【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 到與最終控制對(duì)象的范圍和動(dòng)作條件相吻合的目標(biāo)系統(tǒng)上來。步驟14：輔助部分的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和制作順序開發(fā)的。（5）第五階段：系統(tǒng)測(cè)試步驟15：系統(tǒng)測(cè)試。測(cè)試方法和其它系統(tǒng)一樣,想象使用時(shí)的情況和條件,用真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。（6）第六階段：試運(yùn)行和性能評(píng)價(jià)步驟16：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。以用戶為主,在實(shí)際運(yùn)行條件下,運(yùn)用所開發(fā)的專家系統(tǒng)來檢驗(yàn)其實(shí)用性和可靠性。步驟17:向?qū)嶋H運(yùn)行的過渡做好準(zhǔn)備,制定在實(shí)際運(yùn)行條件下系統(tǒng)的維護(hù)管理規(guī)劃。（7）第七階段：實(shí)際運(yùn)行階段步驟18：在實(shí)際運(yùn)行過程中,系統(tǒng)開發(fā)人員的責(zé)任就是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理。專家系統(tǒng)在軋鋼領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出不銹鋼帶鋼軋機(jī)的軋制規(guī)程設(shè)定與控制專家系統(tǒng)；工字鋼孔型設(shè)計(jì)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(yù)測(cè)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(jī)是復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，過程參數(shù)的正確設(shè)定存在一定的難度。比利時(shí)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(shè)定參數(shù)的建議，而且可以在發(fā)現(xiàn)幾何缺陷時(shí)給出如何處理的建議。加拿大STELCO公司用在五機(jī)架串聯(lián)式冷軋機(jī)上的專家系統(tǒng)也是幫助工作人員設(shè)定過程參數(shù)。比較使用專家系統(tǒng)前后的操作結(jié)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(xùn)工人，培訓(xùn)需要的時(shí)間從幾年減少到幾個(gè)月。專家系統(tǒng)還應(yīng)用于設(shè)備的維護(hù)。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(shí)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(jì)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(yīng)用專家系統(tǒng)為無縫鋼管的軋制作業(yè)制定計(jì)劃，用時(shí)由原來的2天左右縮短為1～2小時(shí)。美國(guó)USX公司于1990年引進(jìn)美國(guó)西北大學(xué)鋼資源中心研制的鋼板軋機(jī)作業(yè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shí)，變形過程復(fù)雜。由于涉及的參數(shù)眾多、考慮的因素復(fù)雜，因此以手工設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)孔型時(shí)，還需要有豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，通過人機(jī)對(duì)話的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和修改，才能滿足生產(chǎn)要求。北京科技大學(xué)吳龍翔、楊覺先等開發(fā)的工字鋼孔型設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)功能如下：①設(shè)計(jì)新孔型?？梢赃x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(jìn)行設(shè)計(jì)。②繪圖功能?？梢岳L出標(biāo)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(shí)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，得到滿足多個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化解。④解釋功能。能對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行解釋。⑤輸入防錯(cuò)糾錯(cuò)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(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明：工字鋼孔型設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)能夠自動(dòng)設(shè)計(jì)出合理的孔型，能夠進(jìn)行啟發(fā)式多目標(biāo)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(yù)測(cè)及控制專家系統(tǒng)[ 14]。圖3. CASPPC技術(shù)的組成除化學(xué)成分外，熱軋工藝參數(shù)是影響熱軋鋼材組織和性能的關(guān)鍵因素，對(duì)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(guān)系是通過大量實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)而得到的，需大量人力、物力和財(cái)力及時(shí)間，且有局限性；如需進(jìn)一步提高鋼材強(qiáng)韌性，開發(fā)新品種，就必須再進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)工作；再則，在生產(chǎn)過程中并不能對(duì)熱軋鋼材組織和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制（開環(huán)或閉環(huán)），因此利用高速計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，建立熱軋鋼材組織和性能預(yù)測(cè)及控制專家系統(tǒng)（也稱計(jì)算機(jī)輔助組織和性能預(yù)測(cè)及控制技術(shù)，即Computer Aided Structure/Property Prediction and Control，簡(jiǎn)稱CASPPC），是當(dāng)前軋鋼技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。CASPPC是在物理冶金理論、軋制理論及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)獲得可喜進(jìn)展的基礎(chǔ)上建立起來的，是以采用建立在物理冶金理論基礎(chǔ)上的一系列數(shù)學(xué)模型而發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)和控制技術(shù)。CASSPPC技術(shù)對(duì)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(xiàng)極其有用的新技術(shù)，可以使軋鋼學(xué)科得到進(jìn)一步發(fā)展。CASPPC技術(shù)的組織與功能：該專家系統(tǒng)通常由軋制、相變和性能三個(gè)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(zhǎng)大、回復(fù)和再結(jié)晶、析出三個(gè)子模塊組成，如圖4所示。因?yàn)槲⒘吭氐墓倘?、析出行為?duì)回復(fù)和再結(jié)晶行為有明顯的影響，所以要求這三個(gè)子模型必須有機(jī)地結(jié)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(jié)晶百分?jǐn)?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(xué)模型、形核速率模型、長(zhǎng)大速率模型，隨時(shí)計(jì)算各種轉(zhuǎn)變相的體積膨脹率，推定軋后冷卻時(shí)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(xué)性能，包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率和韌性。CASPPC技術(shù)可以有不同的應(yīng)用方式，即離線預(yù)測(cè)、在線預(yù)測(cè)、在線控制和化學(xué)成分及工藝參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化等。離線預(yù)測(cè)是CASPPC技術(shù)的最基本的應(yīng)用方式。專家系統(tǒng)建立后，只要輸入化學(xué)成分、加工和冷卻條件，所軋產(chǎn)品的組織變化和最終力學(xué)性能都可以預(yù)測(cè)出來，并且可以繪制TTT和CCT曲線，這樣就節(jié)約了常規(guī)實(shí)驗(yàn)手段所需的時(shí)間和資金。同時(shí)也可通過離線預(yù)測(cè)軟件的反復(fù)運(yùn)算，對(duì)新鋼種進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。在線預(yù)測(cè)、在線控制是CASPPC技術(shù)在線應(yīng)用的兩個(gè)階段。在線預(yù)測(cè)是指在線對(duì)成品長(zhǎng)向與寬向（對(duì)板材）性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而節(jié)約實(shí)際檢測(cè)時(shí)間。這對(duì)板卷的生產(chǎn)特別適用，因?yàn)橥ǔＶ粰z測(cè)板帶卷頭尾兩端的性能，而板卷中間部分的性能則難于測(cè)試與保證。日本和韓國(guó)（浦項(xiàng)鋼鐵有限公司）都已建立了鋼板組織和性能在線預(yù)測(cè)的生產(chǎn)線。在線控制是CASPPC技術(shù)的最終目標(biāo)。需要軋制參數(shù)的在線檢測(cè)和精確的模型及反應(yīng)迅速的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在此階段，可以在生產(chǎn)過程中對(duì)熱軋過程中對(duì)熱軋鋼材組織和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而減少鋼材組織和提高生產(chǎn)率，與其它技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)軋制力的精確預(yù)報(bào)。圖6是CASPPC技術(shù)實(shí)際應(yīng)用圖示。圖6. CASPPC技術(shù)在熱軋帶鋼生產(chǎn)中的應(yīng)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(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)稱TDDES系統(tǒng))，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的基礎(chǔ)上，利用對(duì)厚差曲線的頻譜分析，對(duì)厚度偏差的來源及特征作出及時(shí)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(jī)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(shè)定數(shù)據(jù)、軋機(jī)設(shè)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(wù)。主要檢測(cè)精軋機(jī)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(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的檢測(cè)數(shù)據(jù)和過程控制數(shù)據(jù)進(jìn)行高通、低通濾波，對(duì)軋件頭尾溫差趨勢(shì)項(xiàng)進(jìn)行處理，對(duì)所得的厚差曲線數(shù)據(jù)用改進(jìn)的富氏變換進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)其頻譜特點(diǎn)來診斷帶鋼厚度偏差的原因。用于現(xiàn)場(chǎng)診斷的實(shí)例表明，厚差曲線的高頻分量，恰與支撐輥的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)應(yīng)，而其低頻分量恰與加熱爐內(nèi)水管的距離相對(duì)應(yīng)。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(jié)果，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中加熱制度改進(jìn)、換輥時(shí)間的確定等操作要素提供指導(dǎo)。目前TDDES系統(tǒng)已經(jīng)在熱軋帶鋼生產(chǎn)線得到應(yīng)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(huì)不斷的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人們對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)也逐漸向國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)看齊。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，使我國(guó)的冶金企業(yè)的生產(chǎn)水平盡早達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，滿足國(guó)際國(guó)內(nèi)鋼鐵市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的需求，在軋鋼生產(chǎn)過程中，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)已得到應(yīng)用，如軋制過程的自動(dòng)控制，產(chǎn)品性能的預(yù)報(bào)等等，為產(chǎn)品質(zhì)量的提高提供了條件。所有這些技術(shù)的成功應(yīng)用都是建立在許許多多的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上的，如果沒有一個(gè)比較切合實(shí)際的數(shù)學(xué)模型，這些過程就很難實(shí)施。因此對(duì)于一個(gè)冶金工作者來說，針對(duì)生產(chǎn)的實(shí)際情況，尋找符合實(shí)際的數(shù)學(xué)模型是一步很重要的工作。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型大多數(shù)是建立在前人大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，而且大多數(shù)都是屬于經(jīng)驗(yàn)共識(shí)，其適用范圍也比較窄，計(jì)算的精度比較低。隨著技術(shù)的發(fā)展，這些數(shù)學(xué)模型很難滿足生產(chǎn)的要求。軋鋼系統(tǒng)是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，多個(gè)因素之間相互影響、相互制約，他們之間的關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，而且有些關(guān)系結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立確定的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)，然后再直接用在生產(chǎn)過程中，通過在生產(chǎn)中調(diào)整數(shù)學(xué)模型中的一些參數(shù)來對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的建模方法。這樣的模型的建立過程往往事先進(jìn)行了很多的假設(shè)，計(jì)算精度低，甚至可能得出錯(cuò)誤的結(jié)果，給企業(yè)帶來很大的損失。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(shí)別方法，具有自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)和非線性動(dòng)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(yù)測(cè)和控制，提供了一種新的途徑。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)在軋制領(lǐng)域中所應(yīng)用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一組計(jì)算機(jī)程序，這組程序提供了一套具有記憶功能的算法，能夠?qū)Υ嬖谝蚬P(guān)系的事物根據(jù)輸入條件的變化來預(yù)測(cè)結(jié)果。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)規(guī)則可分為很多的種類，其中應(yīng)用最廣泛的是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BP網(wǎng)絡(luò)）主要有兩個(gè)方面的用途：①用于模式識(shí)別；②用于非線性系統(tǒng)的函數(shù)擬合。這兩個(gè)方面的用途在軋鋼領(lǐng)域都得到了比較成功的應(yīng)用。一般來說，在金屬軋