【文章內容簡介】 到與最終控制對象的范圍和動作條件相吻合的目標系統(tǒng)上來。步驟14：輔助部分的設計與制作。這里所說的輔助部分,包括主系統(tǒng)方面的前處理和后處理,是根據(jù)原系統(tǒng)的設計和制作順序開發(fā)的。（5）第五階段：系統(tǒng)測試步驟15：系統(tǒng)測試。測試方法和其它系統(tǒng)一樣,想象使用時的情況和條件,用真實數(shù)據(jù)進行測試。（6）第六階段：試運行和性能評價步驟16：現(xiàn)場試驗。以用戶為主,在實際運行條件下,運用所開發(fā)的專家系統(tǒng)來檢驗其實用性和可靠性。步驟17:向實際運行的過渡做好準備,制定在實際運行條件下系統(tǒng)的維護管理規(guī)劃。（7）第七階段：實際運行階段步驟18：在實際運行過程中,系統(tǒng)開發(fā)人員的責任就是對系統(tǒng)進行維護和管理。專家系統(tǒng)在軋鋼領域得到了廣泛的應用，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出不銹鋼帶鋼軋機的軋制規(guī)程設定與控制專家系統(tǒng)；工字鋼孔型設計專家系統(tǒng)、帶材厚度精度診斷專家系統(tǒng)；板形控制專家系統(tǒng)；棒材生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)奏控制專家系統(tǒng)；熱軋鋼材組織和性能預測及控制專家系統(tǒng)、板坯管理專家系統(tǒng)；板卷傳送專家系統(tǒng)等[616]。軋鋼機是復雜的機械設備，過程參數(shù)的正確設定存在一定的難度。比利時ARBED公司開發(fā)的專家系統(tǒng)可以根據(jù)產(chǎn)品的種類和鋼種，給出最佳設定參數(shù)的建議，而且可以在發(fā)現(xiàn)幾何缺陷時給出如何處理的建議。加拿大STELCO公司用在五機架串聯(lián)式冷軋機上的專家系統(tǒng)也是幫助工作人員設定過程參數(shù)。比較使用專家系統(tǒng)前后的操作結果，發(fā)現(xiàn)專家系統(tǒng)的作用非常明顯：頭批帶卷廢品頭的重量平均減少了25%；頭批帶卷以后的軋制速度平均提高了12%。并且專家系統(tǒng)還可以用于培訓工人，培訓需要的時間從幾年減少到幾個月。專家系統(tǒng)還應用于設備的維護。1989年初安裝在阿根廷Propulsora Siderurgica冷軋廠的專家系統(tǒng)，推理速度很快，可以把發(fā)現(xiàn)故障的時間縮短為原來的1/5[12]。芬蘭Rautaruukki公司開發(fā)出制定生產(chǎn)計劃的專家系統(tǒng)，利用它可以找出生產(chǎn)中的限制性環(huán)節(jié)。日本川崎公司應用專家系統(tǒng)為無縫鋼管的軋制作業(yè)制定計劃，用時由原來的2天左右縮短為1～2小時。美國USX公司于1990年引進美國西北大學鋼資源中心研制的鋼板軋機作業(yè)計劃專家系統(tǒng)，用于Gary廠，也得到比較滿意的效果[12]。（1）工字鋼孔型設計專家系統(tǒng)[13] 工字鋼在軋制過程中，斷面各部分變形不均勻，變形不同時，變形過程復雜。由于涉及的參數(shù)眾多、考慮的因素復雜，因此以手工設計工字鋼孔型系統(tǒng)難度大，雖然已開發(fā)出工字鋼CARD軟件，但通過該軟件設計孔型時，還需要有豐富設計經(jīng)驗的設計者，通過人機對話的方式進行設計參數(shù)的選擇和修改，才能滿足生產(chǎn)要求。北京科技大學吳龍翔、楊覺先等開發(fā)的工字鋼孔型設計專家系統(tǒng)，其總體結構如圖2所示。該系統(tǒng)功能如下：①設計新孔型。可以選擇直軋孔型系統(tǒng)、直邊斜軋孔型系統(tǒng)、直軋—直邊斜軋孔型系統(tǒng)、直軋—彎邊斜軋—直邊斜軋孔型系統(tǒng)等孔型系統(tǒng)中的任一種進行設計。②繪圖功能?？梢岳L出標有尺寸的孔型樣板圖、配輥圖、軋件與孔型重疊圖和軋件咬入狀況圖。③優(yōu)化功能?？捎脤＜覇l(fā)性知識進行多目標優(yōu)化，得到滿足多個目標的優(yōu)化解。④解釋功能。能對系統(tǒng)的設計過程進行解釋。⑤輸入防錯糾錯功能?？墒拐`操作不引起系統(tǒng)中斷。⑥記憶功能。該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場應用結果表明：工字鋼孔型設計專家系統(tǒng)能夠自動設計出合理的孔型，能夠進行啟發(fā)式多目標優(yōu)化，得到滿意解，可以使咬入角、軋制力、軋制力矩得到良好的均衡效果，有利于提高軋制過程的穩(wěn)定性和降低能耗。（2）熱軋鋼材組織和性能預測及控制專家系統(tǒng)[ 14]。圖3. CASPPC技術的組成除化學成分外，熱軋工藝參數(shù)是影響熱軋鋼材組織和性能的關鍵因素，對某一特定鋼種，可以通過改變軋制工藝參數(shù)改變其組織和性能。鋼材熱軋已從單純的為獲得所需形狀和尺寸的分方向發(fā)展成性能控制塑性加工。但是以外的熱軋工藝參數(shù)與組織性能的關系是通過大量實驗室和現(xiàn)場試驗而得到的，需大量人力、物力和財力及時間，且有局限性；如需進一步提高鋼材強韌性，開發(fā)新品種，就必須再進行有關試驗工作；再則，在生產(chǎn)過程中并不能對熱軋鋼材組織和性能進行實時控制（開環(huán)或閉環(huán)），因此利用高速計算機應用技術，建立熱軋鋼材組織和性能預測及控制專家系統(tǒng)（也稱計算機輔助組織和性能預測及控制技術，即Computer Aided Structure/Property Prediction and Control，簡稱CASPPC），是當前軋鋼技術發(fā)展的重要內容之一。CASPPC是在物理冶金理論、軋制理論及計算機應用技術獲得可喜進展的基礎上建立起來的，是以采用建立在物理冶金理論基礎上的一系列數(shù)學模型而發(fā)展起來的計算機預測和控制技術。CASSPPC技術對離線熱軋生產(chǎn)程序的最優(yōu)化或在線生產(chǎn)工藝參數(shù)的精確控制等是一項極其有用的新技術，可以使軋鋼學科得到進一步發(fā)展。CASPPC技術的組織與功能：該專家系統(tǒng)通常由軋制、相變和性能三個模塊組成，如圖3所示：圖4 軋制模塊的組成軋制模塊用于推定鋼材加熱和熱軋過程中奧氏體組織狀態(tài)的變化、微合金元素的固溶作用和析出行為，它是由晶粒長大、回復和再結晶、析出三個子模塊組成，如圖4所示。因為微量元素的固溶、析出行為對回復和再結晶行為有明顯的影響，所以要求這三個子模型必須有機地結合。圖5. 相變模塊的組成相變模塊是根據(jù)軋制模塊推出的奧氏體晶粒直徑、再結晶百分數(shù)、加工硬化程度等信息，分析軋后連續(xù)冷卻過程中奧氏體向鐵素體、珠光體和貝氏體相變的行為，并通過熱力學模型、形核速率模型、長大速率模型，隨時計算各種轉變相的體積膨脹率，推定軋后冷卻時的相變速率和最終成品的組織，如圖5所示。性能模塊根據(jù)相變模塊推出的最終成品組織推定熱軋鋼材的最終力學性能，包括屈服強度、抗拉強度、延伸率和韌性。CASPPC技術可以有不同的應用方式，即離線預測、在線預測、在線控制和化學成分及工藝參數(shù)設計與優(yōu)化等。離線預測是CASPPC技術的最基本的應用方式。專家系統(tǒng)建立后，只要輸入化學成分、加工和冷卻條件，所軋產(chǎn)品的組織變化和最終力學性能都可以預測出來，并且可以繪制TTT和CCT曲線，這樣就節(jié)約了常規(guī)實驗手段所需的時間和資金。同時也可通過離線預測軟件的反復運算，對新鋼種進行設計和優(yōu)化。在線預測、在線控制是CASPPC技術在線應用的兩個階段。在線預測是指在線對成品長向與寬向（對板材）性能進行預測，從而節(jié)約實際檢測時間。這對板卷的生產(chǎn)特別適用，因為通常只檢測板帶卷頭尾兩端的性能，而板卷中間部分的性能則難于測試與保證。日本和韓國（浦項鋼鐵有限公司）都已建立了鋼板組織和性能在線預測的生產(chǎn)線。在線控制是CASPPC技術的最終目標。需要軋制參數(shù)的在線檢測和精確的模型及反應迅速的計算機系統(tǒng)。在此階段，可以在生產(chǎn)過程中對熱軋過程中對熱軋鋼材組織和性能進行實時控制，從而減少鋼材組織和提高生產(chǎn)率，與其它技術相結合，可以實現(xiàn)軋制力的精確預報。圖6是CASPPC技術實際應用圖示。圖6. CASPPC技術在熱軋帶鋼生產(chǎn)中的應用（3） 帶鋼厚度偏差診斷與監(jiān)控專家系統(tǒng)[10]由東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室開發(fā)的帶鋼厚度偏差診斷與監(jiān)控專家系統(tǒng)(Thickness Deviation Diagnosis and Supervision Expert System系統(tǒng)，簡稱TDDES系統(tǒng))，在對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析處理的基礎上，利用對厚差曲線的頻譜分析，對厚度偏差的來源及特征作出及時診斷。為了向建立的專家系統(tǒng)提供軋制信息，開發(fā)了熱連軋精軋機組數(shù)據(jù)采集及信息處理系統(tǒng)。通過傳感器采集過程數(shù)據(jù)、工藝設定數(shù)據(jù)、軋機設備參數(shù)和鋼板參數(shù)等，為生產(chǎn)過程的優(yōu)化、診斷、模擬和監(jiān)控提供支撐服務。主要檢測精軋機組各架軋制力、輥縫、速度、電流、活套角度、出口左和寬差等值。對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的檢測數(shù)據(jù)和過程控制數(shù)據(jù)進行高通、低通濾波，對軋件頭尾溫差趨勢項進行處理，對所得的厚差曲線數(shù)據(jù)用改進的富氏變換進行頻譜分析，根據(jù)其頻譜特點來診斷帶鋼厚度偏差的原因。用于現(xiàn)場診斷的實例表明，厚差曲線的高頻分量，恰與支撐輥的旋轉速度相對應，而其低頻分量恰與加熱爐內水管的距離相對應。這就有力的說明，厚差的高頻部分是由于支撐輥的偏心引起的，而低頻部分是加熱水印引起的。本專家系統(tǒng)的診斷結果，可以對現(xiàn)場生產(chǎn)中加熱制度改進、換輥時間的確定等操作要素提供指導。目前TDDES系統(tǒng)已經(jīng)在熱軋帶鋼生產(chǎn)線得到應用，并在提高熱軋帶鋼厚度精度方面發(fā)揮了作用。隨著社會不斷的進步和科學技術突飛猛進的發(fā)展，人們對鋼鐵產(chǎn)品的質量要求越來越嚴格，我國鋼鐵產(chǎn)品的標準也逐漸向國際先進標準看齊。為了提高產(chǎn)品質量、降低成本，使我國的冶金企業(yè)的生產(chǎn)水平盡早達到國際先進水平，滿足國際國內鋼鐵市場激烈競爭的需求，在軋鋼生產(chǎn)過程中，越來越多的現(xiàn)代化技術已得到應用，如軋制過程的自動控制，產(chǎn)品性能的預報等等，為產(chǎn)品質量的提高提供了條件。所有這些技術的成功應用都是建立在許許多多的數(shù)學模型的基礎之上的，如果沒有一個比較切合實際的數(shù)學模型，這些過程就很難實施。因此對于一個冶金工作者來說，針對生產(chǎn)的實際情況，尋找符合實際的數(shù)學模型是一步很重要的工作。傳統(tǒng)的數(shù)學模型大多數(shù)是建立在前人大量的實驗基礎之上的，而且大多數(shù)都是屬于經(jīng)驗共識，其適用范圍也比較窄，計算的精度比較低。隨著技術的發(fā)展，這些數(shù)學模型很難滿足生產(chǎn)的要求。軋鋼系統(tǒng)是一個很復雜的系統(tǒng)，多個因素之間相互影響、相互制約，他們之間的關系相當復雜，而且有些關系結構是不確定的，他們是隨著生產(chǎn)條件的變化而變化。所以，采用傳統(tǒng)的模型方法，即采用在實驗的基礎上建立確定的數(shù)學模型結構，然后再直接用在生產(chǎn)過程中，通過在生產(chǎn)中調整數(shù)學模型中的一些參數(shù)來對生產(chǎn)過程進行控制的建模方法。這樣的模型的建立過程往往事先進行了很多的假設，計算精度低，甚至可能得出錯誤的結果，給企業(yè)帶來很大的損失。人工神經(jīng)網(wǎng)絡是模擬腦神經(jīng)傳遞信息的方法建立起來的一種人工智能的模式識別方法，具有自學習、自組織、自適應和非線性動態(tài)處理等特性，為解決非線性系統(tǒng)及模型未知系統(tǒng)的預測和控制，提供了一種新的途徑。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)在軋制領域中所應用的神經(jīng)網(wǎng)絡實際上是一組計算機程序，這組程序提供了一套具有記憶功能的算法，能夠對存在因果關系的事物根據(jù)輸入條件的變化來預測結果。人工神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)其網(wǎng)絡結構和學習規(guī)則可分為很多的種類，其中應用最廣泛的是BP神經(jīng)網(wǎng)絡。在實際應用中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡（BP網(wǎng)絡）主要有兩個方面的用途：①用于模式識別；②用于非線性系統(tǒng)的函數(shù)擬合。這兩個方面的用途在軋鋼領域都得到了比較成功的應用。一般來說，在金屬軋