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1、会计学1智能化钢厂的探讨智能化钢厂的探讨(tnto)第一页，共23页。2主要内容一、离散制造与流程制造的特征与不同二、不同类型制造业的发展趋向三、流程制造业智能制造的涵义四、钢铁企业管控架构五、钢厂信息物理(wl)系统的架构六、制造流程中“界面技术”的物理(wl)系统优化和信息数字系统的构建七、结语第1页/共23页第二页，共23页。3一、离散制造与流程制造的特征与不同 以机械加工等为代表的离散型制造的特征是：机械类产品(chnpn)一般是由可拆分的零部件组装而成的。产品(chnpn)的性能、质量和加工效率取决于总体设计。机械类零部件及其加工过程一般在常温、固体状态下进行，较易实现数字化。离散的
2、零部件在组装的过程中可数字化。第2页/共23页第三页，共23页。4 各种机械加工装备的运行过程易数字化。机器装配、运行整体上易于数字化。离散型制造业的智能化主要体现(txin)在产品功能智能化。第3页/共23页第四页，共23页。5 以冶金、化工、建材为代表的流程型制造的特征是：企业由异质、异构、相关协同的工序构成，企业以不可拆分的制造流程整体协同运行的方式存在，适合于连续、批量化生产。制造流程中存在着复杂的物理、化学过程，甚至往往出现气、液、固多相共存的连续变化，物质/能量转化过程复杂，难以全部实现数字化。企业是复杂的大系统，输入(shr)的原料/燃料组分波动，外界随机干涉因素多，难以直接数字
3、化。组成制造流程的单元工序/装置的功能是不同的，制造流程属于异质、异构单元组合的集成体。第4页/共23页第五页，共23页。6 工序/装置之间的关系属于异质、异构单元之间非线性相互作用、动态耦合过程，匹配、协同的参数复杂多变，数字化较难。产品性能、质量、生产效率取决于工艺流程设计优化，各个工艺过程的优化和全流程运行(ynxng)的整体优化。流程型制造业的智能化主要体现在制造流程运行(ynxng)过程的智能化。第5页/共23页第六页，共23页。7二、不同类型制造业的发展趋向 离散型制造：产品功能智能化、高效化 流程型制造：绿色化、制造过程智能化、产品质量品牌化 行（产）业不同，企业类型不同。实现(
4、shxin)智能化的途径、内涵、目标不能一概而论，应该各有特色。第6页/共23页第七页，共23页。8三、流程制造业智能制造的涵义 根据流程制造业的特征，其智能制造的涵义应该是以企业生产经营全过程和企业发展全局的智能化、绿色化、产品质量(chn pn zh lin)品牌化为核心目标研发出来的生产经营全过程的数字物理融合系统。其关键技术是生产工艺/装置技术优化、工艺/装置之间的“界面”技术优化和制造全过程的整合-协同优化，以此为基础嵌入数字信息技术，从而构成体现智能特色的数字物理融合系统CPS。第7页/共23页第八页，共23页。9四、钢铁企业管控架构四、钢铁企业管控架构 作作为为与与智智能能化化钢
5、钢厂厂相相关关(xinggun)的的管管控控架架构应是两层平台的框架。构应是两层平台的框架。图1 钢铁企业管控架构(ji u)两层平台图2 钢铁企业决策架构(ji u)解析第8页/共23页第九页，共23页。10五、钢厂信息物理系统的架构五、钢厂信息物理系统的架构 钢钢厂厂信信息息物物理理系系统统的的架架构构实实际际上上不不一一定定包包括括(boku)ERP系系统统，从从物物理理机机制制上上看看，其其架架构构大大体上如图体上如图3所示。所示。图3 钢厂信息物理(wl)系统的架构第9页/共23页第十页，共23页。11 “界面技术”是一种复杂嵌入式系统，对CPS特别重要，因为物理系统是由异质、异构的
6、组成单元（子系统）构建而成的。要实现智能化必须解决异质异构的子系统之间的相互(xingh)辨识、相互(xingh)感知、相互(xingh)作用、相互(xingh)协同的关系，从而以优化的“嵌入”件的方式融入数字物理系统之中，促进上位系统（全流程）的优化、协同。第10页/共23页第十一页，共23页。12六六、制制造造流流程程中中“界界面面技技术术”的的物物理理系系统统优优化化和和信信息数字系统的构建息数字系统的构建推进推进(tujn)钢厂智能化的一个重要切入口钢厂智能化的一个重要切入口 制制造造流流程程是是由由一一系系列列相相关关的的、异异质质-异异构构的的工工序序/装装置置以以及及它它们们之之
7、间间的的“界界面面技技术术”构构成成的的。“界界面面技技术术”承承载载着着物物质质流流/能能量量流流/信信息息流流的的沟沟通通、传传递递功功能能；工工序序/装装置置之之间间的的功功能能衔衔接接、匹匹配配；工工序序/装装置置之之间间物物质质流流、能能量量流流的的承承接接、缓缓冲冲功功能能等等。“界界面面技技术术”鲜鲜明明地地影影响响着着制制造造流流程程的的结结构构，尤尤其其是动态运行结构和运行效率。是动态运行结构和运行效率。第11页/共23页第十二页，共23页。13第12页/共23页第十三页，共23页。14 长期以来对单元装置的自动化、无人化做长期以来对单元装置的自动化、无人化做了大量的研发了大
8、量的研发(yn f)，并较好地应用于生产，并较好地应用于生产制造过程，解决了局部的自动控制问题。应该制造过程，解决了局部的自动控制问题。应该作为制造流程智能化的基础。然而这只是实现作为制造流程智能化的基础。然而这只是实现制造流程全盘智能化中的一部份。制造流程全盘智能化中的一部份。“界面技术界面技术”的物理系统优化和数字化建模的物理系统优化和数字化建模也是流程制造业智能化的核心技术之一，至今也是流程制造业智能化的核心技术之一，至今研究较少，应该引起关注，深入探索。应该认研究较少，应该引起关注，深入探索。应该认识到识到“界面技术界面技术”同样也是由物理系统硬件和信同样也是由物理系统硬件和信息数字软
9、件构成的，应该建立在扎实的工程科息数字软件构成的，应该建立在扎实的工程科学基础上。似可按如下方法探索：学基础上。似可按如下方法探索：第13页/共23页第十四页，共23页。15（1）以图论为工具构建制造流程的静态网络）以图论为工具构建制造流程的静态网络 制造流程的工程化是要通过工程设计落实到制造流程的工程化是要通过工程设计落实到总平面图等一系列的图形上，总平面图等一系列的图形上，“图图”是由节点及是由节点及其联系其联系(linx)线弧构成的图形。因此要通过图线弧构成的图形。因此要通过图论的知识，在论的知识，在“节点节点”和和“线弧线弧”方面进行研究：方面进行研究：节点优化：包括节点功能、节点容量
10、、节点数优节点优化：包括节点功能、节点容量、节点数优化等的研究；化等的研究；连接线弧优化：重在节点间相互关系优化，距离、连接线弧优化：重在节点间相互关系优化，距离、时间、路线等优化；时间、路线等优化；对于构建静态网络及其优化而言，图论是构对于构建静态网络及其优化而言，图论是构建静态网络的理论基础之一，也是动态精准设计建静态网络的理论基础之一，也是动态精准设计方法的重要方法之一。方法的重要方法之一。第14页/共23页第十五页，共23页。16（2）以排队论）以排队论-Gantt图等方法描述图等方法描述“界面界面”过程过程的运行动力学的运行动力学 在静态网络初步优化的基础上，由于串联在静态网络初步优
11、化的基础上，由于串联-并并联关系的存在，上、下游工序之间动态运行路线联关系的存在，上、下游工序之间动态运行路线(lxin)的确定有赖于上、下游工序间输出流的确定有赖于上、下游工序间输出流-输输入流的方向、排队队长和顺序等，由此需用排队入流的方向、排队队长和顺序等，由此需用排队论和动态运行论和动态运行Gantt图来分析研究，得到优化的动图来分析研究，得到优化的动态运行程序态运行程序即功能序即功能序-空间序空间序-时间序之间的时间序之间的信息参数（数字）协同优化，解决信息参数（数字）协同优化，解决“界面界面”运行运行过程及其参数的协同优化。排队论过程及其参数的协同优化。排队论-Gantt图是动图是
12、动态运行程序编制的依据之一。同时，也影响着制态运行程序编制的依据之一。同时，也影响着制造流程动态运行的网络和轨迹。这一方法在工程造流程动态运行的网络和轨迹。这一方法在工程设计过程和实际生产运行过程都是离不开的。设计过程和实际生产运行过程都是离不开的。第15页/共23页第十六页，共23页。17（3）流程动态运行规则制定）流程动态运行规则制定 根据根据(gnj)流程静态网络优化和动态运行程流程静态网络优化和动态运行程序优化的分析，要进一步按照序优化的分析，要进一步按照“协同论协同论”的原则的原则制定工序制定工序/装置之间动态运行的规则。多工序装置之间动态运行的规则。多工序/装装置协同运行的相互依赖
13、、相互制约、相互促进关置协同运行的相互依赖、相互制约、相互促进关系，特别是彼此间的伺服关系是动态运行过程优系，特别是彼此间的伺服关系是动态运行过程优化必须建立的基本规则。这一点在工程设计时就化必须建立的基本规则。这一点在工程设计时就应重视，生产运行过程中更应遵守。应重视，生产运行过程中更应遵守。第16页/共23页第十七页，共23页。18（4）以软件仿真手段研究）以软件仿真手段研究“界面界面”过程动力学及其过程动力学及其比较优化比较优化 在上述三步的基础上，构建起了制造流程的物在上述三步的基础上，构建起了制造流程的物理系统，进而要利用相关的计算机软件，进行全流理系统，进而要利用相关的计算机软件，
14、进行全流程动态运行过程的仿真建模。要在图论、排队论程动态运行过程的仿真建模。要在图论、排队论-Gantt图和动态运行规则的基础上进一步深化图和动态运行规则的基础上进一步深化“界面界面技术技术”的过程内涵的过程内涵(nihn)，挖掘出若干反映运行，挖掘出若干反映运行过程动力学机制过程动力学机制“次界面次界面”的方法、步骤，进而研的方法、步骤，进而研究究“界面界面”-“次界面次界面”的动态过程路线优化和工序的动态过程路线优化和工序之间的长程协同优化，反过来也可评价流程动态运之间的长程协同优化，反过来也可评价流程动态运行和静态网络之间的优化关系。行和静态网络之间的优化关系。第17页/共23页第十八页
15、，共23页。19（5）工程化）工程化 在运行规则和信息感知器件的支持下，解决物在运行规则和信息感知器件的支持下，解决物质流质流/能量流能量流/信息流协同信息流协同(xitng)优化的自感知、优化的自感知、自决策、自执行、自适应的数字信息系统，在此问自决策、自执行、自适应的数字信息系统，在此问题上要解决好物质流网络、能量流网络和信息流网题上要解决好物质流网络、能量流网络和信息流网络之间的络之间的“三网三网”联结、融合问题，构建起基于物联结、融合问题，构建起基于物理系统过程耗散优化的理系统过程耗散优化的CPS系统，实现工程化的全系统，实现工程化的全流程智能化。流程智能化。第18页/共23页第十九页
16、，共23页。20（6）关于物质流）关于物质流-能量流之间的关联能量流之间的关联(gunlin)流程动态运行过程中，物质流（铁素物质流）流程动态运行过程中，物质流（铁素物质流）的转换运行过程和能量流（包括二次能量流、三的转换运行过程和能量流（包括二次能量流、三次能量流）的输入次能量流）的输入-转换转换-输出过程是密切相关的，输出过程是密切相关的，特别是二次能量流的产生特别是二次能量流的产生/输出与冶金工艺装置输出与冶金工艺装置的运行特征直接有关，例如高炉煤气的产生的运行特征直接有关，例如高炉煤气的产生/输输出形式是连续流；转炉煤气的产生出形式是连续流；转炉煤气的产生/输出则与转输出则与转炉吹氧过
17、程直接关联炉吹氧过程直接关联(gunlin)，是间歇流；而，是间歇流；而焦炉由于存在轮流出焦的工艺方式，其焦炉煤气焦炉由于存在轮流出焦的工艺方式，其焦炉煤气的产生的产生/输出呈锯齿型的连续流输出呈锯齿型的连续流。实际上，。实际上，蒸汽的产生蒸汽的产生/输出也有类似的现象。不同的物质输出也有类似的现象。不同的物质流流-能量流关联能量流关联(gunlin)形式，可以出现不同形式，可以出现不同的信息流和程序，将物质流、能量流关联的信息流和程序，将物质流、能量流关联(gunlin)起来，将钢铁生产过程和能源系统联起来，将钢铁生产过程和能源系统联系起来，这是当前钢厂能源中心技术升级的关键系起来，这是当前
18、钢厂能源中心技术升级的关键点。点。第19页/共23页第二十页，共23页。21七、结语七、结语 （1）智智能能化化是是钢钢铁铁工工业业的的重重要要发发展展方方向向之之一一，要要高高度度重重视视，不不能能错错失失时时机机，但但也也不不会会在在短短时时内内一一蹴蹴而而就就，要要经经历历一一个个探探索索、研研发发、积累、集成、创新的过程；积累、集成、创新的过程；（2）钢钢厂厂智智能能化化要要与与数数字字化化物物理理融融合合系系统统的的概概念念相相对对接接，突突出出“流流”、“流流程程网网络络”和和“运运行行(ynxng)程程序序”的的概概念念，特特别别是是优优化化的的物物质质流流网网络络、能能量量流流
19、网网络络和和信信息息流流网网络络之之间间的的协协同同运运行行(ynxng)，实实现现全全厂厂性性动动态态运运行行(ynxng)、管管理理、服服务务等等过过程程的的自自感感知知、自决策、自执行、自适应；自决策、自执行、自适应；第20页/共23页第二十一页，共23页。22 （3）制制造造流流程程物物理理系系统统优优化化是是钢钢厂厂智智能能化化的的重重要要基基础础性性前前提提，要要充充分分认认识识制制造造流流程程的的运运行行特特点点，不可盲目搬用离散型制造的某些概念和方法；不可盲目搬用离散型制造的某些概念和方法；（4）“界界面面技技术术”的的研研发发(yn f)是是信信息息物物理理系系统统建建构构中中的的一一个个缺缺失失环环节节，应应作作为为解解决决智智能能化化钢钢厂的重要切入点，予以重视；厂的重要切入点，予以重视；（5）要要防防止止一一知知半半解解、一一哄哄而而起起、以以偏偏概概全全、盲目搬用离散型制造智能化的方法来搞钢厂智能化。盲目搬用离散型制造智能化的方法来搞钢厂智能化。第21页/共23页第二十二页，共23页。谢谢 谢！谢！第22页/共23页第二十三页，共23页。