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王國棟:用好數(shù)據(jù)科學和數(shù)字技術(shù) 攻克“黑箱”問題

2024-04-22 10:29:00

中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 郝淑慧 報道
特約通訊員 藍義高 攝影
 
  中國工程院院士、東北大學教授王國棟認為,鋼鐵全流程各工序均為“黑箱”,實時信息極度缺乏;物理與化學過程十分復(fù)雜,多相共存,多變量、強耦合、非線性和大滯后;鋼鐵工業(yè)各單元為孤島式控制,尚未做到單元間界面無縫精準銜接……“作為大型復(fù)雜流程工業(yè),巨大的不確定性是鋼鐵生產(chǎn)過程面臨的重大挑戰(zhàn)?!彼f。
  “在數(shù)字時代,鋼鐵行業(yè)最大的受益點就在于數(shù)字技術(shù)對“黑箱”問題的破解上。數(shù)據(jù)科學和數(shù)字技術(shù)將支撐鋼鐵行業(yè)解決‘黑箱’問題,鋼鐵行業(yè)利用數(shù)字驅(qū)動恰到好處、恰逢其時。”4月18日,第二屆中國軋鋼與軋輥新技術(shù)推進大會召開,王國棟出席會議并做主旨演講。王國棟表示,鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求極為強烈,特別是豐富的應(yīng)用場景是鋼鐵行業(yè)數(shù)字化崛起的重要機遇。在報告中,他還介紹了鋼鐵產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級的路徑,同時,針對鋼鐵行業(yè)、制造業(yè)共同面對的“黑箱”問題做了深入分析。
  數(shù)字時代來臨,
  鋼鐵行業(yè)怎么辦?
  “工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展和應(yīng)用,正式宣告了數(shù)字時代的來臨。”王國棟介紹,作為數(shù)字時代構(gòu)建數(shù)字生產(chǎn)力、推動經(jīng)濟發(fā)展的新型生產(chǎn)要素,數(shù)據(jù)成為數(shù)字時代社會發(fā)展的重要驅(qū)動力,甚至成為全球新一輪產(chǎn)業(yè)競爭的制高點。
  在此背景下,鋼鐵行業(yè)如何用好數(shù)字技術(shù)?王國棟認為,鋼鐵行業(yè)擁有數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢,發(fā)達的自動化控制系統(tǒng)和研發(fā)設(shè)施,可以積累并提供海量實驗數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)中蘊含企業(yè)生產(chǎn)過程的全部規(guī)律?!斑@是最寶貴的資源,是關(guān)鍵生產(chǎn)要素?!彼f。
  通過分享美國材料基因組計劃、韓國浦項高爐運行五大狀態(tài)變量數(shù)據(jù)深度學習、日本JFE智能鋼廠建設(shè)、美國大河鋼廠等案例,王國棟提出,數(shù)字技術(shù)將為鋼鐵行業(yè)帶來超級智能的邊緣計算機、綠色化工藝與裝備研發(fā)創(chuàng)新、高效率及低成本產(chǎn)品創(chuàng)新、5G下全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調(diào)管理優(yōu)化運行等幾大功能。
  通過比較制造業(yè)與材料行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑的不同,王國棟提出,材料行業(yè)要發(fā)揮場景、數(shù)據(jù)資源、反饋循環(huán)對物料賦能的優(yōu)勢,走特色道路,采用數(shù)據(jù)/機器學習等數(shù)據(jù)分析方法,數(shù)據(jù)驅(qū)動,破解全流程“黑箱”難題,實現(xiàn)全流程信息物理系統(tǒng)化。
  如何解決工業(yè)實踐中的
  “黑箱”問題?
  王國棟介紹,在工業(yè)時代,由于“黑箱”問題的嚴重不確定性,只能借助模擬仿真系統(tǒng)CAE/CAD系統(tǒng),采用理論或經(jīng)驗?zāi)P陀嬎?,模擬解決。其間,雖然人們不斷探尋各種方法解決“黑箱”問題,但均以失敗告終。
  “這表明,除了數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)/機器學習方法,任何其他時代的方法都對‘黑箱’問題束手無策。”王國棟強調(diào)。
  那么,數(shù)字時代如何解決工業(yè)實踐中的“黑箱”問題?王國棟提供了一種思路——數(shù)字孿生,即“黑箱”的高保真度建模。他解釋道,數(shù)字孿生是一系列描述輸入(操作變量、材料成分)與輸出(組織、性能)之間關(guān)系的預(yù)測性模型,高保真度數(shù)字孿生建模是材料科學與技術(shù)研究的關(guān)鍵核心。利用數(shù)據(jù)/機器學習對“黑箱”問題進行高保真度建模,將有力提升鋼鐵行業(yè)的核心競爭力。
  “此外,鋼鐵企業(yè)還可以構(gòu)建創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施?!彼f道。何謂創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施?即基于創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展理念,以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動、以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),面向高質(zhì)量發(fā)展,為提高產(chǎn)業(yè)核心競爭力而打造的產(chǎn)業(yè)升級、融合、創(chuàng)新的基礎(chǔ)設(shè)施體系。
  對于鋼鐵企業(yè)而言,創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施主要包括“一網(wǎng)”(5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))、“三大平臺”(底層實體設(shè)備平臺、邊緣數(shù)字化核心平臺、資源配置與管理云平臺、“四大功能”(綠色化轉(zhuǎn)型、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、高質(zhì)化發(fā)展、強鏈化運行)。
  制造業(yè)解決“黑箱”問題
  的方法較落后
  通過分析軋輥制造技術(shù)、高鐵車輪與輪箍的生產(chǎn)工藝過程、齒輪制造過程、軸承制造工藝、全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同一體式汽車結(jié)構(gòu)件熱沖壓技術(shù)等案例,王國棟提出,制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進步,使得用鋼產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率都得到了顯著提升,為金屬加工行業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻。
  基于此,王國棟提出,鋼鐵行業(yè)和制造業(yè)要攜手并進,破解共同面對的“黑箱”問題。從制造業(yè)使用金屬材料的工藝過程來看,“白箱”決定了產(chǎn)品外形尺寸精度,而“黑箱”決定了材料的組織和性能?!昂谙洹迸c“白箱”有不同的評價標準,但都很重要。在制造業(yè)使用金屬材料過程中,“白箱”與“黑箱”必然并存。
  分別來看,“白箱”在制造業(yè)使用材料過程中,通常為冷機械加工(車、銑、刨、鉆、鏜、磨)外形、尺寸高精度加工?!鞍紫洹眴栴}并不引起內(nèi)部材料組織與性能的變化。而“黑箱”通常為鑄鍛焊、成形加工、熱處理等,不僅涉及材料的外形、尺寸的變化,還涉及材料內(nèi)部組織和性能的變化。
  王國棟強調(diào),“黑箱”問題直接影響著產(chǎn)品內(nèi)部的組織和性能,即與產(chǎn)品制造的最終質(zhì)量、效率、成本、環(huán)境及后續(xù)使用性能等密切相關(guān)。目前,制造業(yè)“黑箱”問題的解決方法是通過工業(yè)時代的理論分析(計算機模擬)或經(jīng)驗,但這遠遠落后于時代。
  “面向數(shù)字時代,我們必須把注意力轉(zhuǎn)向‘黑箱’,把制造業(yè)實體經(jīng)濟與數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字技術(shù)結(jié)合起來。鋼鐵行業(yè)與制造業(yè)要攜手并進、協(xié)同創(chuàng)新,共同攻克‘黑箱’問題,攜手走向高質(zhì)量發(fā)展?!蓖鯂鴹澱f。

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:張雨恬

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