冶金工程設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

吳思遠

摘 要：冶金工程設(shè)計對促進冶金工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有特殊的重要作用。中國已經(jīng)具備了現(xiàn)代大型鋼鐵廠的流程設(shè)計、工藝設(shè)計、設(shè)備設(shè)計以及系統(tǒng)集成能力，創(chuàng)建并應(yīng)用動態(tài)-精準(zhǔn)設(shè)計體系，建立了現(xiàn)代冶金廠工程設(shè)計理念、理論和設(shè)計方法，設(shè)計建設(shè)了具有國際先進水平的新一代可循環(huán)鋼鐵廠，在流程高效化、生產(chǎn)集約化、裝備大型化等 方面取得顯著成效。與此同時，冶金關(guān)鍵單元技術(shù)和工程化集成技術(shù)得到重點突破，在關(guān)鍵、共性、重大技術(shù)領(lǐng)域取 得一系列科技成果，對冶金工程設(shè)計的理論與實踐提供了有效支撐。未來中國冶金工程設(shè)計應(yīng)以冶金流程工程學(xué)和動態(tài)-精準(zhǔn)設(shè)計理論與方法為核心，構(gòu)建冶金工程設(shè)計創(chuàng)新理念、理論及設(shè)計方法的完整體系。

關(guān)鍵詞：冶金流程；工程設(shè)計；設(shè)計理論；設(shè)計方法；技術(shù)創(chuàng)新

前言：中國冶金工程設(shè)計體系在20 世紀(jì)50 年代由前蘇聯(lián)引入，長期以來基本沿用前蘇聯(lián)的設(shè)計理論和設(shè)計方法。20 世紀(jì)80 年代以后，隨著寶鋼工程的設(shè)計建設(shè)，中國冶金工程設(shè)計又相繼引入了日本和歐洲的設(shè)計方法，但仍屬傳統(tǒng)的“靜態(tài)-分割”設(shè)計方法，即靜態(tài)的半經(jīng)驗、半理論的設(shè)計方法。進入21 世紀(jì)以后，中國著名冶金學(xué)家殷瑞鈺院士創(chuàng)立了冶金流程工程學(xué)[1]，繼而結(jié)合新一代鋼鐵制造流程的系統(tǒng)研究和首鋼京唐鋼鐵廠工程的設(shè)計建設(shè)，提出了基于動態(tài)-精準(zhǔn)設(shè)計體系的新一代冶金工程設(shè)計理論和方法。中國冶金工程設(shè)計經(jīng)歷了近60 年的發(fā)展，目前正在形成以冶金流程工程學(xué)、冶金流程集成理論與方法、工程哲學(xué)[6]等理論為基礎(chǔ)的具有一定國際影響的學(xué)科體系。

1、冶金工程設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀

1.1冶金工程設(shè)計總體進展

進入21 世紀(jì)以后，在中國冶金工藝技術(shù)裝備大型化、現(xiàn)代化的同時，冶金流程工程理論研究也取得重大突破。在冶金制造流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究和多項冶金領(lǐng)域關(guān)鍵、共性、重大技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了以整個鋼鐵制造全流程中物質(zhì)流、能量流和信息流實現(xiàn)“動態(tài)-有序”、“高效-協(xié)同”、“連續(xù)-緊湊”運行為核心的冶金流程工程學(xué)。冶金流程工程學(xué)和冶金流程集成理論與方法已作為現(xiàn)代冶金工程設(shè)計學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)，成為指導(dǎo)和構(gòu)建冶金廠流程設(shè)計、總圖布置、工藝裝備選擇、流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化的核心思想體系。

目前，中國冶金工程設(shè)計已經(jīng)具備了現(xiàn)代大型鋼鐵廠的流程設(shè)計、工藝設(shè)計、設(shè)備設(shè)計以及系統(tǒng)集成能力。然而中國鋼鐵工業(yè)正在經(jīng)歷從單純追求數(shù)量到主要追求市場競爭力的過程，圍繞工藝流程創(chuàng)新、產(chǎn)品開發(fā)、節(jié)能降耗、環(huán)境保護等領(lǐng)域提出的設(shè)計要求越來越高，同時海外市場與國外大型設(shè)計公司的競爭日趨激烈，繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的設(shè)計理念、理論和方法難以滿足鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級的需求，也難以在國際競爭中占有相對優(yōu)勢，這就需要從更高、更廣闊的視野以及工程本質(zhì)的研究上提出新的設(shè)計理論，從而提升整個行業(yè)的設(shè)計水平。

1.2冶金工程設(shè)計發(fā)展特征

1.2.1冶金工程設(shè)計的理論創(chuàng)新

基于冶金流程工程學(xué)、工程哲學(xué)等理論，冶金工程設(shè)計建立了新的工程理念和技術(shù)理念。設(shè)計是工程的原工程，工程設(shè)計是工程建設(shè)的靈魂，是對項目建設(shè)進行全過程的詳細策劃和表述項目建設(shè)意圖的過程，是科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是體現(xiàn)技術(shù)和經(jīng)濟雙重科學(xué)性的關(guān)鍵要素，是實現(xiàn)項目建設(shè)目標(biāo)的決定性環(huán)節(jié)。

沒有現(xiàn)代化的設(shè)計，就沒有現(xiàn)代化的建設(shè)。科學(xué)合理的工程設(shè)計，對加快工程項目的建設(shè)速度、提高工程建設(shè)質(zhì)量、節(jié)約建設(shè)投資、保證項目順利投產(chǎn)并取得較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益具有快定性作用。鋼鐵廠的競爭和創(chuàng)新表象上體現(xiàn)在產(chǎn)品和市場，其根源卻來自于設(shè)計理念、設(shè)計過程和制造過程，工程設(shè)計正在成為市場競爭的始點，設(shè)計的競爭和創(chuàng)新關(guān)鍵在于工程復(fù)雜系統(tǒng)的多目標(biāo)群優(yōu)化。

1.2.2工程設(shè)計方法的創(chuàng)新

應(yīng)用動態(tài)-精準(zhǔn)設(shè)計理論、方法和先進設(shè)計手段，采用三維動態(tài)計算機輔助設(shè)計、模擬仿真技術(shù)、計劃網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)和有限元計算分析軟件等現(xiàn)代設(shè)計方法，提高工程設(shè)計動態(tài)-精準(zhǔn)設(shè)計程度。時間管理對制造流程中多因子“物質(zhì)流”運行的緊湊-連續(xù)性具有決定性的影響，在鋼鐵制造流程中，各工序、裝置運行過程在時間上的協(xié)調(diào)至關(guān)重要。時間在鋼鐵制造流程中的表現(xiàn)形式是以時間點、時間域、時間位、時間序、時間節(jié)奏、時間周期等形式表現(xiàn)出來。

解析時間的表現(xiàn)形式，要建立有效的鋼鐵廠信息調(diào)控系統(tǒng)。時間在鋼鐵制造流程中具有既是自變量又是目標(biāo)函數(shù)的兩重性，研究鋼鐵制造流程整體運行的本質(zhì)和運行規(guī)律，使鋼鐵制造流程中物質(zhì)流、能量流、信息流實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，使其“層流”運行，減少“紊流”運行狀態(tài)，從而提高鋼鐵制造流程的運行效率。

2、冶金工程設(shè)計發(fā)展展望

2.1冶金工程設(shè)計發(fā)展思路

未來一個時期，提高中國冶金工程設(shè)計創(chuàng)新能力的總體戰(zhàn)略思路應(yīng)當(dāng)是：以冶金流程工程學(xué)和動態(tài)-精準(zhǔn)設(shè)計理論和方法為核心，構(gòu)建中國冶金工程設(shè)計創(chuàng)新理念、理論及設(shè)計方法的完整體系。重視頂層設(shè)計和需求引導(dǎo)，結(jié)合中國新建或改建的鋼鐵廠工程建設(shè)項目，以實施冶金工程設(shè)計創(chuàng)新理念、理論及設(shè)計方法工程化技術(shù)集成創(chuàng)新為載體，結(jié)合鋼鐵制造過程的動態(tài)運行，完善新一代鋼鐵制造流程，全面提升中國冶金工程設(shè)計創(chuàng)新能力，以此帶動中國鋼鐵制造流程實現(xiàn)全面轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)變中國鋼鐵行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展增長方式，提高中國鋼鐵企業(yè)的市場競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。

2.2冶金工程設(shè)計發(fā)展目標(biāo)

今后一個時期，應(yīng)著力建立和完善現(xiàn)代鋼鐵廠的“3 個功能”，現(xiàn)代鋼鐵廠的設(shè)計目標(biāo)不應(yīng)局限于單一的鋼鐵制造功能，更應(yīng)具有多重目標(biāo)的屬性，即：滿足市場需求，提高企業(yè)核心競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型鋼鐵廠，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)與社會和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。

建立新一代鋼鐵廠工程設(shè)計建設(shè)的基本目標(biāo)是：建立高效率、低成本、穩(wěn)定生產(chǎn)潔凈鋼的生產(chǎn)體系；高效率、低排放的能源轉(zhuǎn)換體系和余熱余能回收利用系統(tǒng)以及大宗社會廢棄物的處理-消納-再資源化系統(tǒng)。

3、結(jié)論

冶金工程設(shè)計是將冶金科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是體現(xiàn)技術(shù)和經(jīng)濟雙重科學(xué)性的關(guān)鍵要素，是實現(xiàn)冶金工程建設(shè)目標(biāo)的決定性環(huán)節(jié)，直接影響鋼鐵制造流程的競爭力和可持續(xù)發(fā)展，具有特殊的重要性。

參考文獻

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[ 2 ] 殷瑞鈺，汪應(yīng)洛，李伯聰.工程演化論[M].北京：高等教育出版社，2011.

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[ 6 ] 殷瑞鈺，汪應(yīng)洛，李伯聰.工程哲學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2007.

（作者單位：遼寧科技學(xué)院）