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制药工业是关系国计民生的重要工业，它不仅是一个国家国民经济的重要组成部分，而且是一项特殊的治病、防病、保健等的社会福利事业，受到全世界各个国家的高度重视。在制药工业中，发酵是不可或缺的重要过程。微生物发酵过程是极其复杂的生物反应过程，具有高度非线性、动态性和相关性，因而研究一种有效的故障检测方法，是提高生产效率的重要前提。
目前已经存在的几种基于多变量统计方法的故障检测方法，如主元分析方法(PCA)、核主元分析方法(KPCA)等方法，在线性系统或静态系统中的故障检测效果很好，但由于这些方法难以捕捉变量及批次间的动态相关性，因而对于类似于发酵过程的动态非线性系统的故障检测效果不好。
本文以工业制药中青霉素发酵过程为背景，在深入分析了微生物发酵过程的特点的基础上，介绍了几种目前发酵过程的故障检测方法，并结合前人积累的经验，提出了基于二维动态核主元分析方法(2D-DKPCA)的故障检测方法。根据2D-DKPCA故障检测方法，结合青霉素发酵的实际过程设计了青霉素发酵过程故障检测软件。此软件的主要功能是对青霉素发酵过程进行实时监控、在故障发生时发出故障报警，并辅之以监控数据记录、故障查询等功能。