基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究

扈然

摘 要：余熱鍋爐是當(dāng)前工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中利用廢氣、廢料或廢液中顯熱或者其他可燃物質(zhì)燃燒之后產(chǎn)生大量熱量的一種鍋爐類(lèi)型。隨著現(xiàn)代化技術(shù)及設(shè)備推廣使用，智能化余熱鍋爐在工業(yè)節(jié)能環(huán)保工作中所發(fā)揮的作用與日俱增。因而，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)無(wú)論是對(duì)于工業(yè)企業(yè)還是環(huán)保事業(yè)發(fā)展而言均具有重要的應(yīng)用價(jià)值及研究意義。為此，文章將著重從其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面展開(kāi)論述，分析基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分模塊構(gòu)成，以為其他設(shè)計(jì)研究工作提供幫助。

關(guān)鍵詞：知識(shí)工程；余熱鍋爐；智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)

前言

余熱鍋爐（Heat Recovery Steam Generator，HRSG）因其能夠有效利用工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種廢棄物質(zhì)繼續(xù)生熱，可以為其創(chuàng)造出更為良好的經(jīng)濟(jì)效益，因而被工業(yè)企業(yè)所廣泛關(guān)注并已經(jīng)應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域之中。為此，文章將從用戶(hù)界面層、功能層以及基礎(chǔ)資源層對(duì)基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)展開(kāi)進(jìn)一步分析，從而探究在現(xiàn)代化、智能化技術(shù)條件下余熱鍋爐的設(shè)計(jì)思路，在豐富當(dāng)前現(xiàn)有研究體系內(nèi)容的同時(shí)，為智能化余熱鍋爐進(jìn)一步推廣使用積累經(jīng)驗(yàn)。

1 基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層分析

1.1 用戶(hù)界面層

用戶(hù)界面層位于本次研究中所設(shè)計(jì)的基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)最頂層。其所具有的功能主要是在系統(tǒng)與用戶(hù)之間搭建良好的交互渠道，利用直觀清晰的人機(jī)交互（Human-Computer Interaction，HCI）界面來(lái)實(shí)現(xiàn)具體參數(shù)的設(shè)置、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)以及各種數(shù)據(jù)信息的反饋等。其設(shè)計(jì)的具體原則如下：

首先，以用戶(hù)為服務(wù)中心原則。鑒于余熱鍋爐的應(yīng)用主要集中在工業(yè)企業(yè)，特別是在金屬/礦石冶煉、機(jī)械加工、造紙等行業(yè)，產(chǎn)生的大量高溫物質(zhì)仍然在不斷散發(fā)熱量，通過(guò)余熱鍋爐可以利用廢棄物質(zhì)進(jìn)一步發(fā)揮余熱，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到工業(yè)企業(yè)具體工作內(nèi)容以及操作人員特征，根據(jù)實(shí)際情況促使用戶(hù)參與到開(kāi)發(fā)過(guò)程中，以使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具針對(duì)性。

其次，順序原則。在用戶(hù)界面層，其設(shè)計(jì)應(yīng)按照事件的具體處理順序以及訪問(wèn)查看的順序來(lái)實(shí)施，如：由整體到單項(xiàng)、由大到小、由上層到下層等。只有按照相應(yīng)的順序才能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)界面的有效交互，幫助操作者提高操作效率，保證余熱鍋爐處在安全運(yùn)行狀態(tài)之中。

第三，功能性原則。依據(jù)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的不同，余熱鍋爐智能系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)以及相應(yīng)操作模塊應(yīng)在同一個(gè)顯示界面中具有直觀清晰的表示，在有必要的情況下需滿(mǎn)足多項(xiàng)人機(jī)對(duì)話與信息交互的同時(shí)性功能需求。此外，在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)將功能區(qū)進(jìn)一步細(xì)分，逐層顯示提示信息以及相關(guān)的功能內(nèi)容、操作要點(diǎn)等，提高用戶(hù)界面層的易操作性。

第四，面向?qū)ο笤瓌t。由于工業(yè)企業(yè)中管理者具體崗位以及重要性存在顯著差異性，因而在設(shè)計(jì)之初就需要考慮其身份特征以及相應(yīng)的工作性質(zhì)，并在不同界面中采取彈出式窗口顯示提示、引導(dǎo)和幫助信息的方式提升系統(tǒng)交互水平[1]。

1.2 功能層

功能層是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，其主要包括各個(gè)子系統(tǒng)功能模塊、參數(shù)化設(shè)置模塊、知識(shí)管理模塊以及用戶(hù)管理模塊。各個(gè)模塊的具體功能描述如下：

子系統(tǒng)功能模塊。在文章設(shè)計(jì)的基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)中除了包括機(jī)械本體部分受熱面管理外，還包括了數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等子系統(tǒng)模塊，所以設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)在一級(jí)系統(tǒng)單元下預(yù)設(shè)二級(jí)甚至是三級(jí)子系統(tǒng)應(yīng)用模塊并預(yù)留出足夠的升級(jí)改進(jìn)空間，以待未來(lái)科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展而對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)代化升級(jí)。子系統(tǒng)功能模塊最終所要實(shí)現(xiàn)的功能是為操作人員提供便捷服務(wù)，使得操作人員可以足不出戶(hù)即可掌控整個(gè)余熱鍋爐工作全過(guò)程。同時(shí)，依據(jù)工業(yè)企業(yè)具體生產(chǎn)計(jì)劃來(lái)及時(shí)變更設(shè)置參數(shù)，確保其所獲得的經(jīng)濟(jì)收益能夠達(dá)到最大化。

參數(shù)化設(shè)置模塊。在該模塊中參數(shù)設(shè)置頁(yè)面分為了參數(shù)說(shuō)明、參數(shù)數(shù)值以及變量名稱(chēng)三個(gè)顯示項(xiàng)目。而變量名稱(chēng)可以采用global+變量名進(jìn)行調(diào)用。其所起到的功能是操作人員根據(jù)日常生產(chǎn)計(jì)劃安排及時(shí)調(diào)整余熱鍋爐工作狀態(tài)以及電力能源供給功率，使得系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中相關(guān)參數(shù)能夠與工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃相一致，既不過(guò)多浪費(fèi)電力能源，又不會(huì)降低廢棄物質(zhì)發(fā)熱效率，經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保工作能夠?qū)崿F(xiàn)有效平衡，最終達(dá)到“雙贏”的目的。

知識(shí)管理模塊。知識(shí)管理模塊主要是將余熱鍋爐日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中反饋回來(lái)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份存儲(chǔ)，同時(shí)將特定文件存放在數(shù)據(jù)庫(kù)之中以方便用戶(hù)日常檢索與利用。同時(shí)該模塊還添加了余熱鍋爐故障問(wèn)題信息以及解決措施的提示功能，一旦當(dāng)余熱鍋爐在使用過(guò)程中發(fā)生機(jī)械故障或者電路故障，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置的相關(guān)資料及時(shí)判斷故障位置并將其提示給操作人員，從而促使其在最短時(shí)間內(nèi)解決存在的故障問(wèn)題，恢復(fù)余熱鍋爐的正常工作。

用戶(hù)管理模塊。用戶(hù)管理模塊主要是針對(duì)工業(yè)企業(yè)不同崗位人員的具體職能以及權(quán)限進(jìn)行管理，從而賦予其與身份相匹配的工作權(quán)限。以高層管理者為例，其擁有查看整個(gè)系統(tǒng)任何功能模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)信息的權(quán)利，并根據(jù)余熱鍋爐工作成果來(lái)反推日常生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，繼而實(shí)施針對(duì)性的改進(jìn)。而基層的操作人員或者維修人員則實(shí)施具有基本的操作、查看/設(shè)置相關(guān)參數(shù)、維修的權(quán)限，并不能進(jìn)一步對(duì)核心數(shù)據(jù)心信息進(jìn)行檢索，以此來(lái)保障工業(yè)企業(yè)核心數(shù)據(jù)安全以及系統(tǒng)運(yùn)行的安全系數(shù)。

1.3 基礎(chǔ)資源層

基礎(chǔ)資源層是該系統(tǒng)功能層的支持部分，涵蓋了余熱鍋爐各種故障實(shí)例、相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置規(guī)則、故障信息運(yùn)算處理模型、數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)等方面內(nèi)容[2]。其所起到的具體功能則是輔助系統(tǒng)運(yùn)行以及相應(yīng)故障問(wèn)題的解決，并作為新增實(shí)例信息更新存儲(chǔ)部位。

2 基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)解析

在文章針對(duì)基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，其所使用的關(guān)鍵技術(shù)為基于實(shí)例的推理技術(shù)（Case Base Reasoning，CBR）。其主要是根據(jù)以往余熱鍋爐各種故障以及設(shè)計(jì)成功實(shí)例來(lái)檢索出與當(dāng)前該鍋爐使用過(guò)程中發(fā)生問(wèn)題最為接近的實(shí)例作為初始解，經(jīng)過(guò)不斷對(duì)初始解進(jìn)行修改，以此來(lái)符合現(xiàn)有存在的問(wèn)題，以此來(lái)為新問(wèn)題發(fā)生后的解決提供幫助。具體操作步驟為用戶(hù)根據(jù)相應(yīng)特征將信息輸入到系統(tǒng)之中與已經(jīng)存在的實(shí)例進(jìn)行匹配，例如：鍋爐結(jié)構(gòu)形式、余熱煙氣量/溫度、額定蒸發(fā)量/蒸汽壓力等[3]。系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)算模型進(jìn)行處理，計(jì)算灰關(guān)聯(lián)系數(shù)。當(dāng)灰關(guān)聯(lián)系數(shù)大于閾值時(shí)，即將提示匹配成功，從而得到相應(yīng)問(wèn)題的相似解。之后結(jié)合操作人員干預(yù)調(diào)整之后的參數(shù)得出最終解決方案，以此來(lái)提升其處理效率及能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于知識(shí)工程的余熱鍋爐智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)是當(dāng)前工業(yè)企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效率的有效途徑之一，因而需要引起足夠的重視并加大科研投入支持力度，以此來(lái)不斷推陳出新，設(shè)計(jì)出更加適合其生產(chǎn)與發(fā)展的余熱鍋爐智能系統(tǒng)。希望此次研究能夠?yàn)樵撓到y(tǒng)的推廣應(yīng)用略盡綿薄之力。

參考文獻(xiàn)

[1]譚尚拓，仲梁維.基于模塊化的余熱鍋爐快速機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，14（4）：432-435.

[2]王國(guó)珍.貴冶閃速爐余熱鍋爐改造[J].銅業(yè)工程，2014，11（6）：22-25.

[3]賈禮鳳，趙高暉，仲梁維.基于模塊化的余熱鍋爐快速設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015，25（2）：34-36.