【導讀】支撐計劃管理暫行辦法》規(guī)定的立項要求?？苫蛉钡慕饘俨牧?。鋁在我國現(xiàn)代化建設中起到了重要作用，廣泛應用于國民經(jīng)濟建。年，我國生產(chǎn)氧化鋁2278萬噸、電解鋁1318萬噸，分別占全球產(chǎn)量的%，電解鋁產(chǎn)量連續(xù)8年、鋁的消費量連續(xù)5年居世界第一位。中國市場已成為全球。最大、最具活力的鋁生產(chǎn)與消費市場。由于礦石品位、生產(chǎn)技術等客觀原因，我國噸鋁綜合成本高于國際平均水平，根據(jù)中國有色金屬協(xié)會統(tǒng)計數(shù)。利用率低、勞動生產(chǎn)率低是鋁冶煉企業(yè)普遍存在的問題。其成本構成如下圖所示：。序的控制需求和信息交換需求進行優(yōu)化。大程度上依賴于經(jīng)驗，生產(chǎn)與管理嚴重脫節(jié)。鋁冶煉生產(chǎn)過程中的信息不暢與斷。調(diào)結構、保增長、促發(fā)展的經(jīng)濟發(fā)展方向相背離。在參與國際競爭中將逐步喪失競爭優(yōu)勢，我國企業(yè)走出去的戰(zhàn)略將無從談起。業(yè)必須走科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路。息化技術應用是重要途徑。約鋁工業(yè)企業(yè)快速走上“新型工業(yè)化”道路的重要障礙之一。

　　

【正文】 其中，氧化鋁仿真技術： 建立溶出系統(tǒng)熱力學平衡穩(wěn)態(tài)基礎模型、利用穩(wěn)態(tài)模型進行解決實際問題模型開發(fā)；建立溶出單元動態(tài)模擬模型、利用動態(tài)模型進行解決實際問題模型開發(fā)。工藝工程師可以利用仿真模擬軟件開發(fā)的溶出系統(tǒng)模擬模型來解決實際生產(chǎn)中的問題（如各段自蒸發(fā)器的液位、壓力、流量等），改善 和優(yōu)化工藝技術指標和參數(shù)，并利用穩(wěn)態(tài)和動態(tài)基礎模型不斷解決生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的問題，指導安全生產(chǎn)，降低工人的勞動強度 。 電解鋁三維虛擬電解槽理論與方法研究： 借助先進的繪圖、建模和高速圖形渲染工具等，研究三維可視化技術與鋁電解生產(chǎn)過程數(shù)值模擬和仿真計算融合問題，自主開發(fā)鋁電解生產(chǎn)過程三維可視化系統(tǒng)。 研究內(nèi)容 1） 氧化鋁仿真技術理論與方法研究 對氧化鋁管道化溶出系統(tǒng)生產(chǎn)裝置進行穩(wěn)態(tài)建模和研究 。 開發(fā)專門為氧化鋁溶出過程的物性數(shù)據(jù)庫，根據(jù)生產(chǎn)過程的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)（如溫度、壓力、流量、設備尺寸等）以及由物性數(shù)據(jù) 庫提供的不同條件下的物性數(shù)據(jù)，對溶出過程進行物料平衡、能量平衡、相平衡、化學平衡的計算，對上述溶出穩(wěn)態(tài)模型進行開發(fā) 。 通過模擬的研究，加深對溶出工藝、反應機理等的理解，為進一步提升管道化技術水平提供理論指導 。主要內(nèi)容包括： （ 1） 分析現(xiàn)有的工藝，建立穩(wěn)態(tài)模型； （ 2） 穩(wěn)態(tài)模型的調(diào)整，使其操作條件、產(chǎn)品性質(zhì)與實際數(shù)據(jù)吻合； （ 3） 開發(fā)穩(wěn)態(tài)的研發(fā)模塊，解決實際生產(chǎn)問題； （ 4） 在穩(wěn)態(tài)模型的基礎上開發(fā)動態(tài)模擬模型； （ 5） 調(diào)整動態(tài)模擬模型，保證模型的精度； 2） 電解鋁 三維虛擬電解槽理論與方法研究 通過對典型冶金過 程中多相、多場藕合三維表征和在線仿真方法的研究，總結出處理復雜冶金過程中模擬和計算結果三維可視化及在線仿真實現(xiàn)的方法及相關技術，并完成一體化信息表達綜合應用平臺的研制工作，為推廣到其他復雜冶金過程的模擬和計算過程中去奠定堅實的技術基礎 ，主要研究內(nèi)容包括： （ 1） 研究多相、多場藕合數(shù)學模型和三維表征原始幾何數(shù)據(jù)間的關聯(lián)方法，（ 2） 實現(xiàn)復雜冶金過程中模擬和計算模型的三維可視化描述； （ 3） 研究多相、多場耦合作用的三維表征方法； （ 4） 研究面向在線仿真的多源、跨平臺信息融合方法； （ 5） 研究面相多相、多場藕合三維 表征的綜合應用平臺； （ 6） 鋁電解生產(chǎn)過程中多物理場仿真計算結果的三維可視化； （ 7） 鋁電解生產(chǎn)中物理化學過程的三維可視化； （ 8） 鋁電解生產(chǎn)綜合自動化過程的三維可視化。 關鍵技術 1） 氧化鋁仿真技術： 根據(jù)裝置的物料平衡、能量平衡、熱力學數(shù)據(jù)、物性數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)建立溶出裝置的穩(wěn)態(tài)模型，從反應機理上對溶出裝置進行理論仿真研究；利用穩(wěn)態(tài)模型的求解數(shù)據(jù)開發(fā)動態(tài)模擬模型；利用穩(wěn)態(tài)模型、動態(tài)模型和生產(chǎn)實際數(shù)據(jù)，調(diào)整模型參數(shù)，使操作條件、產(chǎn)品性質(zhì)與實際數(shù)據(jù)吻 合。 2） 電解鋁虛擬三維可視化技術： 鋁電解生產(chǎn)中有許多特有的工 藝現(xiàn)象，比如：陽極效應、陽極電流分布、陽極消耗情況等需要用三維可視化技術來描述，通過和控制信息的有機結合，達到對電解槽運行狀態(tài)的全方位了解。另外 ， 通過跟鋁電解專家診斷系統(tǒng)的結合，輸出電解槽故障信息的三維可視化表述對生產(chǎn)工藝人員來說是非常重要的部分，比如象爐底沉淀、爐梆不好，伸腿太長等信息是目前工廠需求最迫切的地方。 技術難點 1） 針對氧化鋁燒結法、拜耳法、混煉法等工藝，開發(fā)對應的工序仿真，實時實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度。 2） 利用多場仿真計算結果和電化學計算結果，并結合控制系統(tǒng)的在線和工藝管理系統(tǒng)的離線等信息描述出三 維“虛擬槽膛”，那將是革命性的突破，真實的鋁電解生產(chǎn)過程是多場藕合綜合作用的結果，如何將多場藕合仿真計算結果進行三維表達是個難題。 創(chuàng)新點 1） 首次將三維可視化技術引入鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES）的開發(fā)。 2） 創(chuàng)新研制電解鋁虛擬三維可視化系統(tǒng)，以“工業(yè) B 超”的形式診斷電解 槽生產(chǎn)。 課題七：鋁冶煉節(jié)能技術在 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 中的應用研究 研究目標 研究電解鋁低電壓冶煉化方法、氧化鋁濃度軟檢測及濃度控制、突發(fā)陽極效應預警、限電情況下陽極效應控制及低電壓電解生產(chǎn)技術工藝和方法。研制替 代傳統(tǒng)用電啟動的煙氣焙燒啟動裝置和控制程序，實現(xiàn)電解鋁焙燒啟動及冶煉過程的節(jié)能降耗。 研究內(nèi)容 針對占鋁冶煉能源消耗 70%以上的電解鋁工序， 研究 基于電流效率在線檢測、電流分布在線測量等技術，研究 電解鋁低電壓 、高效率冶煉方法 ，實現(xiàn)電解鋁冶煉過程的節(jié)能降耗。 內(nèi)容包括： 1） 電解鋁電流效率在線檢測分析儀、電解鋁陽極電流分布在線測量儀及其它相關設備研制 ； 2） 研究 替代傳統(tǒng)用電啟動的煙氣焙燒啟動裝置和控制程序， 重點實現(xiàn)不刨槽二次啟動，實現(xiàn) 節(jié)能降耗 、降低啟動成本、提高槽壽命 ； 3） 基于電解鋁在線檢測，結合大型電解槽 生產(chǎn)低電壓、無效應等節(jié)能技術和方法，研究電解鋁工藝技術指標關系與電流效率之間的關系，形成低電壓、高效率生產(chǎn)綜合冶煉工藝和治理方案。 關鍵技術 1）通過低電壓“無效應”生產(chǎn)，實現(xiàn)電解鋁節(jié)能減排。 由于電解鋁能耗占鋁冶煉能耗的 70%以上，所以 鋁冶煉 節(jié)能重點在電解鋁的節(jié)能方面。以“無效應、低電壓”為特征的鋁電解綜合節(jié)能關鍵技術研究，開發(fā)以低窄氧化鋁濃度控制為核心的無效應鋁電解節(jié)能技術和以低溫生產(chǎn)為核心的低電壓鋁電解節(jié)能技術是目前的關鍵。這些技術成功開發(fā)并推廣應用，可極大的提高電解槽的穩(wěn)定性，效應系數(shù)降低到 以下，直流電耗下降 5001000kwh/t Al，電壓由當前的 降低到 ，降低幅度達到 300mV 以上。 2） 創(chuàng)新研發(fā)電流效率分析儀、 電解鋁 陽極電流分布在線采集無線傳輸檢測儀，實時指導電解槽運行和優(yōu)化控制。通過第 5 代電解槽控制設備研制，進一步實現(xiàn)模糊控制和專家控制。煙氣焙燒啟動設備研制，實現(xiàn)同等條件下利用燃氣焙 燒替代電力啟動，實現(xiàn)節(jié)能降耗的同時，提高槽壽命。 技術難點 1） 研制電流效率檢測分析儀 、電解槽陽極電流分布檢測儀 ，通過對電解槽電流效率 和電流分布 實時檢測結合電解槽生產(chǎn)工藝采用 針對性的措施提高電流效率。 2） 研制煙氣焙燒啟動裝置，用天然氣、煤氣替代傳統(tǒng)的電解槽電焙燒啟動，取代傳統(tǒng)電流焙燒啟動，僅電解槽焙燒啟動或二次啟動，節(jié)約成本 80%以上，以200KA 電解槽為例單臺電解槽啟動節(jié)約電耗 10 萬千瓦時以上， 降低成本的同時實現(xiàn)節(jié)能減排。針對鋁冶煉高能耗工序，通過低電壓技術 降低 鋁 冶煉電耗。 創(chuàng)新點 1） 創(chuàng)新研制電解鋁電流效率分析儀和煙氣焙燒啟動等成套設備，填補國內(nèi)空白，噸鋁電耗降低 500Kwh，最大超過 1000Kwh。 2） 研制分別采用天然氣、煤氣、液化石油多種焙燒裝置，避免電力焙燒導致的焙燒不均勻、能耗高、影響槽壽命的不足。 課題八：優(yōu)化理論在 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 中的應用研究 研究目標 利用最優(yōu)化理論，構建鋁冶煉企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化模型，自主開發(fā)鋁冶煉企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度專家系統(tǒng) ；構建生產(chǎn)計劃與排程優(yōu)化模型，自主開發(fā)鋁冶煉企業(yè)生產(chǎn)計劃專家系統(tǒng)。 研究內(nèi)容 針對鋁冶煉流程性工業(yè)工藝復雜的特性，利用數(shù)學規(guī)劃論（包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、 01 規(guī)劃等），組合優(yōu)化（包括圖論中的各種優(yōu)化方法、統(tǒng)籌法、優(yōu)選法）、人工智能技術等，研究生產(chǎn)計劃排程和最優(yōu)調(diào)度。 主要 研究內(nèi)容包括： 1） 鋁冶煉企業(yè)生產(chǎn)計劃與排程優(yōu)化模型的研制 ； 2） 鋁冶煉企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化模型的研制。 關鍵技術 利用數(shù)學規(guī)劃論、組合優(yōu)化、人工智能技術實現(xiàn)鋁冶煉企業(yè)生產(chǎn)高效調(diào)度和生產(chǎn)計劃排程，人、財、物高效配置和調(diào)度，將極大提高企業(yè)生產(chǎn)效率。 技術難點 鋁冶煉行業(yè)作為典型的流程性工業(yè)，生產(chǎn)工藝過程相對復雜，如何選擇合適的優(yōu)化理論方法運用到鋁冶煉生產(chǎn)調(diào)度和計劃排程中將是必須解決的難點。 創(chuàng)新點 創(chuàng)新優(yōu)化理論在鋁冶煉生產(chǎn)工藝中的應用，通過優(yōu)化模型動態(tài)優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度和控制。 課題九： 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES）標準 體系建立 研究目標 基于鋁冶煉企業(yè) ALMES 系統(tǒng)實現(xiàn)機制、運行環(huán)境、實施過程，結合目前鋁冶煉企業(yè)的現(xiàn)狀，開展鋁冶煉企業(yè) ALMES 系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化過程中系統(tǒng)建設、實施過程的標準化 體系 研究工作，形成鋁冶煉企業(yè) ALMES 系統(tǒng)建設 標準、系統(tǒng)應用標準，提高系統(tǒng)實施質(zhì)量及運行效果 。 研究內(nèi)容 在國家標準化管理委員會的領導下 ， 針對鋁冶煉企業(yè) ALMES 系統(tǒng)的高技術性、高集成性、高復雜性等特點，就系統(tǒng)的實施、應用標準化工作進行研究，主要內(nèi)容包括： 1） 鋁冶煉企業(yè) ALMES 系統(tǒng)標準與國際標準、國家標準接軌，在國際標 準、國家標準的基礎上完善鋁冶煉企業(yè) ALMES 系統(tǒng)的執(zhí)行標準 體系 ； 2） 建立項目建設期內(nèi)的項目實施標準，主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)編碼標準、系統(tǒng)集成標準、系統(tǒng)設備參數(shù)標準、開發(fā)標準、安裝調(diào)試規(guī)程等系統(tǒng)建設標準化指標的研究； 3） 建立系統(tǒng)應用標準，為保證項目穩(wěn)定運行提供標準規(guī)范。主要包括：標準操作規(guī)程、異常處理標準、系統(tǒng)巡檢標準等系統(tǒng)應用標準。 關鍵技術 形成鋁冶煉 MES 行業(yè)規(guī)范標準 體系 ，實現(xiàn)項目行業(yè)推廣應用。 技術難點 鋁冶煉 MES 涉及電解鋁、氧化鋁兩大業(yè)務，需要自控技術、軟件技術、接口技術、網(wǎng)絡技術、軟件 技術、仿真技術、優(yōu)化理論等多專業(yè)，形成行業(yè)規(guī)范標準具有業(yè)務和技術兩大難點。 創(chuàng)新點 1） 填補行業(yè) MES 空白。 2）形成行業(yè)以管控一體化為目標的整體解決方案。 3）為項目技術推廣應用提供標準化方法。 課題 十 ： 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 產(chǎn)業(yè)基地建設及項目產(chǎn)業(yè)化 研究目標 基于 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 技術的研究，制定 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 推廣實施方案。籌建、完善研發(fā)環(huán)境設施，建設 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 行業(yè)應用的產(chǎn)、學、研基地，形成行業(yè)研究、推廣應用中心，項目建成后 形成年推廣實施 20 套 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 能力，并逐步向有色行業(yè)推進。 研究內(nèi)容 籌建、完善研發(fā)環(huán)境設施，建設 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 行業(yè)應用的產(chǎn)、學、研基地 ， 形成項目持續(xù)研發(fā)、升級、應用的產(chǎn)業(yè)化體系 。 主要內(nèi)容包括： 1） 產(chǎn)業(yè)基地建設 ，在 長城信息現(xiàn)有場所基礎上，投資建設研發(fā)樓，完善項目產(chǎn)業(yè)化環(huán)境 ； 2） 籌建項目工程研究中心，形成與高校、行業(yè)研究機構 相 結合等 “產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟” 基地，建立項目咨詢、設計、銷售、實施、研發(fā)、升級體系，支撐項目的持續(xù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化 ； 3） 形成冶煉企業(yè) ALMES 系統(tǒng) 整體解決方案，采用試點、示范、推廣的模式實現(xiàn)項目產(chǎn)業(yè)化 ,形成 年 推廣 20 套 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 能力 。 關鍵技術 整合行業(yè)專業(yè)技術優(yōu)勢，協(xié)調(diào)項目協(xié)作機制，形成產(chǎn)學研可持續(xù)發(fā)展 的“產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟“ 體系。 技術難點 1）建立行業(yè) MES 產(chǎn)學研基地 和“產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟” 。 2）協(xié)調(diào)生產(chǎn)企業(yè)、研究機構和行業(yè)科研院校，開展項目相關技術有序研發(fā)，協(xié)調(diào)各方利益和市場推廣。 創(chuàng)新點 1） 填補國內(nèi)鋁冶煉 MES“產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟” 聯(lián)合體系空白。 2）建立行業(yè) MES 產(chǎn)業(yè)化基地，持久服務行業(yè)應用。 項目、人才、基地統(tǒng)籌計劃 為順利建 設完成 鋁 冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES），河南長城信息技術有限公司攜手合作研發(fā)單位，建立相配套的項目規(guī)劃、人才培養(yǎng)、基地建設等統(tǒng)籌計劃，從而形成鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 技術的研發(fā)、規(guī)劃、設計、實施、服務 、培訓 、推廣 的綜合機構，完成基于鋁冶煉工藝過程的 MES 產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)品銷售，形成為鋁冶煉企業(yè)提供 MES 綜合解決方案的技術能力，為鋁 冶煉 企業(yè)提供持續(xù)的技術支持、產(chǎn)品升級與服務。 項目 統(tǒng)籌計劃 圍繞鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 整體 進展 狀況 ，由中國鋁業(yè)公司負責統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，聯(lián)合推進。擇優(yōu)選擇課題承擔單位和 項目最終技術或產(chǎn)品集成的負責單位，充分發(fā)揮部門、行業(yè)、地方、企業(yè)、專家等方面的作用，實行整體協(xié)調(diào)、資源集成、平等 協(xié)作 、聯(lián)合推進的機制。 項目參與單位由行業(yè)科研機構、示范企業(yè)、高校和行業(yè)技術企業(yè)組成，分課題開展項目關鍵技術課題研究和示范應用，項目建設周期 3 年。 項目由中國鋁業(yè) 組織 ，由河南長城信息技術有限公司承擔建設，接受國家科技部、中國鋁業(yè)公司對項目的 監(jiān)督 ，接受上級委派機構審計 檢查課題的執(zhí)行情況和經(jīng)費使用情況。 項目完成后將完成科研成果 5 項，形成專利 8 項，其中發(fā)明專利 1 項，軟件著作權 5 項， 發(fā)表論文 20 篇，出版 專著 2 部， 形成行業(yè) MES 規(guī)范標準 1 套，鋁工業(yè) MES 解決方案 4 套（其中新建電解鋁 MES、新建氧化鋁 MES、 改造電解鋁 MES、改造氧化鋁 MES 各 1 套）。 人才 培養(yǎng) 圍繞 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES）的研究與開發(fā) ，將形成 鋁冶煉制造執(zhí)行系統(tǒng)（ ALMES） 的咨詢、規(guī)劃、設計、實施