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人工智能在冶金自動化中的應用

人工智能(ArtificialIntelligence，AI)在自動化方面的應用，即智能自動化，是一類無需人的干預就能驅(qū)動智能機器或系統(tǒng)自主實現(xiàn)其目標的過程和技術(shù)，是人工智能的一個重要應用領(lǐng)域，也是冶金自動化的重要發(fā)展方向。

智能自動化能夠進一步改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益，減輕勞動強度，保護生態(tài)環(huán)境，是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，也是發(fā)展冶金自動化的必由之路。本文介紹智能自動化的主要領(lǐng)域和冶金智能化的進展，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化中的應用

1.智能自動化的主要領(lǐng)域

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

(1)專家系統(tǒng)(ExpertSystems)。專家系統(tǒng)是一類智能計算機程序系統(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)的基礎技術(shù)。

(2)計算智能(ComputationalIntelligence，CI)。計算智能是各種基于仿生算法的人工智能技術(shù)，它基于生物進化的進化計算機制和生理學的人工神經(jīng)網(wǎng)絡機制，依賴數(shù)據(jù)而不是知識進行思維行為研究。

(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)、社會系統(tǒng)以及人－自然－社會關(guān)系系統(tǒng)的精確概念模型，研究由多個問題求解實體組成的系統(tǒng)中各實體間的交互作用以及知識和動作的分布與協(xié)作，以提高系統(tǒng)的整體性能。

(4)機器學習(MachineLearning)。機器學習是研究用機器模擬人類的學習活動、獲取知識和技能，用于改善系統(tǒng)性能的學科理論和方法。

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

(6)模式識別和機器視覺(PatternRcognitionandMachineVision)。模式識別是一門研究用計算機識別各種物理對象或過程的學科，它使計算機具有代替人類或幫助人類感知外部信息模式的能力，是對人類感知外界功能的模擬；機器視覺又稱為計算機視覺，是計算機根據(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)。智能控制是應用計算機模擬人類智能，實現(xiàn)人類腦力勞動和體力勞動自動化的一個重要領(lǐng)域，它代表了自動控制的發(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行決策的計算機程序系統(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、系統(tǒng)工程、計算技術(shù)、通信技術(shù)、軟件工程與信息工程等多學科、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)、新學科，是現(xiàn)代管理科學技術(shù)發(fā)展的新動向。

2.冶金智能化的進展

智能化技術(shù)可以廣泛應用于冶金自動化過程，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)控與災害處置、基于模式識別和機器視覺的冶金生產(chǎn)系統(tǒng)、冶金智能機器人等等。

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用。美國、德國、日本、印度和中國等國都開發(fā)和應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。

利用知識與數(shù)學建模相結(jié)合方法建立的煉鋼成分設計專家系統(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、冶金工廠設計、焊接工藝設計、冶金機械故障診斷、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、進化計算及其集成智能化模型，已在冶金工業(yè)生產(chǎn)中獲得，包括對冶金生產(chǎn)過程的建模和控制等。這些“軟計算”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、鋁軋機雙機架自適應張力控制、碳鋼冷軋機煤氣加壓站控制、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)場應用效果。

2.3礦井智能安全監(jiān)控與災害處置系統(tǒng)

國內(nèi)雖然對礦山智能安全系統(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)絡的礦井安全預測方法能夠降低人工救援風險，提高救援系統(tǒng)應對災害的能力。礦井生產(chǎn)系統(tǒng)是一個涉及很多因素的復雜系統(tǒng)，不同因素之間存在相互關(guān)聯(lián)，因此，煤礦安全預測是一個典型的非線性問題。而神經(jīng)網(wǎng)絡是一個典型的非線性動力學系統(tǒng)，能夠利用歷史的訓練樣例對未來趨勢進行準確的預測，非常適于解決礦井安全預測問題。

針對煤礦環(huán)境提出的一種新型煤礦災害處置系統(tǒng)，是基于模塊化異構(gòu)多機器人的煤礦災害處置系統(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)的成員機器人，再由多個成員機器人形成多機器人系統(tǒng)。系統(tǒng)具有構(gòu)建簡單、模塊體積小、模塊結(jié)構(gòu)多樣等特點，適合煤礦井下災害處置的需要。

2.4基于模式識別和機器視覺的冶金生產(chǎn)系統(tǒng)

模式識別已在國外冶金生產(chǎn)過程中得到廣泛應用。國內(nèi)基于模式識別和機器視覺的冶金生產(chǎn)系統(tǒng)包括冶金材料的結(jié)構(gòu)識別與成分分析、冶金生產(chǎn)過程的監(jiān)控及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、蒸汽管網(wǎng)壓降系數(shù)辨識等。例如，在寬厚板噴碼自動識別系統(tǒng)、AOD爐終點預測、金屬工件表面缺陷圖像處理系統(tǒng)等領(lǐng)域均有良好應用。

2.5冶金智能機器人

工業(yè)機器人已在制造行業(yè)和其他部門，特別是在高溫、有毒、危險等惡劣環(huán)境中獲得日益廣泛的應用。近年來，各個工業(yè)國家爭先推出發(fā)展機器人學的雄偉計劃，中國也制訂了智能制造等發(fā)展戰(zhàn)略。目前，冶金工業(yè)應用工業(yè)機器人還是不夠普遍，除鑄造、鍛造、搬運等作業(yè)開始有應用智能機器人的試點外，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

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

(1)結(jié)合冶金工業(yè)實際，貫徹實行結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的方針，推動冶金工業(yè)的科技進步和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

(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)，對于某些應用，還可以結(jié)合網(wǎng)絡技術(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)濟效益。

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

(4)推廣應用冶金智能機器人。

(5)在現(xiàn)有的經(jīng)驗和技術(shù)的基礎上，全面規(guī)劃，加大全國冶金工業(yè)的智能化步伐，加速冶金智能化進程。

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

(7)對已有企業(yè)信息管理系統(tǒng)進行更新?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)，實現(xiàn)對企業(yè)的智能化和人性化管理，為冶金智能化和現(xiàn)代化保駕護航。

(8)要高度重視冶金教育和人才培養(yǎng)。

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