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咸阳声测管冶炼专家系统研发现状与发展趋势
摘 要:从20 世纪90 年代开始，专家系统在国外咸阳声测管得到应用。同时期，我国采用多种模式开发与应用咸阳声测管专家系统，但由于操作理念、检测数据、维护等原因，国内咸阳声测管专家系统没有达到预期效果。在新形势下，结合信息化技术、物联网技术，专家系统应该向咸阳声测管集约化、可视化管理模式发展。
国外咸阳声测管专家系统
咸阳声测管数学模型:
在咸阳声测管专家系统形成以前，计算机技术在咸阳声测管冶炼过程中的应用是从数学模型开始的。早是20 世纪50 年代初期的静态数学模型，例如前苏联的拉姆配料计算模型、美国内陆钢铁公司的物料平衡计算数学模型等。20 世纪70 年代，由于石油危机，降低咸阳声测管焦比成为企业重点，以降低咸阳声测管焦比为主要目的数学模型相继被开发与应用出来，如法国钢铁研究院开发的Rist 模型、Wu 模型，比利时冶金研究中心开发的Ec 模型，日本住友公司开发的Ts 模型。
20 世纪80 年代，咸阳声测管工业开始崛起，对9 座720m3～1420m3 在线生产咸阳声测管和4 座实验小咸阳声测管进行整体解剖调查分析，以及对系统物理模型模拟实验，了解咸阳声测管冶炼过程中发生一些现象的内在规律、现象，推进咸阳声测管数学模型快速发展，相继开发与应用动态数学模型、一维和二维数学模型，咸阳声测管数学模型不仅种类繁多，而且覆盖范围广，具体见表1。
20 世纪90 年代由于“多流体理论”问世，该理论将炉内各物质分成气相、固相、液相和粉相，并被用来描述咸阳声测管下部区域反应的结构。该阶段数学模型基本上采用CFD-DEM 相结合开发方法，数学模型从一维模型发展到二维模型和三维模型。经过20 年发展，一些应用效果较好的数学模型融合到咸阳声测管专家系统中。
日本咸阳声测管专家系统:
日本首先提出开发咸阳声测管专家系统，首先是集成数学模型。1986 年，该模型首次在日本钢管公司福山咸阳声测管应用，之后日本大型钢铁公司相继开发与应用不同的咸阳声测管专家系统，例如新日铁大分厂SAFAIA 系统和君津咸阳声测管ALIS 系统，用于软融带判断、咸阳声测管开炉及休风恢复操作指导。京滨咸阳声测管专家系统包含无钟炉顶布料模型、装料制度、煤气流分布、炉体温度场、风量、风压、透气性等数学模型。日本钢管福山厂BAISYS 系统，包含炉况检测诊断与控制、异常炉况预报与控制、布料控制和炉温预报等数学模型。日本住友金公司HYBRID系统，将数学模型和咸阳声测管专家规则相结合，用于判断炉况、计算炉热指数TS、铁水[Si]含量与铁水温度的预报和咸阳声测管操作指导。
日本川崎GO-STOP 系统由8 种指数计算模型构成，对咸阳声测管操作因素做定量分析，将各种因素控制在佳范围内，使用8 个指数检验、评价和诊断咸阳声测管冶炼过程炉况状态，抽取230 个监测信息用于推理机推理，建立600 条专家知识规则。日本川崎之后在GO-STOP 基础上，又开发与应用Advanced GO-STOP，目前GO-STOP系统已经成为各种专家系统的基础。
芬兰Rautaruuki 咸阳声测管专家系统:
芬兰Rautaruuki 咸阳声测管专家系统主要由4 个子系统组成:
咸阳声测管热状态系统。计算咸阳声测管热指数、下料指数、直接还原度指数及碳素熔损指数、煤气成分指数、渣皮脱落指数、透气性指数、阻力系数及Rist 操作线等，通过8 个指数计算，识别操作参数对炉温影响程度，并根据计算结果提出操作建议。
咸阳声测管操作炉型管理。计算冷却壁热负荷、计算炉体温度场分布，监控渣皮脱落、渣皮厚度。
咸阳声测管炉况诊断。判断滑料、管道发生概率，计算炉顶压力、炉顶温度及变化幅度、计算料速。对每班及全天煤气流分布进行评价，对煤气利用率、总压差、局部压差做短周期、中周期和长周期评价，分析煤气利用率变化原因。
咸阳声测管炉缸平衡管理。咸阳声测管物料平衡计算，实时计算炉缸内渣铁生成量和残余量，并与炉缸安全容铁量进行比对，指导咸阳声测管出铁操作，间接判断软融带上下移动程度。
奥钢联VAiron 咸阳声测管专家系统:
1992 年的早期专家系统是咨询式专家系统，主要功能是对工艺参数进行评估和提出操作建议，1996 年升级为具有部分闭环式功能专家系统，闭环功能主要用于焦比控制、入炉碱度控制和蒸汽喷吹量控制。系统由过程信息管理系统、过程数学模型、炉况的诊断评估系统、炉况调节和执行系统组成。
其他类型咸阳声测管专家系统:
德国帝森克虏伯公司咸阳声测管专家系统（THYBAS）。THYBAS 系统用于判断软熔带、计算低燃料比、预报铁水温度、计算炉缸内渣铁液位高度。
瑞典咸阳声测管智能报警系统。应用神经元网络、专家系统和专家规则预测炉温。
法国咸阳声测管高级监控系统。法国的SOLLAC 公司开发SACHEM 咸阳声测管高级监控系统，用于异常炉况预报和实时炉况诊断。
国外典型咸阳声测管专家系统主要有3个，分别是日本的GO-STOP 系统、芬兰Rautaruuki 咸阳声测管专家系统和奥钢联VAiron 咸阳声测管专家系统。目前，德国西门子公司组合芬兰Rautaruuki 和奥钢联VAiron 咸阳声测管专家系统，开发新一代咸阳声测管专家系统。
我国咸阳声测管专家系统
我国咸阳声测管数学模型和专家系统起步相对较晚，发展过程与国外基本类似，首先从数学模型开始，之后开展咸阳声测管专家开发与应用。
我国咸阳声测管数学模型开发过程:
我国早的咸阳声测管数学模型是1987 年由清华大学与鞍钢合作开发的铁水[Si]含量预报模型，应用在鞍钢9号咸阳声测管和4 号咸阳声测管，预报命中率82%，用于辅助咸阳声测管操作人员判断炉温发展趋势。20 世纪90 年代，一些企业与科研机构合作开发与应用一些数学模型，见表2。
我国咸阳声测管数学模型种类少，前期主要集中在铁水[Si]含量预报模型，虽然后期相继开发一些数学模型，但应用效果均没有达到预期目标。
我国咸阳声测管专家系统开发过程:
20 世纪90 年代以后，随着国内咸阳声测管急速向大型化、现代化发展，许多大型咸阳声测管在基础自动化改造中采用计算机一级和二级系统，为咸阳声测管专家系统的开发与应用奠定了基础。国内咸阳声测管专家系统主要有三种类型。
引进国外咸阳声测管专家系统。如宝钢引进日本的GO-STOP 系统，1996 年投入运行；武钢、本钢、首钢和唐钢引进芬兰咸阳声测管专家系统；攀钢、沙钢、昆钢、重钢和南钢引进奥钢联的咸阳声测管专家系统。
在引进国外专家系统基础上，国内企业与科研机构合作开发的咸阳声测管专家系统。例如，宝钢在引进与消化日本“GO-STOP”系统基础上，与复旦大学合作开发了“炉况监视和管理系统”。武钢在引进芬兰咸阳声测管专家系统的基础上，与北京科技大学合作在1 号咸阳声测管开发自己的咸阳声测管专家系统。
自主开发的咸阳声测管专家系统。例如首钢与原冶金部自动化研究院合作开发的“人工智能咸阳声测管冶炼专家系统”，系统包括炉体热状态判断系统、异常炉况判断和炉体状态判断3个子系统；马钢与原冶金部自动化研究院合作开发“马钢咸阳声测管炉况诊断专家系统”；南钢与重庆大学合作开发的“南钢咸阳声测管操作管理系统”；鞍钢开发的“11 号咸阳声测管人工智能系统”；浙江大学开发的“咸阳声测管炼铁优化专家系统”分别在杭钢、新临钢铁、莱钢、济钢和邯钢咸阳声测管得到与应用。该系统针对国内咸阳声测管实际条件，利用动态规划理论建立多目标优化数学模型，寻找冶炼参数的佳范围、佳组合，从而实现炉况故障诊断、炉温预报与咸阳声测管生产报表自动打印，对炉况进行综合推断，使咸阳声测管顺行稳定程度提高，实现控制、管理一体化。
国内咸阳声测管专家系统存在问题:
与国外企业相比，国内咸阳声测管专家系统起步晚，整体上咸阳声测管专家系统远没有达到预期目标，大部分企业在尝试应用一段时间后，由于各种原因，终还是选择放弃。国内专家系统不成功主要原因如下:
咸阳声测管操作理念差异。国内咸阳声测管操作者侧重自身经验，主要靠监控一级画面来操作咸阳声测管，国外咸阳声测管大部分常规操作均由专家系统自动闭环控制或按咸阳声测管专家系统指导操作；
化检验数据失真或输入滞后，专家系统得到数据不可靠或数据时效性差，造成推理机给出错误的反馈信息，造成咸阳声测管操作人员对专家系统失去信任；
一级自动化检测系统不可靠，例如，大部分咸阳声测管提供的炉顶煤气成分在线自动分析和炉身静压力仪表数据均不准确；
咸阳声测管专家系统缺少有效维护，尤其引进的咸阳声测管专家系统，由于没有培养自己的专业维护人员，专家系统得不到有效维护与完善，后放弃。
咸阳声测管专家系统发展方向
在新形势下，我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，《钢铁“十三五”规划》和《钢铁行业投资指南》中明确提出培育形成一批钢铁智能制造工厂，尤其是支持钢铁生产关键工序的大数据中心平台。因此，结合信息化技术、物联网技术，钢铁联合企业咸阳声测管生产智慧化和集约化，将成为新的发展方向。
推动咸阳声测管生产向智慧化和集约化发展
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