钢铁工业智慧管控与运行优化

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工 业 智 能 化 实 践 服务工业智能 | 成就美好未来 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 2 内容提纲 基础控制与智能感知 2 设备维护与智能诊断 3 单位简介与主营业务 1 数字孪生与虚拟工厂 5 调度优化与智能管控 4 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 3 研究院简介 XX 人工智能 XX 研究院成立于 2018 年 10 月，是由 XX 市人民政府与 XX 在 XX 市高新园区联合共建 的新型研发机构，具有独立法人资格三类事业单位。先后获批 XX 市新型研发机构、辽宁省新型研发机构、 辽宁省科技成果转化政策激励试点单位。 研究院研发体系整体布局：一个平台、五个中心、 X 个 AI+ 创新联合体。 面向学术前沿，突破核心技术；扎根地方发展，推动产业升级 “ 智能制造” “ 智慧海洋” “ 智慧城市” “ 智能软件” “ 智慧康养” DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 4 研究院成员 专家委员会成员 管理委员会成员 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 5 研发体系 研究院 - 西安深信科创共建 自动驾驶联合实验室 研究院 - 华奥数据共建 数据治理联合实验室 研究院 - 奥拓股份共建 XX 智能生产线创新中心 研究院 - 大众信息 共建联合实验室 研究院 - 数据湖共建 先进计算联合实验室 研究院 - 华录松下共建 智慧医疗联合实验室 研究院 - 软件协会共建 元宇宙联合实验室 研究院 - 华为 - 德泰共建 算力服务联合实验室 研究院 - 东软共建 车联网联合实验室 研究院 - 中国康养共建 智慧康养联合实验室 智慧康养产业 技术中心 元宇宙产业 技术中心 智慧工业产业 技术中心 人工智能基础 研究中心 智慧城市产业 技术中心 人工智能 产学研服务 平台 1 个 产学研服务平台 5 大 技术研发中心 X 家 AI+ 创新联合体 已成立 筹备中 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 6 人工智能产学研服务平台 为提升我市人工智能领域创新能力和产业化水平，助力 XX 成为人工智能产业领域领先城市、推动东北 老工业基地新一轮全面振兴，研究院秉持“科技引领、赋能产业、协同发展、智创未来”的理念，充分发挥 XX 智力资源优势，打造与 XX 产业需求紧密结合的人工智能研发平台、成果转化平台、科技服务平台与培 训服务平台。 技术研发 面向 XX 市支柱产业技术 升级改造，开展基础研究 以及与 XX 产业发展紧密 结合的人工智能技术应用 研究。 成果转化 整合资源，集聚创新要素， 着力打通科技成果产业转 化“最后一公里”，提供创 新驱动力，拉动 XX 高科 技经济发展。 科技服务 充分发挥人才优势，为企 业提供科学研究、专业技 术服务、技术推广、科技 信息交流、科技培训、技 术咨询、技术孵化、知识 产权服务等。 人才培训 为 XX 市产业发展培养人 工智能专业技能人才，促 进就业，满足企业技术升 级改造需求。培养具有人 工智能领域前瞻性思维的 管理人才。 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 7 社会服务 助推企业成果转化 承办人工智能领域论坛 发挥人工智能智库作用 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 8 研究院五大中心 发挥 XX 多学科优势，围绕人工智能学科特点和 XX 市产业升级开展科研布局， 重点突破人工智能文本、视觉大模型构建与优化关键技术，围绕 XX 智能制造、生 命健康、软件、元宇宙等产业，开展共性技术研究，促进产业升级。 五大中心 介绍 从事计算机视觉、自 然语言处理等人工智 能技术研究 服务钢铁、煤矿、 化工、汽车等产业 服务交通、水务、 建筑、电子政务等 产业 服务医疗、健康、 养老等产业 服务软件、在线教育 等产业 人工智能基础 研究中心 智慧工业产业 技术中心 智慧城市产业 技术中心 智慧康养产业 技术中心 元宇宙产业 技术中心 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 9 内容提纲 单位简介与主营业务 1 数字孪生与虚拟工厂 5 调度优化与智能管控 4 基础控制与智能感知 2 设备维护与智能诊断 3 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 10  焦炭质量实时预测 • 树形界面选择炉号与指标类型； • 实时预测界面显示对应的配合煤指标、生产过程指标 和焦炭质量指标预测结果。  配煤优化 • 可配置选用的单种煤及价格、质量指标、配比上下限等 属性； • 给出优化方案及对应的成本与焦炭质量 基础控制与智能感知 —— 配煤优化与焦炭质量预测 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 11 基础控制与智能感知 —— 钢铁自备电厂运行优化 11 模型参数自适应更新 融合过程机理 + 运行经验 高精度建模 机理融合智能建模 多目标的动态优化控制器 实时调整 DCS 设定参数与偏置 快响应、强稳定 模型预测控制 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian  优化目标：  动态优化风焦比；  减少氮气补充；  循环气体放散 ;  预存段压力控制；  焦炭的排焦温度 / 料位等控制；  减少空气补充量，降低焦损率 ;  循环气体成分的安全控制； 基础控制与智能感知 —— 干熄焦循环风温度智能控制系统 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 13 内容提纲 单位简介与主营业务 1 基础控制与智能感知 2 数字孪生与虚拟工厂 5 设备维护与智能诊断 3 调度优化与智能管控 4 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 14 设备维护与智能诊断 ——工业智能装备精准运维 设备“全生命周期” 精准运维 人工智能引导数据 - 机理 - 知识协同驱动，实现“设备运行监控、运行状态预测、故障诊断与溯源和设备寿命分析”，从 而保障设备运行的可靠性和安全性 , 有效降低维修成本和减少停机时间，从而提高任务的完成率。 运行状态监测 技术 故障状态预测 技术 设备购入建档 设备档案注销 工业智能装备精准 运维平台 设备故障诊断 与溯源技术 设备使用寿命 分析技术 开始设备 维护 终止设备 维护 数据传 入模型 数据传 入模型 状态评估 结果 未来态势 分析 故障位置 与原因 设备寿命 预测 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 15 设备维护与智能诊断 —— 空压机组装置群 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 时间（min） 104 30 40 50 60 70 80 90 100 110 空压机排气温度 至少提前 一天预知 故障特征 故障区域 预警区域 压缩机排气温度 时间 （ min ） 频率 温度（℃） 温度（℃） 频率 运行区域 故障 区域 预警 区域 预测维护 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 16 设备维护与智能诊断 —— 离心水泵预测维护 电机 水泵 电机与泵衔接 管道 管道模型 水泵管道模型 水泵模型 力矩建模 电流 电机扭M 泵速w 压差Ƹ p 管道流量Qpi pe Qpi pe Qpump_pipe Ƹ p M + - + - + - 残差r1 残差r2 残差r3 残差r4 采集变量：  电机转矩  泵转矩  泵转速  压力的测量值 故障类型：  间隙磨损 / 叶片断裂  叶轮出口有少量沉积物  叶轮进口有沉积物  传感器故障  r1 泵压力残差  r2 管道残差  r3 泵 - 管道残差  r4 力矩残差 观测变量： DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 17 内容提纲 单位简介与主营业务 1 基础控制与智能感知 2 设备维护与智能诊断 3 调度优化与智能管控 4 数字孪生与虚拟工厂 5 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 18 生产调度与智能管控 —— 炼钢连铸热轧一体化排产 考虑多工序生产调度，以生产高效、节能降耗为目标，驱动生产过程中物质流运行优化。 多工序 生产一体化 批量计划 编制方案 具体技术路线： 炼钢连铸热轧一体化批量计划编制系统 加热炉优化 调度模型 浇次计划优化 炼钢连铸热轧协同优化 热轧批量计划优化 钢包优化 调度模型 优化协调 工序时间协同 物质流平衡 专家驱动 智能算法 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 19 生产调度与智能管控 —— 冷轧生产调度与智能决策  罩式炉炉群装炉计划及优化调度技术  冷轧机组生产计划编制以及钢卷拼卷技术  冷轧全流程合同组批优化调度技术 当前批量 前一批量 后一批量 生产次序 钢卷宽度 应用效果表明，得到的合同调度方案较现有的人工调度具 有更高的交货期准确度。其按周交货命中率在 80% 以上。 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 20 生产调度与智能管控 —— 行车优化调度  可适用于多任务、多行车的各种复杂情况，可移植性强  算法可在短时间内获得最佳行车方案，以某炼钢车间为例，相较人工调度可提前 34min  能够促进工序调度的稳定，减少和均衡行车工作量  该解决方案已成功应用于国内大型钢铁行业企业，并可推广至其他园区和行业 人工调度 多级仿真优化调度 0.43 0.70 KPI提高 27% 行车有效作业率 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7400 天车运行时间 0 100 200 300 400 工位距离 S16 S17 S18 S19 S20 行车运行时间（ s ） 软件界面 行 车 运 行 距 离 （ m) DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 21 内容提纲 单位简介与主营业务 1 基础控制与智能感知 2 设备维护与智能诊断 3 数字孪生与虚拟工厂 5 调度优化与智能管控 4 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 22 数字孪生与虚拟工厂 —— 干熄焦数智化 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 23 数字孪生与虚拟工厂 —— 工业数字孪生建模平台 功能优势 复杂的数学模型高度集成，模块化搭 建，便于操作 模块化逻辑搭建 各模型内置缺省参数， 具备自适应更新功能 自适应参数辨识 提供面向不同生产工况 / 能耗特性的模型 多场景模型服务 炼铁 炼钢 轧钢 智能预测 优化决策 工况分析 对话框标题 工况信息 工况曲线 动作部分：强化学习策略补偿 评价部分 专家知识提取 Q* - 初始调度策略 补偿值 ˆ ˆ { ( ), ( ), ( )} ( )        Q u Q u 1 ( ) u  1 ˆ( ) Q  u0 0 1 ˆ ( ) Q  ( 2 ) u  ˆ( 2 ) Q  u0 0 ˆ ( 2 ) Q  ( u n ) ˆ( Q n ) u0 0ˆ ( n ) Q  样本数据库     0 0 ( ) ( ) ˆ ˆ ( ) ( ) ( )            u u u Q Q Q Q值 ˆQ  Q 数据拟合 空压机 锅炉 汽轮机  面向信息化研发人员、现场调度专家，提供算法模型开发工具包（ Model SDK ）与相应的模型搭建、运行界面。  提供包含数据源配置、数据预处理、能源预测、智能决策等功能。  在建模端界面进行模块拖拽与拼接即可实现模型的逻辑搭建，训练后保存为相应的模型文件，以便后续功能调用。 DUT Artificial Intelligence Institute, Dalian 24 数字孪生与虚拟工厂 ——工业数字孪生建模平台 谢 谢 ！ 工业绿色化、自动化，是我们不变的追求 产品人性化、智能化，是我们坚持的理念