劉獻(xiàn)東
作為歐洲鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的13個(gè)重點(diǎn)科研基金項(xiàng)目之一，自組織生產(chǎn)類RFCS（歐洲煤鋼研究基金會(huì)）項(xiàng)目關(guān)注生產(chǎn)線及設(shè)備的自動(dòng)協(xié)調(diào)和產(chǎn)出的優(yōu)化。自組織生產(chǎn)整合了資源、設(shè)備和人員，基于它們與主計(jì)算機(jī)的密切互動(dòng)，提高了自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)控制。
自組織生產(chǎn)類RFCS項(xiàng)目包括以下7個(gè)主要子項(xiàng)目：
一是長(zhǎng)材產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)物理生產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)（CPPS）項(xiàng)目。
目前，鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)到一定水平，要想進(jìn)一步的改善，需要對(duì)工藝流程進(jìn)行整體優(yōu)化，而不僅僅是改善單個(gè)工藝流程。因此，鋼鐵行業(yè)必須開發(fā)出適合整個(gè)工藝流程的技術(shù)模型，以尋求典型、多準(zhǔn)則的解決方案。把工藝流程控制模型、材料質(zhì)量模型、物流/調(diào)度模型和通信（計(jì)算機(jī)、軟件、網(wǎng)絡(luò)）等模型整合并用于生產(chǎn)優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種變化的快速反應(yīng)。
為降低能耗、縮短生產(chǎn)時(shí)間并提高產(chǎn)品質(zhì)量，該項(xiàng)目為網(wǎng)絡(luò)物理生產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)虛擬仿真平臺(tái)。該項(xiàng)目在安賽樂米塔爾位于西班牙和曼斯塔德的兩家工廠中得到了開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用，提高了流程鏈的靈活性、生產(chǎn)效率，改善了質(zhì)量并節(jié)省了能源。
二是預(yù)測(cè)性傳感器數(shù)據(jù)挖掘項(xiàng)目。
預(yù)測(cè)性傳感器數(shù)據(jù)挖掘項(xiàng)目旨在開發(fā)新的方法和工具，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本。該項(xiàng)目的主要功能有：通過(guò)識(shí)別質(zhì)量缺陷的主要形成原因，以優(yōu)化制造工藝、預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量及降低成本。該項(xiàng)目主要關(guān)注外觀、內(nèi)在質(zhì)量和機(jī)械性能3個(gè)方面的指標(biāo)，一方面識(shí)別質(zhì)量異常的主要原因，以優(yōu)化制造工藝；另一方面挖掘數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量情況，以更好地表征產(chǎn)品特性。
該項(xiàng)目從大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提取知識(shí)，基于相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)（2年~3年）的高頻（1赫茲~10赫茲）時(shí)間序列記錄，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息（如平均澆鑄速度）用于統(tǒng)計(jì)分析。
為了自動(dòng)大量分析這些時(shí)間序列數(shù)據(jù)，該項(xiàng)目提出了5個(gè)圍繞主軸構(gòu)建的綜合解決方案：設(shè)計(jì)和管理大數(shù)據(jù)庫(kù)類型；從時(shí)間序列中提取特征，開發(fā)用于構(gòu)建高級(jí)指標(biāo)的算法，以更好地表征影響質(zhì)量的工藝現(xiàn)象；對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行描述性和預(yù)測(cè)性分析，以查明質(zhì)量不合格的原因并實(shí)現(xiàn)更好的預(yù)測(cè)；開發(fā)分析型服務(wù)器，以加快模型構(gòu)建、優(yōu)化模型管理，并為流程專家和數(shù)據(jù)挖掘?qū)＜抑g的交流提供支持；實(shí)現(xiàn)知識(shí)資本化和有價(jià)值的統(tǒng)計(jì)知識(shí)管理，規(guī)范和優(yōu)化工藝知識(shí)與統(tǒng)計(jì)知識(shí)之間的交流。
三是通過(guò)增強(qiáng)自動(dòng)程序監(jiān)控能力檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)缺陷項(xiàng)目。
該項(xiàng)目旨在開發(fā)新穎的設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)、程序和技術(shù)解決方案，通過(guò)集成感測(cè)和自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑物的自動(dòng)檢測(cè)。該項(xiàng)目將延長(zhǎng)工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命并降低檢查成本，通過(guò)使用先進(jìn)的工具改善人工作業(yè)環(huán)境，提高生產(chǎn)安全性。
該研究的主要內(nèi)容包括：通過(guò)圖像處理、熱成像和振動(dòng)測(cè)量的數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的幾何形狀和條件虛擬化；開發(fā)機(jī)器人和自動(dòng)系統(tǒng)（如無(wú)人機(jī)和地面移動(dòng)機(jī)器人）等用于檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)缺陷的軟件；嵌入傳感器系統(tǒng)，采用納米等技術(shù)，使鋼結(jié)構(gòu)能進(jìn)行自評(píng)估和自診斷；等等。
四是一貫制鋼水溫度控制項(xiàng)目。
一貫制鋼水溫度控制項(xiàng)目旨在開發(fā)一個(gè)覆蓋電弧爐和鑄造工藝全過(guò)程的操作專家系統(tǒng)，從而在精確控制鑄造溫度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減少物料消耗。操作專家系統(tǒng)可幫助操作員評(píng)估溫度信息的準(zhǔn)確性和可靠性，并提出進(jìn)一步的測(cè)量建議和余下工藝步驟的最佳化操作建議，從而幫助操作員以最佳方式處理溫度異常變化。具體效果如下：提高鑄造溫度命中率精度；優(yōu)化資源效率，減少電能消耗；減少對(duì)澆鑄速度的干擾，提高鋼的生產(chǎn)率和質(zhì)量。
五是新型自動(dòng)模型識(shí)別和在線參數(shù)自適應(yīng)項(xiàng)目。
該項(xiàng)目提出了可擴(kuò)充系統(tǒng)的概念，旨在應(yīng)用自學(xué)習(xí)方法，實(shí)現(xiàn)基于模型的產(chǎn)品性能在線控制。該項(xiàng)目采用了遺傳算法、多項(xiàng)式模型、迭代學(xué)習(xí)控制方法和前饋控制等技術(shù)，并在熱軋—層流冷卻、層流冷卻—酸洗—冷軋、退火線—熱鍍鋅3個(gè)作業(yè)線上得到了實(shí)際應(yīng)用。
六是控制熱軋產(chǎn)品幾何形狀的簡(jiǎn)明數(shù)據(jù)系統(tǒng)項(xiàng)目。
該項(xiàng)目旨在開發(fā)一個(gè)新的工具，對(duì)全部工藝路線不同設(shè)備的地圖進(jìn)行客觀說(shuō)明和分析，并生成適用于自動(dòng)控制、決策系統(tǒng)的簡(jiǎn)明數(shù)據(jù)系統(tǒng)。目前，熱軋板材、卷帶材的平面度和尺寸精度的測(cè)量系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，通常采用等高線圖或“地圖”的形式向軋機(jī)操作員和技術(shù)人員提供直觀的顯示。該項(xiàng)目試圖開發(fā)的工具將用于集成不同測(cè)量工藝及設(shè)備的幾何形狀信息，并進(jìn)行直觀簡(jiǎn)明的表達(dá)，以有利于在線控制和技術(shù)調(diào)查。
七是鋼鐵生產(chǎn)的集成動(dòng)態(tài)能源管理項(xiàng)目。
由于電網(wǎng)在同一天的不同時(shí)間內(nèi)、不同季節(jié)之間都存在波動(dòng)，再加上可再生能源的興起進(jìn)一步增加了電網(wǎng)的電力波動(dòng)，而鋼鐵又是用電大戶，需要基于電網(wǎng)和價(jià)格的波動(dòng)對(duì)能源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和優(yōu)化。鋼鐵生產(chǎn)的集成動(dòng)態(tài)能源管理項(xiàng)目通過(guò)對(duì)接智能電網(wǎng)，引入靈活的負(fù)荷控制技術(shù)和程序，從而降低電力成本。
該項(xiàng)目的目標(biāo)包括：開發(fā)以能源成本為重點(diǎn)的生產(chǎn)計(jì)劃；預(yù)測(cè)能源需求，優(yōu)化生產(chǎn)流程從而最大程度地減少不平衡（預(yù)定功率與實(shí)際功率之間的偏差）；實(shí)現(xiàn)最小化峰值負(fù)載；對(duì)電網(wǎng)異常事件進(jìn)行合適的處置。
該項(xiàng)目的主要開發(fā)內(nèi)容包括：確定預(yù)測(cè)方法、模型；采用代理系統(tǒng)；在4種不同生產(chǎn)類型的鋼廠中實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。
