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人工智能在冶金自動(dòng)化中的應(yīng)用

人工智能(ArtificialIntelligence，AI)在自動(dòng)化方面的應(yīng)用，即智能自動(dòng)化，是一類無需人的干預(yù)就能驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器或系統(tǒng)自主實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程和技術(shù)，是人工智能的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，也是冶金自動(dòng)化的重要發(fā)展方向。

智能自動(dòng)化能夠進(jìn)一步改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，也是發(fā)展冶金自動(dòng)化的必由之路。本文介紹智能自動(dòng)化的主要領(lǐng)域和冶金智能化的進(jìn)展，并提出冶金智能化發(fā)展的某些戰(zhàn)略思考。

人工智能在冶金自動(dòng)化中的應(yīng)用

1.智能自動(dòng)化的主要領(lǐng)域

與冶金智能化比較密切相關(guān)的人工智能領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面。

(1)專家系統(tǒng)(ExpertSystems)。專家系統(tǒng)是一類智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，基于規(guī)則的專家系統(tǒng)是專家系統(tǒng)的典型代表，也是冶金專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)。

(2)計(jì)算智能(ComputationalIntelligence，CI)。計(jì)算智能是各種基于仿生算法的人工智能技術(shù)，它基于生物進(jìn)化的進(jìn)化計(jì)算機(jī)制和生理學(xué)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，依賴數(shù)據(jù)而不是知識(shí)進(jìn)行思維行為研究。

(3)分布式人工智能(DistributedAI，DAI)。分布式人工智能是分布式計(jì)算與人工智能結(jié)合的結(jié)果。DAI在于構(gòu)造描述自然系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)以及人－自然－社會(huì)關(guān)系系統(tǒng)的精確概念模型，研究由多個(gè)問題求解實(shí)體組成的系統(tǒng)中各實(shí)體間的交互作用以及知識(shí)和動(dòng)作的分布與協(xié)作，以提高系統(tǒng)的整體性能。

(4)機(jī)器學(xué)習(xí)(MachineLearning)。機(jī)器學(xué)習(xí)是研究用機(jī)器模擬人類的學(xué)習(xí)活動(dòng)、獲取知識(shí)和技能，用于改善系統(tǒng)性能的學(xué)科理論和方法。

(5)機(jī)器人學(xué)(Robotics)。機(jī)器人學(xué)是一門研究機(jī)器人原理、技術(shù)及其應(yīng)用的學(xué)科，也是一門高度交叉的學(xué)科，在各行各業(yè)獲得非常廣泛的應(yīng)用。

(6)模式識(shí)別和機(jī)器視覺(PatternRcognitionandMachineVision)。模式識(shí)別是一門研究用計(jì)算機(jī)識(shí)別各種物理對(duì)象或過程的學(xué)科，它使計(jì)算機(jī)具有代替人類或幫助人類感知外部信息模式的能力，是對(duì)人類感知外界功能的模擬；機(jī)器視覺又稱為計(jì)算機(jī)視覺，是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的二維圖像來分析和理解自然的三維物景的過程和技術(shù)。

(7)智能控制(IntelligentControl)。智能控制是應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬人類智能，實(shí)現(xiàn)人類腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)自動(dòng)化的一個(gè)重要領(lǐng)域，它代表了自動(dòng)控制的發(fā)展階段。冶金軋制和冶煉過程智能控制是智能控制的一個(gè)突出領(lǐng)域。

(8)智能決策與調(diào)度(IntelligentDecisionandScheduling)。智能決策系統(tǒng)是一種應(yīng)用人工智能和智能系統(tǒng)技術(shù)協(xié)助管理和指揮人員進(jìn)行決策的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。冶金工業(yè)的資源和生產(chǎn)智能調(diào)度是其中一個(gè)值得開發(fā)的重要課題。

(9)智能信息管理(IntelligentInformationManagement)。智能信息管理是人工智能、管理科學(xué)、系統(tǒng)工程、計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)、軟件工程與信息工程等多學(xué)科、多技術(shù)相互結(jié)合和相互滲透而產(chǎn)生的一門新技術(shù)、新學(xué)科，是現(xiàn)代管理科學(xué)技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向。

2.冶金智能化的進(jìn)展

智能化技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于冶金自動(dòng)化過程，例如，各種冶金專家系統(tǒng)、鋼鐵冶煉和軋制過程智能控制、礦井智能安全監(jiān)控與災(zāi)害處置、基于模式識(shí)別和機(jī)器視覺的冶金生產(chǎn)系統(tǒng)、冶金智能機(jī)器人等等。

2.1冶金專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)已在冶金工業(yè)生產(chǎn)中獲得十分普遍的應(yīng)用。美國(guó)、德國(guó)、日本、印度和中國(guó)等國(guó)都開發(fā)和應(yīng)用了許多的高爐系統(tǒng)，已把專家系統(tǒng)技術(shù)用于高爐建模、監(jiān)控與診斷等。

利用知識(shí)與數(shù)學(xué)建模相結(jié)合方法建立的煉鋼成分設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，能夠協(xié)助工程師快速確定滿足客戶特殊要求的煉鋼目標(biāo)成分并優(yōu)化熱軋工藝，從而提的開發(fā)效率。

專家系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用于冶金生產(chǎn)的其他領(lǐng)域，如轉(zhuǎn)爐氧槍吹煉、爐外精煉、鐵水脫硫、燒結(jié)礦配料優(yōu)化、鏈條爐控制策略、冶金工廠設(shè)計(jì)、焊接工藝設(shè)計(jì)、冶金機(jī)械故障診斷、鋁電解槽參數(shù)優(yōu)化與控制等。

2.2冶煉和軋制過程智能控制

模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算及其集成智能化模型，已在冶金工業(yè)生產(chǎn)中獲得，包括對(duì)冶金生產(chǎn)過程的建模和控制等。這些“軟計(jì)算”已經(jīng)用于軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量建模、加熱爐溫度控制、電弧爐鋼溫控制、高爐爐頂壓力控制、半固態(tài)鎂合金板帶雙輥連鑄控制、鋁軋機(jī)雙機(jī)架自適應(yīng)張力控制、碳鋼冷軋機(jī)煤氣加壓站控制、套窯溫度均衡控制、鋁電解廠排煙控制、轉(zhuǎn)爐煤氣溫度控制、燒結(jié)過程控制等，取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。

2.3礦井智能安全監(jiān)控與災(zāi)害處置系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)雖然對(duì)礦山智能安全系統(tǒng)的研究沒有形成規(guī)模和廣泛推廣應(yīng)用，但已經(jīng)開始了礦山安全方面的研究，提出的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦井安全預(yù)測(cè)方法能夠降低人工救援風(fēng)險(xiǎn)，提高救援系統(tǒng)應(yīng)對(duì)災(zāi)害的能力。礦井生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)涉及很多因素的復(fù)雜系統(tǒng)，不同因素之間存在相互關(guān)聯(lián)，因此，煤礦安全預(yù)測(cè)是一個(gè)典型的非線性問題。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)典型的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，能夠利用歷史的訓(xùn)練樣例對(duì)未來趨勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，非常適于解決礦井安全預(yù)測(cè)問題。

針對(duì)煤礦環(huán)境提出的一種新型煤礦災(zāi)害處置系統(tǒng)，是基于模塊化異構(gòu)多機(jī)器人的煤礦災(zāi)害處置系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于功能已知的基本單元，采用模塊化組合構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)的成員機(jī)器人，再由多個(gè)成員機(jī)器人形成多機(jī)器人系統(tǒng)。系統(tǒng)具有構(gòu)建簡(jiǎn)單、模塊體積小、模塊結(jié)構(gòu)多樣等特點(diǎn)，適合煤礦井下災(zāi)害處置的需要。

2.4基于模式識(shí)別和機(jī)器視覺的冶金生產(chǎn)系統(tǒng)

模式識(shí)別已在國(guó)外冶金生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)基于模式識(shí)別和機(jī)器視覺的冶金生產(chǎn)系統(tǒng)包括冶金材料的結(jié)構(gòu)識(shí)別與成分分析、冶金生產(chǎn)過程的監(jiān)控及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、蒸汽管網(wǎng)壓降系數(shù)辨識(shí)等。例如，在寬厚板噴碼自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、AOD爐終點(diǎn)預(yù)測(cè)、金屬工件表面缺陷圖像處理系統(tǒng)等領(lǐng)域均有良好應(yīng)用。

2.5冶金智能機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人已在制造行業(yè)和其他部門，特別是在高溫、有毒、危險(xiǎn)等惡劣環(huán)境中獲得日益廣泛的應(yīng)用。近年來，各個(gè)工業(yè)國(guó)家爭(zhēng)先推出發(fā)展機(jī)器人學(xué)的雄偉計(jì)劃，中國(guó)也制訂了智能制造等發(fā)展戰(zhàn)略。目前，冶金工業(yè)應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人還是不夠普遍，除鑄造、鍛造、搬運(yùn)等作業(yè)開始有應(yīng)用智能機(jī)器人的試點(diǎn)外，還在礦井災(zāi)害處置和礦井安全預(yù)測(cè)方面采用機(jī)器人系統(tǒng)。

3.冶金智能化發(fā)展的某些戰(zhàn)略思考

冶金自動(dòng)化已進(jìn)入了發(fā)展的“深水區(qū)”，面臨更大的難度與更高的要求。中國(guó)冶金智能化今后的開發(fā)與應(yīng)用方向需要注意以下幾方面：

(1)結(jié)合冶金工業(yè)實(shí)際，貫徹實(shí)行結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的方針，推動(dòng)冶金工業(yè)的科技進(jìn)步和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

(2)繼續(xù)開發(fā)各類冶金專家系統(tǒng)，例如，基于規(guī)則、模型和框架技術(shù)建立綜合專家系統(tǒng)，對(duì)于某些應(yīng)用，還可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立基于Web的綜合型專家系統(tǒng)，以不斷提高專家系統(tǒng)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。

(3)著力開發(fā)與應(yīng)用基于計(jì)算智能技術(shù)的各種智能建模、優(yōu)化與控制系統(tǒng)。

(4)推廣應(yīng)用冶金智能機(jī)器人。

(5)在現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，全面規(guī)劃，加大全國(guó)冶金工業(yè)的智能化步伐，加速冶金智能化進(jìn)程。

(6)積極進(jìn)行冶金生產(chǎn)科學(xué)研究工作，開發(fā)過程軟件，尤其是智能化軟件。

(7)對(duì)已有企業(yè)信息管理系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代的技術(shù)改造，采用更的現(xiàn)代管理理念和管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)的智能化和人性化管理，為冶金智能化和現(xiàn)代化保駕護(hù)航。

(8)要高度重視冶金教育和人才培養(yǎng)。

上海先予工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備有限公司是一家集非標(biāo)制定、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、工程服務(wù)為一體的工業(yè)裝備制造企業(yè)。公司以自主核心技術(shù)和系統(tǒng)集成優(yōu)勢(shì)為依托，針對(duì)企業(yè)用戶在生產(chǎn)過程控制中的各種復(fù)雜控制要求，采用DCS和PLC等控制系統(tǒng)為企業(yè)量身定制，技術(shù)、可靠性高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電氣和自動(dòng)化控制，生產(chǎn)，輸送，包裝、清洗系統(tǒng)，提供完整的非標(biāo)制定自動(dòng)化生產(chǎn)解決方案，從而有效為企業(yè)降低勞動(dòng)力成本、提高品質(zhì)、提升效率。