人(rén)工智能(néng)在冶金(jīn)自動化(huà)中的應用

人(rén)工智能(néng)(ArtificialIntelligence，AI)在自動化(huà)方面的應用，即智能(néng)自動化(huà)，是一(yī)類無需人(rén)的幹預就(jiù)能(néng)驅動智能(néng)機器(qì)或系統自主實現(xiàn)其目标的過程和技術，是人(rén)工智能(néng)的一(yī)個(gè)重要應用領域，也(yě)是冶金(jīn)自動化(huà)的重要發展方向。

智能(néng)自動化(huà)能(néng)夠進一(yī)步改善産品質量，提高經濟效益，減輕勞動強度，保護生(shēng)态環境，是國民(mín)經濟可持續發展的必然選擇，也(yě)是發展冶金(jīn)自動化(huà)的必由之路(lù)。本文介紹智能(néng)自動化(huà)的主要領域和冶金(jīn)智能(néng)化(huà)的進展，并提出冶金(jīn)智能(néng)化(huà)發展的某些(xiē)戰略思考。

人(rén)工智能(néng)在冶金(jīn)自動化(huà)中的應用

1.智能(néng)自動化(huà)的主要領域

與冶金(jīn)智能(néng)化(huà)比較密切相關(guān)的人(rén)工智能(néng)領域包括以下(xià)幾個(gè)方面。

(1)專家系統(ExpertSystems)。專家系統是一(yī)類智能(néng)計算(suàn)機程序系統，基于規則的專家系統是專家系統的典型代表，也(yě)是冶金(jīn)專家系統的基礎技術。

(2)計算(suàn)智能(néng)(ComputationalIntelligence，CI)。計算(suàn)智能(néng)是各種基于仿生(shēng)算(suàn)法的人(rén)工智能(néng)技術，它基于生(shēng)物進化(huà)的進化(huà)計算(suàn)機制和生(shēng)理(lǐ)學的人(rén)工神經網絡機制，依賴數據而不是知識進行思維行為(wèi)研究。

(3)分(fēn)布式人(rén)工智能(néng)(DistributedAI，DAI)。分(fēn)布式人(rén)工智能(néng)是分(fēn)布式計算(suàn)與人(rén)工智能(néng)結合的結果。DAI在于構造描述自然系統、社會系統以及人(rén)－自然－社會關(guān)系系統的精确概念模型，研究由多個(gè)問題求解實體(tǐ)組成的系統中各實體(tǐ)間(jiān)的交互作(zuò)用以及知識和動作(zuò)的分(fēn)布與協作(zuò)，以提高系統的整體(tǐ)性能(néng)。

(4)機器(qì)學習(MachineLearning)。機器(qì)學習是研究用機器(qì)模拟人(rén)類的學習活動、獲取知識和技能(néng)，用于改善系統性能(néng)的學科理(lǐ)論和方法。

(5)機器(qì)人(rén)學(Robotics)。機器(qì)人(rén)學是一(yī)門研究機器(qì)人(rén)原理(lǐ)、技術及其應用的學科，也(yě)是一(yī)門高度交叉的學科，在各行各業獲得非常廣泛的應用。

(6)模式識别和機器(qì)視(shì)覺(PatternRcognitionandMachineVision)。模式識别是一(yī)門研究用計算(suàn)機識别各種物理(lǐ)對象或過程的學科，它使計算(suàn)機具有代替人(rén)類或幫助人(rén)類感知外部信息模式的能(néng)力，是對人(rén)類感知外界功能(néng)的模拟；機器(qì)視(shì)覺又稱為(wèi)計算(suàn)機視(shì)覺，是計算(suàn)機根據輸入的二維圖像來(lái)分(fēn)析和理(lǐ)解自然的三維物景的過程和技術。

(7)智能(néng)控制(IntelligentControl)。智能(néng)控制是應用計算(suàn)機模拟人(rén)類智能(néng)，實現(xiàn)人(rén)類腦力勞動和體(tǐ)力勞動自動化(huà)的一(yī)個(gè)重要領域，它代表了(le)自動控制的最新(xīn)發展階段。冶金(jīn)軋制和冶煉過程智能(néng)控制是智能(néng)控制的一(yī)個(gè)突出領域。

(8)智能(néng)決策與調度(IntelligentDecisionandScheduling)。智能(néng)決策系統是一(yī)種應用人(rén)工智能(néng)和智能(néng)系統技術協助管理(lǐ)和指揮人(rén)員(yuán)進行決策的計算(suàn)機程序系統。冶金(jīn)工業的資源和生(shēng)産智能(néng)調度是其中一(yī)個(gè)值得開發的重要課題。

(9)智能(néng)信息管理(lǐ)(IntelligentInformationManagement)。智能(néng)信息管理(lǐ)是人(rén)工智能(néng)、管理(lǐ)科學、系統工程、計算(suàn)技術、通信技術、軟件工程與信息工程等多學科、多技術相互結合和相互滲透而産生(shēng)的一(yī)門新(xīn)技術、新(xīn)學科，是現(xiàn)代管理(lǐ)科學技術發展的新(xīn)動向。

2.冶金(jīn)智能(néng)化(huà)的進展

智能(néng)化(huà)技術可以廣泛應用于冶金(jīn)自動化(huà)過程，例如(rú)，各種冶金(jīn)專家系統、鋼鐵冶煉和軋制過程智能(néng)控制、礦井智能(néng)安全監控與災害處置、基于模式識别和機器(qì)視(shì)覺的冶金(jīn)生(shēng)産系統、冶金(jīn)智能(néng)機器(qì)人(rén)等等。

2.1冶金(jīn)專家系統

專家系統已在冶金(jīn)工業生(shēng)産中獲得十分(fēn)普遍的應用。美國、德國、日本、印度和中國等國都開發和應用了(le)許多先進的高爐系統，已把專家系統技術用于高爐建模、監控與診斷等。

利用知識與數學建模相結合方法建立的煉鋼成分(fēn)設計專家系統，能(néng)夠協助工程師快(kuài)速确定滿足客戶特殊要求的煉鋼目标成分(fēn)并優化(huà)熱軋工藝，從而提高新(xīn)産品的開發效率。

專家系統還廣泛應用于冶金(jīn)生(shēng)産的其他領域，如(rú)轉爐氧槍吹煉、爐外精煉、鐵水脫硫、燒結礦配料優化(huà)、鏈條爐控制策略、冶金(jīn)工廠設計、焊接工藝設計、冶金(jīn)機械故障診斷、鋁電解槽參數優化(huà)與控制等。

2.2冶煉和軋制過程智能(néng)控制

模糊邏輯、人(rén)工神經網絡、進化(huà)計算(suàn)及其集成智能(néng)化(huà)模型，已在冶金(jīn)工業生(shēng)産中獲得，包括對冶金(jīn)生(shēng)産過程的建模和控制等。這(zhè)些(xiē)“軟計算(suàn)”已經用于軋鋼産品質量建模、加熱爐溫度控制、電弧爐鋼溫控制、高爐爐頂壓力控制、半固态鎂合金(jīn)闆帶雙輥連鑄控制、鋁軋機雙機架自适應張力控制、碳鋼冷軋機煤氣加壓站(zhàn)控制、套窯溫度均衡控制、鋁電解廠排煙(yān)控制、轉爐煤氣溫度控制、燒結過程控制等，取得了(le)良好(hǎo)(hǎo)的現(xiàn)場(chǎng)應用效果。

2.3礦井智能(néng)安全監控與災害處置系統

國内雖然對礦山智能(néng)安全系統的研究沒有形成規模和廣泛推廣應用，但(dàn)已經開始了(le)礦山安全方面的研究，提出的基于神經網絡的礦井安全預測方法能(néng)夠降低(dī)人(rén)工救援風(fēng)險，提高救援系統應對災害的能(néng)力。礦井生(shēng)産系統是一(yī)個(gè)涉及很多因素的複雜系統，不同因素之間(jiān)存在相互關(guān)聯，因此，煤礦安全預測是一(yī)個(gè)典型的非線性問題。而神經網絡是一(yī)個(gè)典型的非線性動力學系統，能(néng)夠利用曆史的訓練樣例對未來(lái)趨勢進行準确的預測，非常适于解決礦井安全預測問題。

針對煤礦環境提出的一(yī)種新(xīn)型煤礦災害處置系統，是基于模塊化(huà)異構多機器(qì)人(rén)的煤礦災害處置系統。該系統基于功能(néng)已知的基本單元，采用模塊化(huà)組合構成不同結構的成員(yuán)機器(qì)人(rén)，再由多個(gè)成員(yuán)機器(qì)人(rén)形成多機器(qì)人(rén)系統。系統具有構建簡單、模塊體(tǐ)積小、模塊結構多樣等特點，适合煤礦井下(xià)災害處置的需要。

2.4基于模式識别和機器(qì)視(shì)覺的冶金(jīn)生(shēng)産系統

模式識别已在國外冶金(jīn)生(shēng)産過程中得到廣泛應用。國内基于模式識别和機器(qì)視(shì)覺的冶金(jīn)生(shēng)産系統包括冶金(jīn)材料的結構識别與成分(fēn)分(fēn)析、冶金(jīn)生(shēng)産過程的監控及産品質量檢驗、蒸汽管網壓降系數辨識等。例如(rú)，在寬厚闆噴碼自動識别系統、AOD爐終點預測、金(jīn)屬工件表面缺陷圖像處理(lǐ)系統等領域均有良好(hǎo)(hǎo)應用。

2.5冶金(jīn)智能(néng)機器(qì)人(rén)

工業機器(qì)人(rén)已在制造行業和其他部門，特别是在高溫、有毒、危險等惡劣環境中獲得日益廣泛的應用。近年來(lái)，各個(gè)先進工業國家争先推出發展機器(qì)人(rén)學的雄偉計劃，中國也(yě)制訂了(le)智能(néng)制造等發展戰略。目前，冶金(jīn)工業應用工業機器(qì)人(rén)還是不夠普遍，除鑄造、鍛造、搬運等作(zuò)業開始有應用智能(néng)機器(qì)人(rén)的試點外，還在礦井災害處置和礦井安全預測方面采用機器(qì)人(rén)系統。

3.冶金(jīn)智能(néng)化(huà)發展的某些(xiē)戰略思考

冶金(jīn)自動化(huà)已進入了(le)發展的“深水區”，面臨更大的難度與更高的要求。中國冶金(jīn)智能(néng)化(huà)今後的開發與應用方向需要注意以下(xià)幾方面：

(1)結合冶金(jīn)工業實際，貫徹中央實行結構調整與轉變發展方式的方針，推動冶金(jīn)工業的科技進步和企業轉型升級。

(2)繼續開發各類冶金(jīn)專家系統，例如(rú)，基于規則、模型和框架技術建立綜合專家系統，對于某些(xiē)應用，還可以結合網絡技術建立基于Web的綜合型專家系統，以不斷提高專家系統的技術水平和經濟效益。

(3)着力開發與應用基于計算(suàn)智能(néng)技術的各種智能(néng)建模、優化(huà)與控制系統。

(4)推廣應用冶金(jīn)智能(néng)機器(qì)人(rén)。

(5)在現(xiàn)有的經驗和技術的基礎上(shàng)，全面規劃，加大全國冶金(jīn)工業的智能(néng)化(huà)步伐，加速冶金(jīn)智能(néng)化(huà)進程。

(6)積極進行冶金(jīn)生(shēng)産科學研究工作(zuò)，開發過程軟件，尤其是智能(néng)化(huà)軟件。

(7)對已有企業信息管理(lǐ)系統進行更新(xīn)換代的技術改造，采用更先進的現(xiàn)代管理(lǐ)理(lǐ)念和先進管理(lǐ)技術，實現(xiàn)對企業的智能(néng)化(huà)和人(rén)性化(huà)管理(lǐ)，為(wèi)冶金(jīn)智能(néng)化(huà)和現(xiàn)代化(huà)保駕護航。

(8)要高度重視(shì)冶金(jīn)教育和人(rén)才培養。

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