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钢铁生产过程存在多工序连续生产、工序间强遗传、各影响因素非线性等特点，其数据形式则表现出高通量、强耦合、多态时变、多元异构的特征。基于工业互联网的构架体系，可实现从数据感知到数据转换，再到信息提取和认知，最终实现智慧决策和资源的优化配置，进而解决多类工业设备接入、多源工业数据集成、数据管理与处理、数据建模分析、应用创新与集成、知识积累迭代实现等一系列问题。 北京科技大学工程技术研究院通过工业互联网及大数据平台，完成基于多协议的全流程各类多元异构数据的采集，并对采集完的数据进行时空变换，在时间轴和空间轴完成数据的匹配，将数据精准关联到物料上，实现产品的全息数字化；构建完整的质量、工艺、关键设备数据等内容的工厂级分类数据库，并实现数据的预处理、数据空间建设、数据安全建设、数据存储等；部署SOA中间件平台，实现进程管理、业务管理、作业管理、开发管理、日志管理、接口管理等一系列服务，通过提供工业数据管理能力、可复用的工业微服务组件库、应用开发环境实现工业应用的快速开发；提供多类微服务模型，包括机器学习算法模型、规则引擎模型、冶金物理模型、工业 APP等，形成一套适合冶金行业的工业互联平台，为质量提升及改进提供基础数据服务、协同环境、安全保障等，实现工业互联网及大数据平台的最终价值。 关键技术 工业互联网及大数据平台集成了一些冶金行业关键技术： 1）端部数据泛化采集和边缘层数据处理技术。部署边缘计算平台，提供边缘层多协议转换，支持西门子 S7、EGD、ModBus、OPC、CAN、Profibus等各类工业通信协议和软件通信接口，强化平台的数据接入能力，实现从端、边、云的冶金行业物料全周期数据采集，效率可达到毫秒级。同时，基于深厚的冶金行业自动化背景，在边缘侧进行如时空变换、数据判异、物料谱系匹配、分类归档、优化跟踪等工作，以满足上层应用的使用需求。 2）面向数据特性的开放式数据分析算法工具集。为满足冶金全流程工业应用的数据分析要求以及爆发式增长数据需求，平台集成了涵盖关联、回归、聚类、分类等九类开放式分析算法工具集。同时，形成每个大类功能中具体算法和数据特征的适应性应用场景，提高数据模型的分析能力，获得更理想的数据分析效果。 3）冶金工业机理模型库。基于对工业机理、工艺流程、模型方法等的理解，形成从冶金行业全流程重要工业机理模型库，如吹氧模型、二冷水模型、炉气分析模型等，基于此类工业机理模型库，可对收集的数据进行验证、仿真、预测等，使得机理和数据结合的模型能够发挥更大的作用。 4）生产过程多目标协同控制模型。质量、生产、工艺、控制、设备、成本等通常是密不可分，在了解其相互之间的关联关系后，可形成若干个多目标系统控制模型，可实现快速业务场景的搭建，如轧机刚度评价、铸坯表面裂纹预测、轧制表面缺陷追溯等多类定制化模块。 技术应用情况 工业互联网及大数据平台经过了多代的技术革新，已经实现15套以上大中型冶金企业全流程业绩，平台成功应用于鞍钢、新钢、马钢、沙钢、淮钢、中铝瑞闽等众多板卷、棒线、轨梁、高线全流程生产线，同时在梅钢、攀钢、建龙、邯钢等也实现了众多单工序大数据平台建设。 1）鞍钢全流程质量大数据集成平台。托信息化系统，在鞍钢本部构建全流程质量大数据平台，实现从炼钢、连铸、热轧、冷轧等43个工序的全流程数据采集与匹配，将数据精准匹配到物料上，实现全流程质量数据（L1/L2/MES/ERP/表面检测）的贯通，并实现质量判定、过程监控、数据追溯等功能。平台覆盖板带产线的数据采集率达到90%以上，数据利用率达到60%以上。该项目已入选工信部评选的2019年工业互联网试点示范项目。 2）马钢板带质量管理数据采集平台。该项目涵盖马钢所有板带生产线，包括一钢轧、四钢轧、冷轧总厂、合肥板材等，工序包括炼钢、连铸、热轧、酸轧、镀锌等53个关键机组，实现各生产线自动化系统（L1、L2、表检、LIMS）的数据采集和匹配工作，构建了板材全流程质数据采集平台，并应用大数据方法，实现过程监控、质量分析、质量判定等功能。平台的成功构建，使得马钢全流程的数据使用效率提升 75%以上，质量问题处理效率提升 30%以上。 3）新钢板卷全流程质量管控系统。建立包括炼钢、连铸、热轧、冷却在内的35个工序的数据采集平台，涵盖各产线的L1、L2、MES、板形仪以及表面检测系统，实现全流程不同类型数据的数据采集、预处理与存储以及统一访问接口，同时开发连铸机二级系统，在此基础上开发应用层平台，同时开发质量在线评级、过程监控、质量分析、数据追溯等功能，建立各类工艺、质量数据及质量异议数据之间的内在联系，快速定位质量问题生产根源，持续提升新钢总体的质量管理水平。系统的成功构建，使得新钢全流程的数据使用效率提升80%以上，外部质量缺陷反馈减少20%以上，内部质量缺陷下降20%以上。 （陈超超 殷实） 本文为部分内容，全文请参阅《世界金属导报》3期B16。  ▲ 《世界金属导报》3期 B16
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