人工智能在冶金自動化中的應用

郭飛

摘 要：介紹人工智能主要技術(shù)及與智能化關(guān)系比較密切的人工智能應用領域，涉及專家系統(tǒng)、計算智能、分布式人工智能、機器學習、機器人學、模式識別和機器視覺、智能控制、智能決策與調(diào)度、智能信息管理等；探討冶金智能化的進展并列舉冶金智能化的成功案例，包括冶金專家系統(tǒng)、冶煉和軋制過程智能控制、礦井智能安全監(jiān)控與災害處置系統(tǒng)、基于模式識別和機器視覺的冶金生產(chǎn)系統(tǒng)以及冶金智能機器人等；最后，就中國冶金智能化的開發(fā)與應用方向提出一些建議。

關(guān)鍵詞：人工智能；冶金；自動化；智能化

引言

人工智能（Artificial Intelligence，AI）已發(fā)展成為一門廣泛交叉的前沿科學。近 20 多年來，現(xiàn)代計算機和信息技術(shù)的進步促進人工智能獲得進一步發(fā)展。經(jīng)過幾十年的發(fā)展與積累，人工 智能的研究和應用已經(jīng)十分廣泛和豐富。人工 智能在自動化方面的應用，即智能自動化，是人工智能的一個重要應用領域，也是冶金自動化的重要發(fā)展方向。

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)。智能自動化是繼機械自動化、電氣自動化、信息 自動化、綜合自動化之后的一種新型自動化，處 于當今自動化技術(shù)的最高發(fā)展層次。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。

1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。

1.1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。

1.2礦井智能安全監(jiān)控與災害處置系統(tǒng)

礦井安全生產(chǎn)關(guān)系到礦工安全，必須采用先進技術(shù)保障人員安全。2013 年在與第 23 屆世界采礦大會同時舉辦的第 30 屆建筑與采礦自動化和機器人技術(shù)國際研討會上，對采礦工業(yè)應用機械電子安全新技術(shù)進行了專題研討，表明國際上對礦山安全的高度重視。

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)，各種自然因素、機器因素與人工因素并存，又受到氣體、煤塵等環(huán)境因素的影響，不同因素之間還存在相互關(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，例如，采用反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡模型與學習算法可以實現(xiàn)礦井安全預測。

1.3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，各個先進工業(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。2013 年 9 月在上海舉行的2013 年中國國際金屬成型展覽會上，展出了工業(yè)機器人在鑄造自動化生產(chǎn)線上的應用情況，令人鼓舞。然而，冶金工業(yè)應用工業(yè)機器人還是不夠普遍。除了鑄造、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)。

2冶金智能化發(fā)展的某些戰(zhàn)略思考

在人類進入 21 世紀后的 2003 年 2 月，世界各國冶金專家云集印度，舉行了“新千年鋼鐵冶 金計算機化與自動化的機遇與挑戰(zhàn)”研討會，研討鋼鐵冶金計算機化與自動化重大課題。10 年后的今天，仍然面臨這些領域的問題，但已經(jīng) 從鋼鐵冶金的計算機化與自動化轉(zhuǎn)變?yōu)殇撹F冶 金的智能化與自動化，也就是鋼鐵冶金的智能自動化。

計算機化已經(jīng)解決了冶金自動化的許多難 題，為鋼鐵工業(yè)做出了歷史性的貢獻。冶金自動 化許多新的更難的問題，需要由智能化來處理。冶金自動化也進入了發(fā)展的“深水區(qū)”，面臨更大的難度與更高的要求，需要攻堅克難，攀登冶金 智能化的新高峰。

筆者就中國冶金智能化今后的開發(fā)與應用方向提出如下建議：

（1）結(jié)合冶金工業(yè)實際，貫徹中央實行結(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，充分利用資源，有效保護環(huán)境，提高經(jīng)濟效益和社會效益，以“冶金智能化之夢”促進實現(xiàn)中國“冶金強國”之夢。

（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)。根據(jù)生產(chǎn)過程特點和工藝要求，單獨或組合采用模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡、進化計算、粒子計算和免疫計算等新技術(shù)以建立智能算法或模型，也可以綜合應用智能計算和知識工程技術(shù)甚至 PID 傳統(tǒng)技術(shù)，設計和建立技術(shù)先進、運行可靠、效益顯著的新型智能控制或監(jiān)控系統(tǒng)。

3結(jié)語

冶金智能化能夠在產(chǎn)品質(zhì)量、創(chuàng)新性、適應性、綠色環(huán)保和安全性等方面為鋼鐵冶金提供正能量。高度重視冶金教育和人才培養(yǎng)，培養(yǎng)各個領域不同層次的冶金科技和管理人才。這是中國冶金工業(yè)和冶金科技參與國際競爭以及實現(xiàn)冶金智能化和現(xiàn)代化的根本保證。

參考文獻

[1]馬竹梧，徐化巖，錢王平. 基于專家系統(tǒng)的高爐智能診斷與決策支持系統(tǒng)[J]. 冶金自動化，2013，37（6）：7- 14，37.

[2]蔣彬，呂曉云. 基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的高爐分析與診斷專家系統(tǒng)[J]. 冶金自動化，2011，35（4）：26-29，74.

[3]國宏偉，鄧君堂，陳杉杉，等. 高爐專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及處理[J]. 冶金自動化，2008，32（3）：18-22.

[4]戴園生. 基于知識的煉鋼成分設計專家系統(tǒng)的構(gòu)建[J]. 控制工程，2011，18（2）：236-238，278.

[5]曲麗萍，陳久偉，賈未. 基于專家系統(tǒng)和變頻技術(shù)的鏈條爐控制策略研究[J]. 冶金自動化，2008，32（4）：63-65.

（作者單位：遼寧科技學院）