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探寻钢铁工业绿色化智能化创新发展之路
信息来源:世界金属导报2017-06-27F01      时间:2017-06-30 17:23:14

6月12日,中国钢研科技集团有限公司组织举办的“绿色化与智能化钢铁制造流程技术”论坛在北京召开。钢铁研究总院名誉院长殷瑞钰院士、宝武集团张寿荣院士,中国钢铁工业协会、中国金属学会、鞍钢、宝武集团、首钢、唐钢、包钢、东北大学、北京科技大学、重庆大学、冶金工业信息标准院、冶金规划院、中冶京诚、鞍山热能院、钢铁研究总院、冶金自动化院等20余家单位共70余名领导和专家出席本次论坛。中国钢研总经理白忠泉出席论坛。论坛由中国钢研副总经理田志凌主持。

本次论坛旨在研讨以全面提高我国钢铁工业综合竞争力为目标、以化解过剩产能为主攻方向的钢铁工业供给侧结构性改革过程中面临的共性关键技术及产品质量问题,共同探寻钢铁工业绿色化、智能化创新发展之路。

论坛邀请殷瑞钰院士作《关于智能化钢厂的讨论——从物理系统一侧出发讨论钢厂智能化》的主题报告。在报告中,殷瑞钰院士提出智能化是钢铁工业继“三干一水一电”、洁净钢平台、能量流网络与能源中心、绿色发展之后的又一重要战略性问题。其顶层概念架构要具有战略性、导向性,理清思路方可事半功倍。钢厂智能化首先是要构建一个数字物理融合系统(CPS)。殷瑞钰院士首先分析了流程型制造业的特征及其与离散型制造业的差别,强调要从制造流程的物理系统出发研究钢厂智能化问题,指出流程型智能化制造的物理系统要以动态-有序、协同-连续运行为其网络结构及程序优化的导向,并以此物理系统(流程系统)为本体与智能化信息网络系统融合,实现全厂性动态运行、管理、服务等过程的自感知、自决策、自执行、自适应;阐述了对钢厂智能化的认识,探讨了推进钢厂智能化的思路及其内涵,包括智能化设计、智能化物流、智能化物质流/能量流/信息流的组织与调控、智能化经营和服务等。

对流程制造业而言,流程是“根”,物理系统是“本”,数字信息系统是“魂”。钢厂智能化不只是建立数字信息系统,必须高度重视物理系统及其特征的研究,必须是有物理输入/输出的物质流网络、能量流网络和信息流网络“三网协同”的信息物理系统。钢厂智能化既要重视数字化信息网络系统的研发,更要重视制造流程(物理系统)中物质流网络、能量流网络的结构优化和运行程序优化,通过以制造流程物理系统结构优化和数字化信息系统相互融合来实现钢厂智能化。

智能化钢厂的建设,需要深刻理解制造流程动态运行过程的物理本质,构建起植根于流程运行要素及其优化的运行网络、运行程序的物理模型,进而构建全流程网络化、层次化信息流模型。钢铁制造流程是一类开放的、动态运行的复杂系统,是通过由不同功能的、异质-异构的工序/装置之间的合理组合匹配和非线性相互作用、动态耦合来实现钢铁制造流程的结构化,形成一个优化的“耗散结构”系统。从物理角度上看,流程制造业的生产过程实质上是物质、能量以及相应信息在合理的时-空尺度上流动/演变过程。钢铁制造流程动态运行过程的物理本质是:物质流(对钢厂而言主要是铁素流)在能量流(长期以来主要是碳素流)的驱动和作用下,按照设定的“程序”(例如生产作业指令等),沿着特定的“流程网络”(例如总平面图等)作动态-有序的运行,并实现多目标优化(不只是生产产品)。制造流程动态运行过程中的基本要素是“流”、“流程网络”和“运行程序”: “流”包括了物质流、能量流和信息流,含有输入、输出的涵义,含有“矢量”的涵义。“流程网络”包括了物质流网络、能量流网络和信息流网络;三者应该关联、协同、融合。对于流程制造业而言,其中物质流网络是运行框架的起源。“运行程序”包括了物质流运行程序、能量流运行程序和信息流运行程序。这些都体现了钢铁制造流程数字物理系统的动态输入/输出本质

和网络化关联行为。流程运行优化的目标是朝着动态-有序、协同-连续运行的方向发展,并实现自感知、自决策、自执行、自适应。在理解制造流程动态运行的物理本质和规律的理论基础上,就不难发现冶金生产流程动态运行的功能不仅可以实现冶金产品制造功能,而且可以拓展为能源高效转换、充分利用的功能和大宗废弃物处理-消纳-再资源化功能。

钢铁制造流程静态网络构建是智能化设计的重点之一,也是智能化运行的基础,其中包括节点数量优化与节点功能选择优化、工序/装置连接“界面”技术的选择与优化、节点-节点之间动态耦合技术、全流程协同-连续技术等。要注重动态-精准设计的理论和方法,包括了图论、排队论、动态运行Gantt图的应用,界面技术的创新和设计等。工程设计不仅是为建设提供所需的图纸,同时必须为企业提供优化运行的物理框架。

钢厂智能化的目标:从物理意义上看,体现为流程运行过程时间稳定——“节律化”-“最短化”;“流”在运行过程中温度起伏的合理化、能效“最大化”、过程排放“最小化”。从经营的实践意义上看,体现为流程物质流运行参数的“窄窗口”优化,适应市场需求,确保质量稳定、可靠,成本低、效率高;与流程运行相对应的资金周转效率“最快”,所占用的流动资金量“最小”,资金效益“最好”。最终是要解决整个企业发展战略和生产运行的有效调控、市场竞争力和可持续发展问题,实现企业生产、经营、服务全过程和企业发展全局的智能化、绿色化、产品质量品牌化。钢厂智能化必须是在跨学科、跨领域的专家们通力合作下来实施的。

殷瑞钰院士的整个报告思维缜密,在顶层从工程哲学的角度论述了钢铁工业智能化发展方向和总体框架。围绕主题报告,论坛还邀请钢研总院工艺所所长曾加庆、宝武集团自动化首席专家杜斌、首钢集团公司副总经理赵民革等专家分别作了《钢铁流程关键要素的协同优化和集成应用》、《钢铁工业智能制造技术探讨》、《钢铁流程绿色化关键技术》等专题报告,三位专家结合承担的国家重点研发计划任务,进一步阐述了绿色化与智能化钢铁制造流程技术发展实践和发展思路。

在论坛主题报告和专题报告之后,与会专家展开了热烈讨论和交流。张寿荣院士充分肯定了本次论坛的意义,认为此次论坛是在探讨中国钢铁工业未来如何发展,建议国家从政策高度进行引导。随后,鞍钢集团副总经理王义栋、首钢京唐副总经理曾立、包钢集团总工程师孟繁英和唐钢自动化部赵振锐等先后代表钢铁企业作主题发言,分别介绍了各自企业的智能化发展实践和发展规划。东北大学唐立新教授、蔡九菊教授,重庆大学郑忠教授,中冶京诚李传民等也分别围绕本次论坛的主题,结合自身的科研工作积极发言交流。

白忠泉总经理代表中国钢研对各单位领导和专家学者光临本次论坛表示感谢,并从制造业的角度,分析了钢铁工业智能化发展面临的两个问题:第一是产品质量问题,质量稳定性是智能化发展的首要任务;第二是效益和效率问题,钢铁工业智能化发展是对现有企业生产线局部的调整、局部的优化来实现高效率,形成产品、工艺、流程的标准化,进而形成专家库系统,实现效益。殷瑞钰院士最后作了总结发言,明确提出中国钢铁工业智能化发展要走自己的路,要有自己的语言、自己的概念,要有自信心。钢铁工业很长时期以来是支柱性产业、基础产业,但在未来的几十年内作为支柱产业的地位可能会有所变化,当然作为基础产业的地位是不会变的。应对变革和挑战,作为企业和学术领域,我们要有信心,要有前瞻性的思维,要在看似消极的过程当中积极进取。

本次“绿色化与智能化钢铁制造流程技术”论坛讨论了钢铁工业发展的战略性、前沿性问题,交流了钢铁冶金学术理论、技术进步、发展战略、发展方向、发展路径等问题,对钢铁工业全流程的动态运行调控和智能化发展形成了初步的共识。(杨勇 上官方钦)

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