“我國鋼鐵工業(yè)近幾年形成了信息技術(shù)集成、過(guò)程工藝技術(shù)集成、全生命周期技術(shù)集成的三維技術(shù)集成，這些技術(shù)集成是信息化的基礎。因此，鋼鐵行業(yè)是離智能化最近的行業(yè)，具有最好的實(shí)現智能化的條件，對智能化的需求也是最迫切的?！?月27日，中國工程院院士、東北大學(xué)教授王國棟在由中國冶金報社、唐山市工業(yè)和信息化局共同主辦，遷安市九江線(xiàn)材有限責任公司協(xié)辦的2019（第五屆）中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+推進(jìn)大會(huì )上表示。
鋼鐵工業(yè)智能制造平臺架構
王國棟介紹了鋼鐵工業(yè)智能制造的平臺架構。
在他看來(lái)，智能有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是具有感知能力，即具有能夠感知外部世界、獲取外部信息的能力，是產(chǎn)生智能活動(dòng)的前提條件和必要條件。二是具有記憶和思維能力，即能夠存儲感知到的外部信息及由思維產(chǎn)生的知識，同時(shí)可利用已有的知識對信息進(jìn)行分析、計算、比較、判斷、聯(lián)想、決策。三是具有學(xué)習能力和自適應能力，即通過(guò)與環(huán)境的相互作用，不斷學(xué)習積累知識，使自己能夠適應環(huán)境變化。四是具有行為決策能力，即對外界的刺激做出反應，形成決策并傳達相應的信息。
智能控制的核心是信息物理系統（CPS）。該系統的總體架構為：感知（物理）層、網(wǎng)絡(luò )層、計算層。其通過(guò)集成先進(jìn)的感知、計算、通信、控制等信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，構建了物理空間與信息空間中人、機、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時(shí)交互、高效協(xié)同的復雜系統，實(shí)現系統內資源配置和運行的按需響應、快速迭代、動(dòng)態(tài)優(yōu)化。目前冶金企業(yè)的嵌入式工業(yè)控制系統構成為物理層、網(wǎng)絡(luò )層、計算控制層、應用層。
王國棟指出，智能制造平臺建設的原則，一是充分利用企業(yè)現有系統和現有數據，采用先進(jìn)的智能制造技術(shù)，增強網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)互通和數據采集與處理，開(kāi)發(fā)CPS系統的數字孿生，即數字感知系統，使企業(yè)現有系統升級為具有自學(xué)習、自適應、自組織的智能系統，實(shí)現全流程智能制造，促進(jìn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
二是要實(shí)施真正的智能化。企業(yè)在實(shí)施全流程、一體化智能制造的過(guò)程中，應當在滿(mǎn)足系統功能要求的前提下，逐步、穩妥地對現有的企業(yè)資源計劃（ERP）、制造執行系統（MES）、過(guò)程控制、基礎自動(dòng)化等系統進(jìn)行軟件改造，使其具有感知能力、記憶和思維能力、學(xué)習能力和自適應能力、行為決策能力，成為真正的智能化系統。
“鋼鐵工業(yè)是一個(gè)流程工業(yè)，因此鋼鐵工業(yè)信息系統必須是全流程、一體化的，能夠實(shí)現物質(zhì)流、信息流、能量流的綜合分析、控制、管理?！蓖鯂鴹潖娬{。
他進(jìn)一步指出，隨著(zhù)技術(shù)手段的豐富和計算能力的提升，解決問(wèn)題的方式將從把復雜問(wèn)題分為相對簡(jiǎn)單的不同層次，逐層解決問(wèn)題的傳統方式，轉變?yōu)椤翱鐚?、跨域”的扁平化發(fā)展的方式。
扁平化雙層架構為“云端智能層”和“本地決策層”。云端智能層具有低實(shí)時(shí)性的MES、ERP和BI（商務(wù)智能）功能，實(shí)現質(zhì)量、設備能力、成本、資源、人力資源等多個(gè)目標的綜合協(xié)調?！氨镜貨Q策層”具有高實(shí)時(shí)性PCS（過(guò)程控制系統）、BA（樓宇設備自控系統）和傳感器等功能，輔以人工智能、大數據等新技術(shù)，強化計算能力、實(shí)時(shí)性等。兩層級之間在線(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調整，靈活、協(xié)調地實(shí)現了質(zhì)量、效率的提升。
為了更好地實(shí)現扁平化發(fā)展，企業(yè)需要邊緣計算。應用邊緣計算可實(shí)現對近場(chǎng)裝置、設備及系統的智能控制，解決網(wǎng)絡(luò )延時(shí)帶來(lái)的不確定性問(wèn)題，減輕云端負擔，同時(shí)兼顧云計算和終端的協(xié)同。
鋼鐵智能制造平臺的核心是數字感知系統
鋼鐵企業(yè)在智能化發(fā)展過(guò)程中，面臨著(zhù)一些問(wèn)題。王國棟指出，鋼鐵行業(yè)是多工序、長(cháng)流程的流程工業(yè)，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程為全流程“黑箱”，冶煉反應器內部、連鑄和軋制工件內部的化學(xué)反應和物理變化以及相關(guān)的重要參數，看不見(jiàn)、摸不到、測不出，實(shí)時(shí)、內部信息感知極度缺乏；目前系統中使用的模型大多為理論模型或經(jīng)驗模型，存在較大的不確定性，預報精度差，難以實(shí)現高精度的動(dòng)態(tài)協(xié)調控制，控制決策存在粗獷性甚至是盲目性問(wèn)題；由于工藝條件、設備運行狀態(tài)變化引起生產(chǎn)工況發(fā)生復雜變化，過(guò)程輸入條件、狀態(tài)變量和控制目標之間關(guān)系復雜。
“數字感知為我們利用大數據、互聯(lián)網(wǎng)、云計算、AI（人工智能）等現代信息技術(shù)攻克以往無(wú)法逾越的障礙提供了全新的思路和可行的方法，為冶金等行業(yè)的精準感知及控制提供了理想的解決方案?！蓖鯂鴹澾M(jìn)一步表示，“在信息流的控制下，物質(zhì)流與能量流發(fā)生化學(xué)反應或物理作用，因此以足夠的精度求解基于物理—化學(xué)反應的數學(xué)模型，可以獲得物質(zhì)流、能量流、信息流的統一解?！?/div>
鋼鐵行業(yè)數學(xué)模型由于具有不確定性、強非線(xiàn)性、極其復雜性的特點(diǎn)，必須采用數學(xué)模型與AI/大數據結合的方式，以數學(xué)模型為基礎主線(xiàn)，以人工智能及實(shí)測大數據優(yōu)化數學(xué)模型，高效率地實(shí)現高精度數字感知，破解鋼鐵行業(yè)“黑箱”系統。
CPS系統的基本組件包括傳感器、執行器和決策控制單元?；窘M件結合反饋循環(huán)控制機制構成了CPS的基本功能邏輯單元，執行最基本的檢測與控制功能數字感知系統：基于大數據、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和物理—化學(xué)模型的巨型數字傳感系統，實(shí)現了現實(shí)物理世界全部物理量的數字孿生。
其中，決策控制單元能依據數字感知系統、感知信息和用戶(hù)輸入規則進(jìn)行智能決策，發(fā)出工藝控制參數調整指令，保證在既定的條件下得到控制目標值。
王國棟指出，物理系統的數字孿生是核心。工業(yè)4.0的數字感知系統能全面感知和掌控信息流、物質(zhì)流、能量流的全流程規律。全流程一體化CPS系統可以系統解決斷點(diǎn)和數據離線(xiàn)自動(dòng)采集等問(wèn)題，實(shí)現全流程一體化協(xié)調控制。
智能制造系統的主要功能：一是信息深度感知，即實(shí)現工藝質(zhì)量精準預報與在線(xiàn)狀態(tài)感知；二是數據處理存儲，即實(shí)現全流程工藝質(zhì)量數據采集與處理；三是網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)互通，包括5G的物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)連接萬(wàn)物與人；四是設備診斷維護，即實(shí)現設備健康狀態(tài)診斷與智能維護；五是質(zhì)量監控優(yōu)化，即實(shí)現質(zhì)量異常原因追溯與生產(chǎn)工藝優(yōu)化；六是精準協(xié)調控制，即實(shí)現質(zhì)量精準控制與多工序協(xié)調智能優(yōu)化；七是智能優(yōu)化決策，即實(shí)現橫向產(chǎn)供銷(xiāo)全流程一體、縱向各層次協(xié)同的智能優(yōu)化決策。
“建設鋼鐵工業(yè)信息系統，應按照鋼鐵生產(chǎn)的流程，在主要的生產(chǎn)環(huán)節建立可以進(jìn)行智能感知、決策、控制的智能體，實(shí)現對各環(huán)節的智能控制。這些智能體包括：原料處理智能體、高爐冶煉智能體、煉鋼—連鑄智能體、熱軋智能體、冷軋智能體、熱處理智能體。鋼企應將各智能體組成涵蓋整個(gè)流程的多智能體，實(shí)現各智能體之間的銜接、協(xié)調、平衡、優(yōu)化?！蓖鯂鴹澖ㄗh。
來(lái)源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)
編輯：楊凱
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