“我國鋼鐵工業近幾年形成了信息技術集成、過程工藝技術集成、全quan生sheng命ming周zhou期qi技ji術shu集ji成cheng的de三san維wei技ji術shu集ji成cheng，這zhe些xie技ji術shu集ji成cheng是shi信xin息xi化hua的de基ji礎chu。因yin此ci，鋼gang鐵tie行xing業ye是shi離li智zhi能neng化hua最zui近jin的de行xing業ye
，具ju有you最zui好hao的de實shi現xian智zhi能neng化hua的de條tiao件jian，對dui智zhi能neng化hua的de需xu求qiu也ye是shi最zui迫po切qie的de。”9月27日，中國工程院院士、東北大學教授王國棟在由中國冶金報社
、唐山市工業和信息化局共同主辦，遷安市九江線材有限責任公司協辦的2019(第五屆)中國鋼鐵產業互聯網+推進大會上表示。

鋼鐵工業智能製造平台架構

王國棟介紹了鋼鐵工業智能製造的平台架構。

在他看來，智能有以下幾個特點：一是具有感知能力，即具有能夠感知外部世界
、獲(huo)取(qu)外(wai)部(bu)信(xin)息(xi)的(de)能(neng)力(li)
，是(shi)產(chan)生(sheng)智(zhi)能(neng)活(huo)動(dong)的(de)前(qian)提(ti)條(tiao)件(jian)和(he)必(bi)要(yao)條(tiao)件(jian)。二(er)是(shi)具(ju)有(you)記(ji)憶(yi)和(he)思(si)維(wei)能(neng)力(li)

，即(ji)能(neng)夠(gou)存(cun)儲(chu)感(gan)知(zhi)到(dao)的(de)外(wai)部(bu)信(xin)息(xi)及(ji)由(you)思(si)維(wei)產(chan)生(sheng)的(de)知(zhi)識(shi)，同(tong)時(shi)可(ke)利(li)用(yong)已(yi)有(you)的(de)知(zhi)識(shi)對(dui)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)、計算、比較、判斷、聯想、決(jue)策(ce)。三(san)是(shi)具(ju)有(you)學(xue)習(xi)能(neng)力(li)和(he)自(zi)適(shi)應(ying)能(neng)力(li)
，即(ji)通(tong)過(guo)與(yu)環(huan)境(jing)的(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)
，不(bu)斷(duan)學(xue)習(xi)積(ji)累(lei)知(zhi)識(shi)，使(shi)自(zi)己(ji)能(neng)夠(gou)適(shi)應(ying)環(huan)境(jing)變(bian)化(hua)。四(si)是(shi)具(ju)有(you)行(xing)為(wei)決(jue)策(ce)能(neng)力(li)，即(ji)對(dui)外(wai)界(jie)的(de)刺(ci)激(ji)做(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)，形(xing)成(cheng)決(jue)策(ce)並(bing)傳(chuan)達(da)相(xiang)應(ying)的(de)信(xin)息(xi)。

智能控製的核心是信息物理係統(CPS)。該係統的總體架構為：感知(物理)層、網絡層、計算層。其通過集成先進的感知、計算、通信、控製等信息技術和自動控製技術，構建了物理空間與信息空間中人、機、物、環境、信息等要素相互映射、適時交互
、高效協同的複雜係統，實現係統內資源配置和運行的按需響應
、快速迭代、動態優化。目前冶金企業的嵌入式工業控製係統構成為物理層
、網絡層、計算控製層

、應用層。

王wang國guo棟dong指zhi出chu，智zhi能neng製zhi造zao平ping台tai建jian設she的de原yuan則ze，一yi是shi充chong分fen利li用yong企qi業ye現xian有you係xi統tong和he現xian有you數shu據ju

，采cai用yong先xian進jin的de智zhi能neng製zhi造zao技ji術shu，增zeng強qiang網wang絡luo互hu聯lian互hu通tong和he數shu據ju采cai集ji與yu處chu理li，開kai發faCPS係統的數字孿生
，即數字感知係統，使企業現有係統升級為具有自學習
、自適應、自組織的智能係統，實現全流程智能製造

，促進企業高質量發展。

二是要實施真正的智能化。企業在實施全流程、一體化智能製造的過程中，應當在滿足係統功能要求的前提下
，逐步、穩妥地對現有的企業資源計劃(ERP)、製造執行係統(MES)、過程控製、基礎自動化等係統進行軟件改造，使其具有感知能力、記憶和思維能力、學習能力和自適應能力、行為決策能力
，成為真正的智能化係統。

“鋼鐵工業是一個流程工業，因此鋼鐵工業信息係統必須是全流程、一體化的，能夠實現物質流、信息流、能量流的綜合分析、控製
、管理。”王國棟強調。

他ta進jin一yi步bu指zhi出chu，隨sui著zhe技ji術shu手shou段duan的de豐feng富fu和he計ji算suan能neng力li的de提ti升sheng，解jie決jue問wen題ti的de方fang式shi將jiang從cong把ba複fu雜za問wen題ti分fen為wei相xiang對dui簡jian單dan的de不bu同tong層ceng次ci，逐zhu層ceng解jie決jue問wen題ti的de傳chuan統tong方fang式shi，轉zhuan變bian為wei“跨層、跨域”的扁平化發展的方式。

扁平化雙層架構為“雲端智能層”和“本地決策層”。雲端智能層具有低實時性的MES、ERP和BI(商務智能)功能
，實現質量、設備能力、成本、資源、人力資源等多個目標的綜合協調。“本地決策層”具有高實時性PCS(過程控製係統)、BA(樓宇設備自控係統)和傳感器等功能，輔以人工智能、大數據等新技術
，強化計算能力
、實時性等。兩層級之間在線實時動態調整，靈活、協調地實現了質量、效率的提升。

為了更好地實現扁平化發展，企業需要邊緣計算。應用邊緣計算可實現對近場裝置、設備及係統的智能控製，解決網絡延時帶來的不確定性問題，減輕雲端負擔
，同時兼顧雲計算和終端的協同。

鋼鐵智能製造平台的核心是數字感知係統

鋼鐵企業在智能化發展過程中，麵臨著一些問題。王國棟指出，鋼鐵行業是多工序、長流程的流程工業
，鋼鐵生產過程為全流程“黑箱”
，冶煉反應器內部
、連鑄和軋製工件內部的化學反應和物理變化以及相關的重要參數，看不見、摸不到、測不出
，實時、內部信息感知極度缺乏；muqianxitongzhongshiyongdemoxingdaduoweililunmoxinghuojingyanmoxing，cunzaijiaodadebuquedingxing，yubaojingducha，nanyishixiangaojingdudedongtaixietiaokongzhi，kongzhijuececunzaicuguangxingshenzhishimangmuxingwenti；由於工藝條件、設備運行狀態變化引起生產工況發生複雜變化，過程輸入條件、狀態變量和控製目標之間關係複雜。

“數字感知為我們利用大數據、互聯網
、雲計算
、AI(人工智能)等現代信息技術攻克以往無法逾越的障礙提供了全新的思路和可行的方法，為冶金等行業的精準感知及控製提供了理想的解決方案。”王國棟進一步表示
，“在信息流的控製下，物質流與能量流發生化學反應或物理作用
，因此以足夠的精度求解基於物理—化學反應的數學模型
，可以獲得物質流、能量流、信息流的統一解。”

鋼鐵行業數學模型由於具有不確定性、強非線性、極其複雜性的特點，必須采用數學模型與AI/大數據結合的方式，以數學模型為基礎主線，以人工智能及實測大數據優化數學模型，高效率地實現高精度數字感知
，破解鋼鐵行業“黑箱”係統。

CPS係統的基本組件包括傳感器、執行器和決策控製單元。基本組件結合反饋循環控製機製構成了CPS的基本功能邏輯單元，執行最基本的檢測與控製功能數字感知係統：基於大數據
、人工智能、物聯網和物理—化學模型的巨型數字傳感係統，實現了現實物理世界全部物理量的數字孿生。

其中，決策控製單元能依據數字感知係統
、感知信息和用戶輸入規則進行智能決策，發出工藝控製參數調整指令，保證在既定的條件下得到控製目標值。

王國棟指出
，物理係統的數字孿生是核心。工業4.0的數字感知係統能全麵感知和掌控信息流、物質流
、能量流的全流程規律。全流程一體化CPS係統可以係統解決斷點和數據離線自動采集等問題，實現全流程一體化協調控製。

智能製造係統的主要功能：一是信息深度感知，即實現工藝質量精準預報與在線狀態感知；二是數據處理存儲，即實現全流程工藝質量數據采集與處理；三是網絡互聯互通，包括5G的物聯網
、互聯網連接萬物與人
；四是設備診斷維護，即實現設備健康狀態診斷與智能維護
；五是質量監控優化
，即實現質量異常原因追溯與生產工藝優化
；六是精準協調控製，即實現質量精準控製與多工序協調智能優化；七是智能優化決策
，即實現橫向產供銷全流程一體、縱向各層次協同的智能優化決策。

“建設鋼鐵工業信息係統，應按照鋼鐵生產的流程，在主要的生產環節建立可以進行智能感知、決策
、控製的智能體
，實現對各環節的智能控製。這些智能體包括：原料處理智能體

、高爐冶煉智能體、煉鋼—連鑄智能體
、熱軋智能體
、冷軋智能體、熱處理智能體。鋼企應將各智能體組成涵蓋整個流程的多智能體，實現各智能體之間的銜接、協調、平衡、優化。”王國棟建議。