王国栋:钢铁工业信息系统必须是全流程、一体化

  • 发布时间:2019-10-19 13:52:52

“近年来,中国钢铁工业已经形成了信息技术集成、过程技术集成和全生命周期技术集成的三维技术集成。这些技术集成是信息化的基础。因此,钢铁行业是最接近智能的行业,也是实现智能的最佳条件。对情报的需求也是最迫切的。”9月27日,中国工程院院士、东北大学教授王国栋在2019(5)中国冶金报、唐山市工业和信息化局联合主办、乾安九江线材有限公司联合主办的中国钢铁工业互联网升级推广大会上表示

钢铁行业智能制造平台架构

王国栋介绍了钢铁行业智能制造的平台架构。

在他看来,智能具有以下特征:首先,它具有感知能力,即感知外部世界和获取外部信息的能力,这是智能活动产生的前提和必要条件。第二,它具有记忆和思维能力,也就是说,它可以储存感知的外部信息和思维产生的知识。同时,它可以利用现有的知识来分析、计算、比较、判断、关联信息并做出决策。第三,他们有能力学习和适应自己,也就是说,通过与环境的互动,他们可以不断地学习和积累知识,以便他们能够适应环境的变化。第四是做出行为决策的能力,也就是说,对外部刺激做出反应,形成决策并传达相应的信息。

智能控制的核心是网络物理系统(cps)。系统的总体架构是:感知(物理)层、网络层和计算层。通过整合感知、计算、通信、控制、自动控制等先进的信息技术,构建了一个复杂的系统,其中物理空间与信息空间地图中的人、机、物、环境、信息等要素相互作用,适时互动,高效协作,从而实现系统中资源分配和运行的按需响应、快速迭代和动态优化。目前,冶金企业嵌入式工业控制系统由物理层、网络层、计算控制层和应用层组成。

王国栋指出,构建智能制造平台的原则是充分利用企业现有系统和现有数据,采用先进的智能制造技术,增强网络连通性和数据采集与处理,开发cps系统的数字双胞胎,即数字感知系统,从而将企业现有系统升级为具有自学习、自适应和自组织的智能系统,实现全过程智能制造,促进企业的高质量发展。

第二是实现真正的智能。在实施全过程集成智能制造的过程中,企业应该在满足系统功能需求的前提下,对现有的企业资源规划(erp)、制造执行系统(mes)、过程控制、基础自动化等系统逐步稳定地进行软件改造,使其具备感知能力、记忆和思维能力、学习能力、自适应能力和行为决策能力,成为真正的智能系统。

钢铁工业是一个过程工业,因此钢铁工业的信息系统必须是完整和集成的,能够实现对物流、信息流和能量流的综合分析、控制和管理王国栋强调。

他进一步指出,随着技术手段的丰富和计算能力的提高,解决问题的方式将从传统的将复杂问题划分为相对简单的不同层次、逐层解决问题的方式转变为“跨层、跨领域”的扁平化发展方式。

平面双层架构是“云智能层”和“本地决策层”。云智能层具有低实时性的mes、erp和bi功能,可以实现质量、设备能力、成本、资源和人力资源的综合协调。“本地决策层”具有高实时pcs(过程控制系统)、ba(建筑设备自动控制系统)和传感器等功能,辅以人工智能和大数据等新技术,增强计算能力和实时性。两级之间的在线实时动态调整灵活协调,提高了质量和效率。

为了更好地实现扁平化发展,企业需要边缘计算。边缘计算的应用可以实现对近场设备、设备和系统的智能控制,解决网络延迟带来的不确定性问题,减轻云的负担,并考虑云计算与终端的合作。

钢铁智能制造平台的核心是数字传感系统

在智能化发展的过程中,钢铁企业面临着一些问题。王国栋指出,钢铁行业是一个多流程、长流程的行业,钢铁生产过程是整个过程的“黑匣子”。熔炼反应器、连铸连轧工件内部的化学反应和物理变化以及相关的重要参数是不可见的、无形的和不可预测的,对实时和内部信息的感知极其缺乏。目前,系统中使用的模型大多是理论模型或经验模型,不确定性大,预测精度差。高精度动态协调控制难以实现,控制决策粗糙甚至盲目。由于工艺条件和设备运行条件的复杂变化,生产条件也会发生变化,工艺输入条件、状态变量和控制目标之间的关系也很复杂。

“数字感知为我们提供了新的思路和可行的方法,通过使用大数据、互联网、云计算、人工智能等现代信息技术来克服以前无法逾越的障碍,并为冶金和其他行业的精确感知和控制提供了理想的解决方案。”王国栋还说,“在信息流的控制下,物质流和能量流有化学反应或物理作用,所以物质流、能量流和信息流的统一解可以通过足够精确地求解基于物理化学反应的数学模型来获得。”

由于不确定性、强非线性和极端复杂性的特点,钢铁行业的数学模型必须与ai/大数据相结合,以数学模型为基础,利用人工智能和实测大数据进行优化,才能有效实现高精度数字感知,破解钢铁行业的“黑匣子”系统。

cps系统的基本组件包括传感器、执行器和决策控制单元。基本组件结合反馈回路控制机制构成cps的基本功能逻辑单元,执行最基本的检测和控制功能数字传感系统:基于大数据、人工智能、物联网和物理化学模型的巨型数字传感系统,实现现实物理世界中所有物理量的数字孪生。

其中,决策控制单元可以根据数字传感系统、传感信息和用户输入规则进行智能决策,并发出过程控制参数调整指令,确保在给定条件下获得控制目标值。

王国栋指出物理系统的数字双胞胎是核心。工业4.0数字传感系统能够全面感知和控制信息流、物流和能量流的全过程规律。全过程集成cps系统可以系统地解决断点和离线自动数据采集等问题。,实现全过程集成协调控制。

智能制造系统的主要功能有:一是信息深度感知,即过程质量的准确预测和在线状态感知;二是数据处理和存储,即数据收集和处理的全过程质量。第三,互联网是互联的,包括5g物联网和连接一切和人的互联网。第四,设备诊断与维护,即设备健康状态诊断和智能维护;第五,质量监控与优化,即跟踪质量异常的原因,优化生产过程;第六,精确协调控制,即实现精确的质量控制和多过程协调的智能优化;第七是智能优化决策,即实现横向生产、供销全过程一体化和纵向水平协调的智能优化决策。

“要建立钢铁行业的信息系统,应根据钢铁生产过程,在主要生产环节建立具有智能感知、决策和控制能力的代理,实现各个环节的智能控制。这些药剂包括:原料处理剂、高炉冶炼剂、炼钢连铸剂、热轧剂、冷轧剂和热处理剂。钢铁企业应形成覆盖全过程的多主体,实现主体之间的联系、协调、平衡和优化。”王国栋建议道。

来源:我的钢铁期货

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