11]、lsl=8、usl=12 时，过程能力可能认为没有越限；但如果 sp=[10,10,10,10]，控制性能还会指出该回路一直围绕设定值振荡，IAE/ISE 不为 0。

输入输出

名称	类型	Shape	说明
values	float32	[B, N]	每条回路的历史采样窗口
lsl	float32	[B]	每条回路下规格限
usl	float32	[B]	每条回路上规格限
metrics	float32	[B, 13]	输出指标矩阵

metrics 的最后一维顺序：

0 mean
1 std_sample
2 std_population
3 cp
4 cpu
5 cpl
6 cpk
7 pp
8 ppk
9 out_of_spec_ratio
10 out_of_spec_count
11 min_value
12 max_value

指标公式

Cpu = (USL - mean) / (3 * std_sample)
Cpl = (mean - LSL) / (3 * std_sample)
Cp  = (USL - LSL) / (6 * std_sample)
Cpk = min(Cpu, Cpl)
Pp  = (USL - LSL) / (6 * std_population)
Ppk = min((USL - mean)/(3*std_population), (mean - LSL)/(3*std_population))

指标说明

指标	含义
mean	窗口均值，表示过程中心位置
std_sample	样本标准差，分母 N-1，用于 Cp/Cpk
std_population	总体标准差，分母 N，用于 Pp/Ppk
cp	规格宽度相对短期波动的能力，不考虑均值偏移
cpu/cpl	均值到上/下规格限的裕度
cpk	min(cpu,cpl)，同时考虑波动和均值偏移
pp/ppk	使用总体标准差的长期表现类能力指标
out_of_spec_ratio/count	超出 [lsl,usl] 的比例和数量
min_value/max_value	窗口内最小值和最大值

小例子

假设一条回路：

values = [9, 10, 11, 10, 12]
LSL = 8
USL = 14

均值：

mean = 10.4

中心化平方和：

[-1.4, -0.4, 0.6, -0.4, 1.6]^2 -> m2 = 5.2

标准差：

std_population = sqrt(5.2 / 5) = 1.0198
std_sample = sqrt(5.2 / 4) = 1.1402

规格宽度为 6：

Cp = 6 / (6 * 1.1402) = 0.877
Cpu = (14 - 10.4) / (3 * 1.1402) = 1.052
Cpl = (10.4 - 8) / (3 * 1.1402) = 0.702
Cpk = min(1.052, 0.702) = 0.702
Pp = 6 / (6 * 1.0198) = 0.981
Ppk = min((14 - 10.4)/(3*1.0198), (10.4 - 8)/(3*1.0198)) = 0.784

所有采样点都在 [8,14] 内：

out_of_spec_count = 0
out_of_spec_ratio = 0
min_value = 9
max_value = 12

构建

cd prediction/ProcessControl/PIDModelFit/pid_process_capability_metrics
mkdir -p build && cd build
cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DSOC_VERSION=Ascend910B3
make -j$(nproc)

测试

python tests/test_pid_process_capability_metrics.py
python tests/benchmark_pid_process_capability_metrics.py

NPU smoke：

./build/test_aclnn_pid_process_capability_metrics 3

NPU/CPU benchmark：

./build/benchmark_pid_process_capability_metrics 3 128 4096 20 3 64

文档

• 算法说明
• API 说明
• 测试报告