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作者簡(jiǎn)介：郭雨春，首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司研究所總工程師，計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化控制高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事冶金企業(yè)的自動(dòng)化、信息化工作，主持并參加了多項(xiàng)大型冶金自動(dòng)化、信息化項(xiàng)目，并獲得北京市及冶金系統(tǒng)的科技進(jìn)步獎(jiǎng)，多篇專業(yè)學(xué)術(shù)文章在國(guó)內(nèi)大型專業(yè)刊物上發(fā)表，并擔(dān)任中國(guó)計(jì)算機(jī)用戶協(xié)會(huì)常委理事等職務(wù)。
其他作者：陳志，首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司副總經(jīng)理兼副總工程師，計(jì)算機(jī)應(yīng)用高級(jí)工程師。
摘 要：本文結(jié)合我國(guó)冶金自動(dòng)化及作者所在單位——首鋼的自動(dòng)化現(xiàn)狀，對(duì)我國(guó)冶金自動(dòng)化的發(fā)展做了客觀的評(píng)價(jià)與探討，特別對(duì)構(gòu)成自動(dòng)化核心的數(shù)學(xué)模型的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究。
關(guān)鍵詞：冶金；自動(dòng)化；數(shù)學(xué)模型
Abstract：In this paper,we appraise and discusse impersonally the development of the domestic metallurgical automation combined with the status quo of metallurgical automation in our country and our company——Shou Gang.Especially we conduct further research on the development and trend of mathematical model which is the core of automation.
Key words：metallurgy；automation；mathematical model
中國(guó)冶金自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)伴隨著現(xiàn)代化鋼鐵工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。就首鋼而言，從1919年成立至今已經(jīng)九十年了，前四十年受歷史時(shí)代的影響，首鋼冶金自動(dòng)化工作幾乎沒有發(fā)展，從1959年算起，水銀整流器、直流調(diào)速裝置等開始應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)，這也標(biāo)志著首鋼自動(dòng)化應(yīng)用開始走入人們的視野。
1 首鋼自動(dòng)化應(yīng)用的歷史與現(xiàn)狀
首鋼自動(dòng)化發(fā)展的春天，是從我國(guó)改革開發(fā)算起，燦爛的改革開發(fā)之花，結(jié)出了豐碩的經(jīng)濟(jì)之果。
1982年首鋼率先在全國(guó)將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于高爐、燒結(jié)及煉鋼等主要生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)。在高爐自動(dòng)化技術(shù)改造中，結(jié)合新工藝的采用，實(shí)現(xiàn)了高爐上料、噴煤、熱風(fēng)爐和高爐主體的全過程計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了高爐爐內(nèi)均勻布料，自動(dòng)化調(diào)整風(fēng)溫、自動(dòng)噴煤等先進(jìn)的技術(shù)目標(biāo)。可以隨時(shí)檢測(cè)高爐冶煉過程和各種工藝參數(shù)，各項(xiàng)工藝技術(shù)指標(biāo)創(chuàng)造了歷史的最好水平！達(dá)到了世界先進(jìn)水平。在高爐自動(dòng)化改造的同時(shí)利用大修時(shí)機(jī)，將集散型控制系統(tǒng)成功應(yīng)用于燒結(jié)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)3500多個(gè)輸入輸出點(diǎn)的控制。在線800多套設(shè)備也全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，特別值得一提的是將環(huán)保系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制。使得多年沒有解決的設(shè)備排塵問題得到了基本解決。排塵量大大低于當(dāng)時(shí)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。燒結(jié)礦一級(jí)品率大大提高，取得的經(jīng)濟(jì)效益得到了大家的一致公認(rèn)。在煉鋼方面，采用微型機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為加強(qiáng)管理和穩(wěn)定操作，提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
多年的努力，一批具有行業(yè)特色的自動(dòng)化產(chǎn)品與技術(shù)相繼問世，并投入生產(chǎn)，如中子水分子儀，γ閃爍料位計(jì)，氧化鋯殘氧分析儀等，在鋼鐵生產(chǎn)中都發(fā)揮了重要作用。
進(jìn)入21世紀(jì)以來，首鋼自動(dòng)化應(yīng)用與開發(fā)工作再上新臺(tái)階，并產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，所有設(shè)計(jì)都實(shí)現(xiàn)了三級(jí)CAD設(shè)計(jì)，徹底甩掉了圖紙，以具有21世紀(jì)先進(jìn)水平的首鋼京唐鋼鐵公司的投產(chǎn)，標(biāo)志著又迎來了一個(gè)首鋼自動(dòng)化應(yīng)用與開發(fā)的春天。目前在首鋼冶金自動(dòng)化已經(jīng)成為冶金工藝的一個(gè)重要組成部分。換句話說，沒有自動(dòng)化就無法煉鋼、軋鋼，這已經(jīng)成為首鋼冶金工藝一條新的準(zhǔn)則與條件。冶金自動(dòng)化也正是靠著本身的實(shí)力與優(yōu)勢(shì)，不斷提升在生產(chǎn)中的地位與作用。
2 新型工業(yè)化道路為首鋼自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向
“走新型工業(yè)化道路”實(shí)現(xiàn)兩化的融合，首先我們要在工業(yè)化方面取得重大突破。而衡量一個(gè)國(guó)家是否實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，主要看其工業(yè)自動(dòng)化水平。在當(dāng)代，自動(dòng)化是工業(yè)化的重要標(biāo)志。我國(guó)鋼鐵工業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展主體工藝設(shè)備不比國(guó)外的差，但鋼鐵工業(yè)的整體水平和國(guó)外相比，差距仍然較大，差在哪里，一是管理水平，二就是工藝軟件上，而這兩者我們可以分別看成是在信息化與自動(dòng)化方面的差距。
信息化與自動(dòng)化不是兩個(gè)獨(dú)立的概念，某種意義上講，信息化是自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)新階段。如果我們把傳統(tǒng)自動(dòng)化稱為基礎(chǔ)自動(dòng)化或過程自動(dòng)化的話，那么信息化就是將管理的內(nèi)容與自動(dòng)化有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)整體，我們也可以稱為“集成式自動(dòng)化”，所以我們常把企業(yè)信息化建設(shè)分成四級(jí)或者五級(jí)。如圖1所示。
圖1 企業(yè)信息化架構(gòu)
所以，我們也可以說，由于我們?cè)凇凹勺詣?dòng)化”方面存在著差距，所以影響了我國(guó)鋼鐵工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。成為制約我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的瓶頸。
進(jìn)入新世紀(jì)以來，首鋼總公司結(jié)合整體發(fā)展戰(zhàn)略，具體描繪出了首鋼走新型工業(yè)化道路的三步走戰(zhàn)略。
第一階段是在目前首鋼產(chǎn)線基礎(chǔ)之上通過雙高產(chǎn)品，拳頭產(chǎn)品的戰(zhàn)略在現(xiàn)有的產(chǎn)線和基本工裝條件下通過技術(shù)進(jìn)步提升經(jīng)濟(jì)效益，積累技術(shù)儲(chǔ)備，培養(yǎng)人才團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建企業(yè)管理信息化平臺(tái)，使得信息化作為兩個(gè)轉(zhuǎn)變的載體理念和作用基本形成。第二階段是在第一階段的基礎(chǔ)上，通過首鋼在鋼鐵高端產(chǎn)品的新產(chǎn)線的建設(shè)過程中進(jìn)一步消化吸收國(guó)內(nèi)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)，通過開放合作的技術(shù)路線，進(jìn)一步系統(tǒng)固化、優(yōu)化首鋼在鋼鐵工業(yè)高端產(chǎn)品方面的技術(shù)、管理基礎(chǔ)，企業(yè)管理信息化達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，充分發(fā)揮信息化作為兩個(gè)轉(zhuǎn)變的載體的作用，首鋼技術(shù)管理團(tuán)隊(duì)對(duì)于首鋼四級(jí)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)達(dá)到全面的把握；第三階段是在前兩個(gè)階段之上，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，自主集成，通過曹妃甸鋼鐵基地的建設(shè)，以信息化作為全面創(chuàng)新的載體，全面達(dá)到當(dāng)代鋼鐵工業(yè)的制高點(diǎn)，構(gòu)建中國(guó)鋼鐵工業(yè)21世紀(jì)的概念工廠，以信息化引領(lǐng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的構(gòu)建。目前首鋼是在第三階段上進(jìn)行著拼搏，東方的地平線上已經(jīng)露出勝利的曙光。
同時(shí)我們高興的看到，國(guó)內(nèi)許多冶金企業(yè)的自動(dòng)化水平也都發(fā)展到了較高水平，一些具有代表性的技術(shù)與項(xiàng)目，如全自動(dòng)煉鋼、CSP軋鋼自動(dòng)化等都開始在國(guó)內(nèi)推廣，并收到良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是我們也應(yīng)該清醒的看到，在一些高端自動(dòng)化技術(shù)與產(chǎn)品方面，我們還處于劣勢(shì)，為什么？因?yàn)樵S多核心技術(shù)我們還沒有掌握，為此，開發(fā)高端自動(dòng)化技術(shù)與產(chǎn)品是我們遇到的一個(gè)不容回避的問題，也是一個(gè)需要解決的問題。為此首鋼在二級(jí)過程控制數(shù)學(xué)模型上另辟蹊徑，劍走偏鋒，通過過程控制模型的研發(fā)與應(yīng)用，搶占自動(dòng)化高端產(chǎn)品與技術(shù)的制高點(diǎn)。
（1）數(shù)學(xué)模型是冶金自動(dòng)化中的核心技術(shù)。牽牛要牽牛鼻子，如果我們掌握了數(shù)學(xué)模型的這項(xiàng)技術(shù)，就掌握了自動(dòng)化的主動(dòng)權(quán)、話語權(quán)。
（2）核心技術(shù)是買不來的。我們要生產(chǎn)國(guó)家急需的鋼鐵產(chǎn)品，就要有相應(yīng)的高端自動(dòng)化技術(shù)來做支撐，國(guó)外廠商出于自身利益，他不會(huì)轉(zhuǎn)讓這類高端自動(dòng)化技術(shù)與產(chǎn)品，他們所能轉(zhuǎn)讓的技術(shù)都是有條件限制的技術(shù)或已經(jīng)過時(shí)的產(chǎn)品與技術(shù)。
（3）警惕新的文化與技術(shù)的“侵略”。就拿數(shù)學(xué)模型這類技術(shù)而言，有些新的品種鋼的冶煉技術(shù)，他們利用了我們的環(huán)境與條件，以及我們的原料以及人力資源，攻關(guān)開發(fā)成功后，他們會(huì)無償?shù)哪米撸儋u給新的用戶，而我們還要付給他們錢，這不是“以強(qiáng)欺弱”的“侵略”又是什么？
（4）引進(jìn)技術(shù)的“水土不服”，過去我們引進(jìn)了一些數(shù)學(xué)模型，但這些引進(jìn)模型的應(yīng)用都是有一定的邊界條件限制的，他們把許多條件都理想化，用國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，而我國(guó)國(guó)內(nèi)許多條件都很難滿足這些需求。所以出現(xiàn)了“水土不服”的問題，使用效果大打折扣，甚至夭折。
（5）開展高端冶金自動(dòng)化領(lǐng)域數(shù)學(xué)模型的自主創(chuàng)新條件基本成熟。我們有著廣闊的市場(chǎng)需求，我國(guó)的冶金自動(dòng)化水平已經(jīng)發(fā)展到了一定的水平，一支技術(shù)創(chuàng)新的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)基本形成，而且，許多冶金企業(yè)都有著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這些都為開展二級(jí)數(shù)學(xué)模型的自主創(chuàng)新創(chuàng)造了極為有利的條件。
3 數(shù)學(xué)模型是冶金自動(dòng)化技術(shù)的核心
過程控制數(shù)學(xué)模型是冶金工業(yè)自動(dòng)化與信息化的核心技術(shù)，從目前我國(guó)冶金工業(yè)數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用與研發(fā)方面，無論是從方法論還是從實(shí)際應(yīng)用的角度來看，都有了很大的跨越和進(jìn)步。同時(shí)數(shù)學(xué)模型應(yīng)用與研發(fā)的水平，也是檢驗(yàn)我國(guó)冶金企業(yè)創(chuàng)新動(dòng)力的一個(gè)重要標(biāo)志。數(shù)學(xué)模型是控制對(duì)象的表征，是對(duì)象可執(zhí)行的表述，正是由于它與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、工藝能力的有效結(jié)合，發(fā)揮了重要的指揮與優(yōu)化作用，所以我們才把數(shù)學(xué)模型稱之為自動(dòng)化與信息化的核心技術(shù)。
3.1 數(shù)學(xué)模型的概念
由于數(shù)學(xué)模型涉及范圍較廣，大家會(huì)從各個(gè)角度對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述，盡管版本不同，長(zhǎng)短不一，但其內(nèi)容基本都是在一個(gè)范圍內(nèi)，如果把數(shù)學(xué)模型理解為“對(duì)過程要素的數(shù)學(xué)描述”，既簡(jiǎn)潔也能說明問題。當(dāng)然要把這種數(shù)學(xué)描述用計(jì)算機(jī)語言準(zhǔn)確地表述起來才可以發(fā)揮作用。
建立高可用性，高精度的數(shù)學(xué)模型是我國(guó)鋼鐵工業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)出滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的鋼材品種。提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)基礎(chǔ)。
3.2 模型分類
數(shù)學(xué)模型分類的方式很多，如果依照建模方法來劃分，可分為：
（1）機(jī)理模型：這類數(shù)學(xué)模型的建立，首先要對(duì)控制對(duì)象的物理化學(xué)過程進(jìn)行深入細(xì)致的研究和理論探討，找到影響過程各因素之間的關(guān)系，應(yīng)用數(shù)學(xué)表達(dá)式，圖形或算法表示出來。得到數(shù)學(xué)模型后，再用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，完善，增加修訂內(nèi)容或確定權(quán)重系數(shù)，或決定采用分段處理的方式等。
（2）統(tǒng)計(jì)控制模型：這類數(shù)學(xué)模型建模時(shí)與工藝?yán)碚撽P(guān)系較少，而是通過現(xiàn)場(chǎng)采集到的大量與過程控制因素有關(guān)的數(shù)據(jù)，以自動(dòng)控制原理和現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用回歸方式建立起數(shù)學(xué)表達(dá)式或圖形，這是一種隨機(jī)性模型，當(dāng)工藝條件（被描述對(duì)象）發(fā)生重大變化時(shí)，則需要進(jìn)行重大的修正或完善。
（3）人工智能模型：它是一種將上述兩種模型進(jìn)行結(jié)合和優(yōu)化而生成新的模型，它是隨著自動(dòng)控制理論與現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的建模方式。這是一種基于規(guī)則的模型，其主要的依據(jù)是工藝的控制經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的專家知識(shí)及理論。
當(dāng)然，也有按照模型功能劃分類別的，如設(shè)定模型、控制模型、自適應(yīng)模型等。
3.3 建模過程
不同行業(yè)不同區(qū)域的建模過程都有所不同。我們根據(jù)首鋼的具體實(shí)踐情況，大致分成以下幾個(gè)階段：
（1）建模準(zhǔn)備：明確建模的目的，對(duì)要控制的對(duì)象過程經(jīng)過分析，搜索必要的信息，特征提取，通過要素分析，對(duì)建模方式進(jìn)行選擇，形成實(shí)質(zhì)性的建模框架。
（2）數(shù)學(xué)描述：根據(jù)對(duì)象的特征和建模目的，經(jīng)過相關(guān)物理化學(xué)定律的應(yīng)用以及約束條件的確認(rèn)，抓住問題的本質(zhì)，做出必要的合理的簡(jiǎn)化和假設(shè)，用數(shù)學(xué)語言，數(shù)學(xué)方法表達(dá)出所控對(duì)象的內(nèi)在規(guī)律，建立包括常量和變量在內(nèi)的數(shù)學(xué)模型。
（3）模型調(diào)試：通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的求解，達(dá)到模型的可執(zhí)行并通過測(cè)試。
（4）模型優(yōu)化：通過對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要的分析，對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。
（5）模型檢驗(yàn)：用實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_性，這樣反復(fù)進(jìn)行多次循環(huán)，直至最終達(dá)到滿意的效果。
（6）模型應(yīng)用：將檢驗(yàn)合格的數(shù)學(xué)模型與現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)組成一個(gè)系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)最終完成線程調(diào)試并開始試運(yùn)行。
3.4 國(guó)內(nèi)數(shù)學(xué)模型開發(fā)與應(yīng)用
從我國(guó)鋼鐵企業(yè)當(dāng)前的實(shí)際情況來看，主要工藝過程都使用了數(shù)學(xué)模型，如鐵前系統(tǒng)就有焦化數(shù)學(xué)模型、燒結(jié)數(shù)學(xué)模型和高爐數(shù)學(xué)模型；煉鋼系統(tǒng)中如轉(zhuǎn)爐煉鋼數(shù)學(xué)模型、RH真空精煉數(shù)學(xué)模型，LF爐精煉數(shù)學(xué)模型以及連鑄數(shù)學(xué)模型等；軋鋼工序是應(yīng)用過程控制數(shù)學(xué)模型技術(shù)最廣泛最成熟的領(lǐng)域，如冷熱連軋生產(chǎn)線、中厚板生產(chǎn)線，涂鍍生產(chǎn)線、熱處理系統(tǒng)等，在線生產(chǎn)控制都使用了數(shù)學(xué)模型。
但在這成績(jī)面前，我們還要看到，內(nèi)部仍然存在著更深層次的問題。
（1）在過程控制數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用中，重復(fù)引進(jìn)的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，而且對(duì)核心技術(shù)的封鎖也是十分嚴(yán)重的。由于種種原因，我們不能有效地對(duì)引進(jìn)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行維護(hù)和二次開發(fā)，以致出現(xiàn)“水土不服”和不能充分發(fā)揮作用等問題。
（2）在我們內(nèi)部的企業(yè)之間互相保密，有些企業(yè)認(rèn)為我們自己花的錢引進(jìn)的技術(shù)，就要作為自己本企業(yè)的秘密，而加以保護(hù)，以致影響到對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、再創(chuàng)新工作的進(jìn)一步開展。這種保密的結(jié)果，是替外商保了密，苦了我們自己，幫助外商占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，我們倒起了一定的作用。
審視整個(gè)鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化信息化的發(fā)展趨勢(shì)，過程控制數(shù)學(xué)模型是鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化信息化最直接最有效的領(lǐng)域，也是最核心的技術(shù)，沒有或者不掌握這種技術(shù)，鋼鐵工業(yè)的自動(dòng)化信息化就難免流于形式，難以收到理想的效果。
4 首鋼數(shù)學(xué)模型的研究與應(yīng)用的現(xiàn)狀
首鋼自從上個(gè)世紀(jì)七十年代以來，就開始了控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的研發(fā)與應(yīng)用工作，研究成果于上個(gè)世紀(jì)八十年代獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。本世紀(jì)初，特別是2005年以來，首鋼集中了全公司的自動(dòng)化信息化力量，組建了首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司，控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的研發(fā)與應(yīng)用工作又揭開了嶄新的一頁(yè)。
4.1 高爐專家系統(tǒng)的研究與應(yīng)用
高爐煉鐵控制是一項(xiàng)復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)，爐況順行是高爐控制的主要目的。目前高爐專家系統(tǒng)多是從保順行入手開發(fā)研究與應(yīng)用。而首鋼就是在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外高爐專家系統(tǒng)研究與應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)與失敗的教訓(xùn)基礎(chǔ)之上，換一個(gè)思路，在一般爐況順行的基礎(chǔ)上，從異常爐況判斷入手，提出了“提高高爐異常爐況判斷準(zhǔn)確性就是保高爐順行”的新思想，通過主動(dòng)出擊，積極防御，針對(duì)各種異常爐況的判斷與分析，對(duì)原有異常爐況處理的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)、優(yōu)化，找出其內(nèi)在規(guī)律性，并用新技術(shù)手段加以科學(xué)再現(xiàn)，保證高爐生產(chǎn)不受波動(dòng)或少受波動(dòng)，從而達(dá)到保證高爐順行的目的。
通過人工智能領(lǐng)域的專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法等新興學(xué)科技術(shù)，將高爐專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行量化，用智能推理技術(shù)將量化結(jié)果進(jìn)行綜合分析來預(yù)報(bào)和處理爐況，尤其對(duì)異常爐況的征兆進(jìn)行詳細(xì)的分析和預(yù)報(bào)，并提出相應(yīng)的處理措施。通過神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來預(yù)報(bào)鐵水溫度。通過有限差分和遺傳算法來構(gòu)建爐缸侵蝕模型，通過運(yùn)動(dòng)軌道方程，應(yīng)用土坡塌陷及堆積原理來構(gòu)建爐料分布模型，并采用三段法來分析爐內(nèi)徑向負(fù)荷分布，最終通過模型的協(xié)同來綜合治理高爐，以達(dá)到高爐順行的目的。
圖2 高爐專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
經(jīng)過兩年的探索、開發(fā)與實(shí)踐，首鋼高爐專家系統(tǒng)終于研制成功并應(yīng)用于高爐生產(chǎn)領(lǐng)域，在原料多變的狀態(tài)下，通過對(duì)異常爐況判斷和原料質(zhì)量模塊的開發(fā)應(yīng)用，預(yù)報(bào)命中率又得到了進(jìn)一步提升。爐況判斷準(zhǔn)確全面實(shí)時(shí)，模型整體的技術(shù)性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
4.2 首鋼燒結(jié)智能化控制系統(tǒng)
燒結(jié)是鋼鐵生產(chǎn)工藝過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，就是將精礦粉與其它粉狀原料、回收的冶金工業(yè)粉塵，按一定比例混合，并燒制成塊狀的原料，供高爐生產(chǎn)使用。
首鋼燒結(jié)智能化控制系統(tǒng)是首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)公司自行設(shè)計(jì)，開發(fā)完成的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制模型軟件，該系統(tǒng)從配料開始到燒結(jié)全過程，針對(duì)各個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)建立模型，并有機(jī)的組成一個(gè)整體，進(jìn)行智能控制，整個(gè)模型智能化控制系統(tǒng)包括了優(yōu)化配料模型、動(dòng)態(tài)配料模型、成分預(yù)報(bào)模型、點(diǎn)火模型、燃料模型、BTP（燒結(jié)終點(diǎn)）控制模型、BTP偏差控制模型等數(shù)10個(gè)子模型，實(shí)現(xiàn)了首鋼燒結(jié)生產(chǎn)智能化控制，達(dá)到了節(jié)能降耗，綠色生產(chǎn)、提高產(chǎn)品與質(zhì)量等新的目標(biāo)，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也在上一個(gè)新臺(tái)階。
其中BRP（溫度上升點(diǎn)）斜率判斷法，利用燃燒速度一致性指數(shù)改善布料，消除終點(diǎn)偏差等技術(shù)內(nèi)容，都是首次提出并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。使用效果良好，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
4.3 首鋼高品質(zhì)鋼一體化冶煉智能化集成系統(tǒng)
首鋼高品質(zhì)鋼一體化冶煉智能化集成系統(tǒng)是首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)公司經(jīng)過多年研究，全部自行設(shè)計(jì)，自主開發(fā)完成的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉自動(dòng)化模型軟件。
這套系統(tǒng)是以動(dòng)靜態(tài)冶煉模型為核心，以冶煉全過程（包括精煉）科學(xué)管理為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為支撐的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)爐冶煉全過程的自動(dòng)控制技術(shù)。系統(tǒng)開發(fā)了自動(dòng)化煉鋼靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，部分功能可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行定制設(shè)計(jì)開發(fā)。
這套模型結(jié)合機(jī)理模型和統(tǒng)計(jì)模型的特點(diǎn)，是通過主進(jìn)程模型協(xié)調(diào)各分?jǐn)?shù)學(xué)模型計(jì)算進(jìn)程的開始和結(jié)束，將煙氣分析與副槍技術(shù)有效地結(jié)合在一起，并將轉(zhuǎn)爐煉鋼與RH爐精煉、LF爐的自動(dòng)控制與判斷做為一個(gè)系統(tǒng)中的三個(gè)要素有機(jī)地進(jìn)行統(tǒng)一分析，判斷及處理，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同職能化煉鋼。特別是對(duì)鋼水、爐渣和合金為研究體系，利用機(jī)理模型分析影響鋼水溫度的主要因素，在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)挖掘，基于熱平衡理論建立溫度預(yù)報(bào)模型，利用質(zhì)量守恒定律和線性規(guī)劃方法，建立成分預(yù)報(bào)模型和控制模型，充分利用轉(zhuǎn)爐、LF爐冶煉工藝操作的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化工藝參數(shù)，提高鋼水溫度和成分預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)同時(shí)還具有強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)功能，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用效果。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行率超過99?8%，鋼水終點(diǎn)溫度和成分預(yù)報(bào)命中率雙雙達(dá)到90%以上。以年產(chǎn)量500萬噸鋼設(shè)計(jì)，使用該系統(tǒng)創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益要比未使用前高達(dá)1400萬元，整體達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
5 過程控制數(shù)學(xué)模型的未來發(fā)展
過程控制數(shù)學(xué)模型在國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展，目前還剛剛起步，方興未艾，隨著需求的發(fā)展，未來的數(shù)學(xué)模型還有著極大的發(fā)展空間。從現(xiàn)在起，形成社會(huì)的關(guān)注，這對(duì)數(shù)學(xué)模型的未來發(fā)展，是會(huì)起到一定的積極作用的。
5.1 繼續(xù)做好過程控制數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用工作
我國(guó)冶金行業(yè)數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用還不算十分廣泛，在軋鋼方面應(yīng)用的較好，但其他工藝環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱，所以，要充分利用現(xiàn)有的自動(dòng)化資源，做好數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用工作。
（1）打破數(shù)學(xué)模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，不等不靠，模型應(yīng)用從低級(jí)向高級(jí)逐步發(fā)展，不斷積累技術(shù)，不斷培養(yǎng)人才，踏下心來，抓上幾個(gè)項(xiàng)目，就一定能搞出名堂來，收到明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
（2）選準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型應(yīng)用的切入點(diǎn)，萬事開頭難，也最招人矚目，所以，根據(jù)本單位的實(shí)際情況，選準(zhǔn)自己模型應(yīng)用的切入點(diǎn)，至關(guān)重要。
（3）不要怕失敗。企業(yè)搞研發(fā)，由于資金投入的主體是企業(yè)自己，所以對(duì)投資回報(bào)比較關(guān)注，這也就客觀造成了科研開發(fā)工作只許成功，不許失敗的尷尬境界。所以，在數(shù)學(xué)模型應(yīng)用過程中，要允許失敗，不要怕失敗，解除束縛科技人員發(fā)展的條件限制，才能激發(fā)科技人員更大的工作熱情。
（4）積極開展對(duì)外合作。通過對(duì)外合作交流，擴(kuò)大視野，可以縮短數(shù)學(xué)模型應(yīng)用開發(fā)的時(shí)間，培養(yǎng)出自己的隊(duì)伍。特別是和兄弟企業(yè)的合作交流，和科研院所的合作交流，效果會(huì)更明顯。
5.2 開發(fā)自主的數(shù)學(xué)模型研發(fā)平臺(tái)和相關(guān)技術(shù)
以數(shù)學(xué)模型開發(fā)平臺(tái)為原創(chuàng)型技術(shù)開發(fā)的突破口，對(duì)現(xiàn)有的二級(jí)數(shù)學(xué)模型的開發(fā)模式進(jìn)行新的變革與調(diào)整，將現(xiàn)有的手工開發(fā)模式，改造成自動(dòng)化工廠式開發(fā)生產(chǎn)。即將現(xiàn)有命題式開發(fā)的組織方式改造成“系統(tǒng)架構(gòu)→模型設(shè)計(jì)→算法設(shè)計(jì)→軟件開發(fā)→應(yīng)用服務(wù)”這樣一個(gè)全新的模型開發(fā)模式。同時(shí)建設(shè)好兩個(gè)平臺(tái)，一個(gè)是使用平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上保證滿足用戶的各種需求，一個(gè)是開發(fā)平臺(tái)，將所有的模型開發(fā)都置于這個(gè)平臺(tái)管理之中。
5.3 提升與數(shù)學(xué)模型相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品的質(zhì)量與水平
數(shù)學(xué)模型和與之相配套的產(chǎn)品與技術(shù)，構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈，或稱之為一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)群。根據(jù)“木桶效應(yīng)”的原理，如果與數(shù)學(xué)模型相關(guān)的產(chǎn)品與技術(shù)水平相對(duì)較低，那么也會(huì)影響數(shù)學(xué)模型水平的發(fā)揮。比如數(shù)學(xué)模型的計(jì)算精度為1%，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度為5%，那么整體的精度則就為5%。所以要把短板加長(zhǎng)，保證數(shù)學(xué)模型正常水平的發(fā)揮，在這個(gè)問題上，我們要有“愚公移山”的精神，舊的短板解決了，新的短板問題又會(huì)出現(xiàn)。所以我們要用“愚公移山”的精神，不斷解決新出現(xiàn)的短板問題。也就在這個(gè)不斷解決短板的過程中，數(shù)學(xué)模型的研發(fā)與應(yīng)用水平才會(huì)不斷得到新的提高。
5.4 加強(qiáng)數(shù)學(xué)模型研發(fā)與應(yīng)用的組織工作
目前我國(guó)數(shù)學(xué)模型的研發(fā)與應(yīng)用工作，處于各自為戰(zhàn)的分散狀態(tài)，缺乏組織領(lǐng)導(dǎo)。所以，一些搞的比較好的冶金企業(yè)與相關(guān)的科研院所應(yīng)當(dāng)組成戰(zhàn)略聯(lián)盟，聯(lián)合攻關(guān)、搞出具有中國(guó)特色的數(shù)學(xué)模型的源代碼。技術(shù)平臺(tái)及相關(guān)的產(chǎn)品與技術(shù)，打破外國(guó)壟斷的一統(tǒng)天下，為我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持與保證。
發(fā)展以數(shù)學(xué)模型為核心的自動(dòng)化技術(shù)，是落實(shí)“科技創(chuàng)造未來”的具體體現(xiàn)，也是我國(guó)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)新的騰飛的助推器。我們?cè)谶^程控制數(shù)學(xué)模型的研發(fā)與應(yīng)用上，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破，開發(fā)出有中國(guó)特色的數(shù)學(xué)模型產(chǎn)品與技術(shù)，走出一條“研制一批，儲(chǔ)備一批，生產(chǎn)一批”以科研促生產(chǎn)、以生產(chǎn)出產(chǎn)品、以產(chǎn)品保應(yīng)用的新的可持續(xù)發(fā)展之路來。
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
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