8-2-人工智能技术在轧制中的应用202445.docx

人工智能在轧制中的应用1. 人工智能概述人工智能（Artificial Intelligence，简记为AI）是当前科学技术发展中的一门前沿学科，同时也是一门新思想、新观念、新理论、新技术不断出现的新兴学科以及正在迅速发展的学科。它是在计算机科学、控制论、信息论、神经心理学、哲学、语言学等多种学科相互渗透的基础上发展起来的，因此又可以把它看作是一门综合性的边缘学科。它主要研究如何用机器（计算机）来模仿和实现人类的智能行为。它的出现及所取得的成就引起了人们的高度重视，并得到了很高的评价。有人把人工智能同空间技术、原子能技术一起誉为20世纪的三大科学技术成就；有的人把它称为继三次工业革命后的又一次革命，并称前三次工业革命主要是延长了人手的功能，把人类从繁重的体力劳动中解放出来，而人工智能则是延伸人脑的功能，实现脑力劳动的自动化1-2。随着信息社会和和知识经济时时代的来临，信信息正在以前前所未有的速速度膨胀，信信息和知识已已成为人们的的一个热门话话题。然而，在在这个话题的的背后还蕴含含着另外一个个更深层的问问题智能。一一般说来，信信息是由数据据所表达的客客观事实，知知识是信息经经过智能性加加工后的产物物，智能是用用来对信息和和知识进行加加工的加工器器。在信息社社会，人类面面对的信息量量将非常庞大大，仅依靠人人脑表现出来来的自然智能能是远远不够够的，如何用用人造的智能能去模仿和扩扩展人类的自自然智能，实实现信息的智智能化处理，是是信息社会所所面临的一个个重大课题。必必须开发那种种由机器实现现的人工智能能，就像在工工业社会人类类需要用机器器去放大和延延伸自己的体体能一样，在在信息社会人人类又需要用用机器去放大大和延伸自己己的智能，实实现脑力劳动动的自动化。人人工智能的前前景是非常诱诱人的，同时时也是任重而而道远的22。1.1人工智能能的定义人工智能作为一一门研究机器器智能的学科科，其目的是是要用人工的的方法和技术术，研制智能能机器或智能能系统，来模模仿、延伸和和扩展人的智智能。因此，它它是人类迈向向信息社会、迎迎接知识经济济挑战所必须须具备的一项项核心技术3。首先应指出，人人工智能和其其它许多新兴兴学科一样，至至今尚无一个个统一的定义义，所谓人工工智能的定义义，是人工智智能学者根据据对它的已有有认识所作的的一些不同解解释。它是一一个含义很广广的词语，在在其发展工程程中，具有不不同学科背景景的人工智能能学者对它有有着不同的理理解，提出了了一些不同的的观点。综合合各种不同的的人工智能观观点，可以从从“能力”和“学科”两个方面对对人工智能进进行定义。从从能力的角度度来看，人工工智能是相对对于人的自然然智能而言的的，所谓人工工智能是指用用人工的方法法在机器（计计算机）上实实现的智能；从学科的角角度来看，人人工智能是作作为一个学科科名称来使用用的，所谓人人工智能是一一门研究如何何构造智能机机器和智能系系统，使它能能模拟、延伸伸和扩展人类类智能的学科科。因此，可以将人人工智能定义义为：人工智智能是一门研研究如何构造造智能机器（智智能计算机）或或智能系统，使使它能模拟、延延伸、扩展人人类智能的学学科。通俗地地说，人工智智能就是要研研究如何使机机器具有能听听、会说、能能看、会写、能能思维、会学学习、能适应应环境变化、能能解决各种面面临的实际问问题等功能的的一门学科。总总之，它是要要使机器能做做需要人类智智能才能完成成的工作，甚甚至比人更高高明3-44。1.2人工智能能的研究目标标1-5关于人工智能的的研究目标，目目前还没有一一个统一的说说法，19778年，索罗罗门（A.SSlomann）对人工智能给给出了以下三三个主要目标标：对智能行为为有效解释的的理论分析；解释人类智智能；构造智能的的人工制品。要实现索罗门的这些目标，需要同时开展对智能机理和智能构造技术的研究。揭示人类智能的根本机理，用智能机器去模拟、延伸和扩展人类智能应该是人工智能研究的根本目标，或者叫远期目标。人工智能的远期期目标涉及到到脑科学、认认知科学、计计算机科学、系系统科学、控控制论及微电电子等多种学学科，并有赖赖于这些学科科的共同发展展。但从目前前这些学科的的现状来看，实实现人工智能能的远期目标标还需要一个个较长的时期期。在这种情况下，人人工智能研究究的近期目标标是研究如何何使现有的计计算机更聪明明，即使它能能够运用知识识去处理问题题，能够模拟拟人类的智能能行为，如推推理、思考、分分析、决策、预预测、理解、规规划、设计和和学习等。为为了实现这一一目标，人们们需要根据现现有计算机的的特点，研究究实现智能的的有关理论、方方法和技术，建建立相应的智智能系统。实际上，人工智智能的远期目目标与近期目目标是相互依依存的。远期期目标为近期期目标指明了了方向，而近近期目标则为为远期目标奠奠定了理论和和技术基础。同同时，近期目目标和远期目目标之间并无无严格界限，近近期目标会随随人工智能的的发展而变化化，并最终达达到远期目标标。1.3人工智能能的产生与发发展2-5人工智能这个术术语自19556年正式提提出，并作为为一个新兴学学科的名称被被使用以来，已已经有四十多多年的历史了了。回顾其产产生与发展过过程，可大致致分为孕育、形形成、知识应应用、综合集集成这四个阶阶段。 孕育期（19556年之前）：在人工智能诞生生之前世界上上的一些著名名科学家就已已经创立了数数理逻辑、自自动机理论、控控制论和信息息论，并发明明了通用电子子数字计算机机，这些成就就已经为人工工智能的产生生准备了必要要的思想、理理论和物质技技术条件。形成期（19956-19970年）：1956年夏季季，包括数学学家、计算机机专家麦卡锡锡教授在内的的10位来自自美国数学、神神经学、心理理学、信息科科学和计算机机科学方面的的杰出年轻科科学家，在一一起共同探讨讨了用机器模模拟人类智能能的有关问题题，并由麦卡卡锡提议正式式采用了“人工智能AAI（Arttificiial Inntelliigencee）”这一术语。从从而，一个以以研究如何用用机器来模拟拟人类智能的的新兴学科人工智能能诞生了。在此之后，在美美国很快就形形成了三个以以人工智能为为研究目标的的研究小组。一一个是纽厄尔尔和西蒙的卡卡内基兰德小组（也也称心理学小小组），19957年这个个小组研制了了一个称为逻逻辑理论机（LLogic Theorry Macchine, 简称LTT）的数学定定理逻辑证明明程序。该程程序模拟了人人类用数理逻逻辑证明定理理时的思维规规律，开创了了用计算机研研究人类思维维活动规律的的工作。另一一个小组为IIBM工程课课题研究小组组，19566年塞缪尔在在IBM 7704计算机机上研制成功功了具有自学学习、自组织织和自适应能能力的西洋跳跳棋程序，该该程序可以从从棋谱中学习习，也可以在在下棋过程中中积累经验、提提高棋艺，这这是用机器模模拟人类学习习过程的一次次成功探索，其其主要贡献在在于发现了启启发式搜索是是表现智能行行为的最基本本机制。第三三个为MITT小组，19958年麦卡卡锡建立了行行动规划咨询询系统；19960年研制制了人工智能能语言LISSP，该语言言不仅可以处处理数值，而而且可以方便便地处理符号号，作为建造造智能系统的的重要语言工工具在人工智智能领域得到到了广泛应用用；19611年，明斯基基发表了“走向人工智智能的步骤”论文，推动动了人工智能能的发展。在在其它方面，人人工智能也有有了跳跃性的的进展，这一一切都推动了了人工智能的的应用。知识应用期（11971-880年代末）：进入20世纪770年代后，人人工智能的研研究已不仅仅仅局限于少数数几个国家，许许多国家都相相继开展了这这方面的研究究工作，研究究成果大量涌涌现。例如11972年法法国马赛大学学的科麦瑞尔尔（A.Coomerauuer）提出出并实现了逻逻辑程序语言言PROLOOG；斯坦福福大学的肖特特里菲（E.H.Shoortlifffe）等人人从19722年开始研制制用于诊断和和治疗感染性性疾病的专家家系统MYCCIN等。但困难和问题也也接踵而来，人人工智能面临临着巨大的压压力和挑战。在在机器学习、定定理证明、问问题求解、机机器翻译等方方面都出现了了大量的问题题，甚至在人人工智能的本本质、理论、思思想及机理方方面，也受到到了来自哲学学、心理学、神神经生理学等等社会各界的的责难、怀疑疑和批评。在在这种极其困困难的环境下下，仍有一大大批人工智能能学者不畏艰艰辛、潜心研研究。经过认认真的反思、总总结，费根鲍鲍姆关于以知知识为中心开开展人工智能能研究的观点点被大多数人人接受。从此此，人工智能能的研究又迎迎来了蓬勃发发展的新时期期，即以知识识为中心的时时期，为人工工智能的发展展开辟了新的的出路。自人工智能从对对一般思维规规律的探讨转转向以知识为为中心的研究究以来，专家家系统的研究究在多个领域域中都取得了了重大突破，各各种不同功能能、不同类型型的专家系统统如雨后春笋笋般的建立起起来，化学专专家系统、地地质勘探专家家系统、数学学专家系统、医医疗专家系统统等都有了快快速发展，产产生了巨大的的经济效益与与社会效益。此此外，在知识识表示、不精精确推理、人人工智能语言言等方面也有有了重大进展展。但随着专家系统统应用的不断断深入和计算算机技术的飞飞速发展，专专家系统本身身所存在的应应用领域狭窄窄、缺乏常识识性知识、知知识获取困难难、推理方法法单一等问题题被逐渐暴露露出来，人工工智能又面临临着一次考验验。 综合合集成期（220世纪800年代末至今今）在专家系统方面面，从20世世纪80年代代末开始逐步步走向多技术术、多方法的的综合集成与与多学科、多多领域的综合合应用型发展展。大型专家家系统开发采采用了多种人人工智能语言言、多种知识识表示方法、多多种推理机制制和多种控制制策略相结合合的方式，并并开始运用各各种专家系统统外壳、专家家系统开发工工具和专家系系统开发环境境等。目前，人工智能能技术正在向向大型分布式式人工智能、大大型分布式多多专家系统、广广义知识表达达、综合知识识库、并行推推理、多种专专家系统开发发工具、大型型分布式人工工智能开发环环境和分布式式环境下的多多智能体协同同系统等方向向发展。尽管如此，从目目前来看，人人工智能仍处处于学科发展展的早期阶段段，其理论、方方法和技术都都不太成熟，人人们对它的认认识也比较肤肤浅，都还有有待于人工智智能工作者的的长期探索。1.4人工智能能研究的基本本内容在人工智能的研研究中有许多多学派，不同同学派的研究究内容与研究究方法都不相相同。另外，人人工智能又有有多种研究领领域，各个研研究领域的研研究重点亦不不相同。再者者，在人工智智能的不同发发展阶段，研研究的侧重面面也有区别，本本来是研究的的重点内容一一旦理论和技技术上的问题题都得到了解解决，就不再再成为研究内内容。因此我我们只能在较较大的范围内内讨论人工智智能的基本研研究内容。结结合人工智能能的远期目标标，认为人工工智能的基本本研究内容应应包括机器感感知、机器思思维、机器学学习、机器行行为、智能系系统及智能计计算机的构造造技术等方面面3。1.5人工智能能的研究途径径1-5自人工智能作为为一门学科面面世以来，关关于它的研究究途径主要有有两种不同的的观点。一种种观点主张用用生物学的方方法进行研究究，搞清楚人人类智能的本本质；另一种种观点主张通通过运用计算算机科学的方方法进行研究究，实现人类类智能在计算算机上的模拟拟。前一种方方法称为以网网络连接为主主的连接机制制方法，后一一种方法为以以符号处理为为核心的方法法。（1）以符号处处理为核心的的方法以符号处理为核核心的方法又又称为自上而而下方法或符符号主义，这这种方法起源源于20世纪纪50年代中中期。坚持这这种方法的人人认为，人工工智能的研究究目标是实现现机器智能，而而计算机自身身具有符号处处理的推算能能力，这种能能力本身就蕴蕴含着演绎推推理的内涵，因因而可通过运运行相应的程程序系统来体体现出某种基基于逻辑思维维的智能行为为，达到模拟拟人类智能活活动的效果。由由于该方法的的核心是符号号处理，因此此人们把它称称为以符号处处理为核心的的方法或符号号主义。该方法的特征是是：立足于逻辑辑运算和符号号操作，适合合于模拟人的的逻辑思维过过程，解决需需要进行逻辑辑推理的复杂杂问题。知识可用显显式的符号表表示，在已知知基本规则的的情况下，无无需大量的细细节知识。便于模块化化，当个别事事实发生变化化时易于修改改。能与传统的的符号数据库库进行连接。可对推理结论作出合理解释，便于对各种可能性进行选择。但是，人们并非非仅仅依靠逻逻辑来求解问问题，有时非非逻辑推理在在求解问题的的过程中起着着更重要的作作用，甚至是是决定性的作作用。人的感感知过程主要要是形象思维维，这是逻辑辑推理做不到到的，因而无无法用符号方方法进行模拟拟。另外，用用符号表示概概念时，其有有效性在很大大程度上取决决于符号表示示的正确性，当当把有关信息息转换成推理理机构能进行行处理的符号号时，将会丢丢失一些重要要信息，它对对带有噪声的的信息以及不不完整的信息息也难以进行行处理。这就就表明单凭符符号方法来解解决人工智能能中的所有问问题是不可能能的。（2）以网络连连接为主的连连接机制方法法以网络连接为主主的连接机制制方法是近些些年比较热门门的一种方法法，它属于非非符号处理范范畴，是在人人脑神经元及及其相互连接接而成网络的的启示下，试试图通过许多多人工神经元元间的并行协协同作用来实实现对人类智智能的模拟。这这种方法又称称自下而上方方法或连接主主义。坚持这这种方法的人人认为，大脑脑是人类一切切智能活动的的基础，因而而从大脑神经经元及其连接接机制着手进进行研究，搞搞清楚大脑的的结构以及它它进行信息处处理的过程与与机理，揭示示人类智能在在机器上的模模拟。该方法的主要特特征是：通过神经元元之间的并行行协同作用实实现信息处理理，处理过程程具有并行性性、动态性、全全局性。通过神经元元间分布式的的物理联系存存储知识及信信息，因而可可以实现联想想功能，对于于带有噪声、缺缺损、变形的的信息能进行行有效的处理理，取得比较较满意的结果果。通过神经元元间连接强度度的动态调整整来实现对人人类学习、分分类等的模拟拟。适合于模拟拟人类的形象象思维过程。求解问题时，可以比较快地求得一个近似解。但是，这种方法法不适合模拟拟人们的逻辑辑思维过程，而而且就目前神神经网络的研研究现状来看看，由固定的的体系结构与与组成方案所所构成的系统统还达不到开开发多种多样样知识的要求求，因此单靠靠连接机制方方法来解决人人工智能中的的全部问题也也是不现实的的。（3）系统集成成由上面的讨论可可以看出，符符号方法与连连接机制方法法各有长短。符符号方法善于于模拟人的逻逻辑思维过程程，求解问题题时，如果问问题有解，它它可以准确地地求出最优解解，但是求解解过程中的运运算量将随问问题复杂性的的增加而呈指指数性的增长长；另外符号号方法要求知知识与信息都都用符号表示示，这一形式式化的过程需需由人来完成成，它自身不不具有这一能能力。连接机机制方法善于于模拟人的形形象思维过程程求解问题，由由于它可以并并行处理，因因而可以比较较快地得到解解，但解一般般是近似的、次次优的；另外外连接机制方方法求解问题题过程是隐式式的，难以对对求解过程给给出显式的解解释。在这一一情况下，如如果能将两者者结合起来，就就可达到取长长补短的目的的。再者，就就人类的思维维过程来看，逻逻辑思维与形形象思维只是是人类智能中中思维方式的的两个方面。一一般来说，人人在求解问题题时都是两种种思维方式并并用的，通过过形象思维得得到一个直觉觉的解或给出出一种假设，然然后用逻辑思思维进行仔细细的论证或搜搜索，最终得得到一个最优优解。因此，从从模拟人类智智能的角度来来看，也应该该将两者结合合起来。就目前的研究而而言，把两种种方法结合起起来的途径主主要有两种：一种是结合合，即两者分分别保持原来来的结构，但但密切合作，任任何一方都可可把自己不能能解决的问题题转化给另一一方；另一种种是统一，即即把两者自然然地统一在一一个体系中，既既有逻辑思维维的功能，又又有形象思维维的功能。2.人工智能在在轧制中的应应用在过去的几十年年中，钢铁工工业一直面临临着扩大生产产能力、提高高生产率、降降低成本和开开发价值更高高的新产品的的挑战。进入入90年代后后，用户对钢钢铁产品的质质量和品种规规格的要求越越来越严格。控控制和系统技技术是解决这这些问题的重重要手段之一一。钢铁工业业从60年代代开始将计算算机应用在信信息采集和集集中处理方面面。到了70080年代代，计算机被被用于高炉、转转炉、连铸机机、加热炉、轧轧钢等的过程程控制。为了了提高控制的的水平和实现现完全的自动动化，90年年代又开始引引入以专家系系统、神经网网络等为代表表的人工智能能技术（AII）。日本的的钢铁工业早早在19888年就已经开开发出75种种AI应用系系统。英国、奥奥地利、芬兰兰、瑞典、澳澳大利亚、韩韩国、美国、加加拿大等几乎乎所有主要产产钢国都已经经采用或者正正在研制各种种AI系统。近年来随着社会会发展与科学学技术的进步步，用户对钢钢铁产品质量量、品种、性性能的要求越越来越高，钢钢材质量指标标已经达到相相当高的程度度，例如在内内部组织结构构方面，已实实现了对微米米、亚微米级级的组织进行行控制，试验验室中普通钢钢的晶粒尺寸寸已经可以控控制在1m左右，工工业规模生产产中已经获得得了晶粒尺寸寸在34m左右的细细晶结构钢；另外，有些些专门用途的的钢材还有深深冲、超深冲冲、可焊接性性、耐磨、耐耐腐蚀等使用用性能方面的的严格要求，这这就为轧制过过程的控制进进一步增加了了难度。同时时，在钢铁行行业内部存在在着激烈的竞竞争，全世界界范围内生产产能力严重过过剩，给企业业生存带来极极大的压力，迫迫使企业提高高生产技术水水平，改善经经营管理66。现代金属轧制过过程特别是连连轧过程的控控制非常复杂杂，它涉及到到压力、速度度、流量、温温度等大量物物理参数，以以及弹性变形形、塑性变形形、热力耦合等等复杂过程、工工件内部组织织结构与性能能的变化等多多方面的问题题。从控制的的角度来看，金金属轧制过程程具有典型的的多变量、非非线性、强耦耦合特征。回回顾轧制理论论的发展历程程，如果说220世纪300年代卡尔曼曼（Kramman）理论论及其后继的的工程法（SSlab MMethodd）为轧制理理论的发展树树立了第一个个里程碑，660年代变分分法、上下界界法等一系列列基于能量原原理的近代解解法标志着第第二个里程碑碑，70880年代以有有限元（FEEM）为代表表的现代数值值模拟解析方方法确立了第第三个里程碑碑的话，那么么90年代人人工智能在轧轧制领域中的的广泛应用可可以说为轧制制理论与技术术的发展树立立了第四个里里程碑6-7。人工智能与传统统方法不同，它它避开了过去去那种对轧制制过程深层规规律的无止境境的探求，转转而模拟人脑脑来处理那些些实实在在发发生了的事情情。它不是从从基本原理出出发，而是以以事实和数据据作根据，来来实现对过程程的优化控制制。人工智能能在轧制领域域中的应用其其意义是深远远的。从某种种意义上说，它它引起了人们们对轧制过程程本质认识方方法的一次革革命。围绕人人工智能在轧轧制中的应用用，在世界范范围内一轮新新的竞争已经经开始4。目前，人工智能能技术在轧制制过程已经得得到成功的应应用，从生产产计划的编排排、坯料的管管理、加热中中的优化燃烧烧控制、轧制制中的设定计计算及厚度和和板形控制以以及成品库的的管理等都有有人工智能方方法成功应用用的例子。人人工智能技术术已经成为现现代化轧机高高精度控制的的一个非常有有效的工具8-10。2.1专家系统统在轧制中的的应用2.1.1概述述专家系统是目前前人工智能中中最活跃、最最有成效的一一个研究领域域，已经广泛泛应用于医疗疗诊断、地质质勘探、石油油化工、军事事、冶金材料料等各个方面面，产生了巨巨大的社会效效益和经济效效益。专家系系统是一种基基于知识的系系统，它从人人类专家那里里获得知识，并并用来解决只只有专家才能能解决的困难难问题。因此此，可以这样样来定义专家家系统：专家家系统是一种种具有特定领领域内大量知知识与经验的的程序系统，它它应用人工智智能技术、模模拟人类专家家求解问题的的思维过程求求解领域内的的各种问题，其其水平可以达达到甚至超过过人类专家的的水平3。专家系统可以解解决的问题一一般包括解释释、预测、诊诊断、设计、规规划、监视、修修理、指导和和控制等，预预报性能的专专家系统也已已经从学术研研究开始而进进入实际应用用研究。随着着人工智能整整体水平的提提高，专家系系统也获得发发展。正在开开发的新一代代专家系统有有分布式专家家系统和协同同式专家系统统等11。图1.专家系统的一般结构8根据目前人们的的一般看法，不不管是哪一种种类型的专家家系统，都应应具有如下的的基本特征：具有专家水水平的专门知知识；具有符号处处理能力；具有对一般般问题求解的的能力；具有一定的的复杂度和难难度；具有解释功功能；具有获取知知识的能力。图1给出了一个个专家系统的的一般结构，其其中给出了专专家系统必要要的特性。在在一个专家系系统中，知识识库不仅是数数据、事实和和规则的总和和，而且也包包括用于描述述物理关系的的部分简单模模型。一个知知识库应该达达到下列要求求：（1）将专家掌掌握的各种技技术知识和诀诀窍编制成文文件和技术资资料库；（2）解除专家家们重复性的的日常工作负负担；（3）有一个支支持专家们解解决问题的外外存储器；（4）扩大专家家知识，以赢赢得更广泛的的用户；（5）不受时间间、地点限制制地提供专业业知识。 采集专家知识的的范围不仅包包括本课题的的专家，而且且还要咨询来来自不同操作作部门的物理理学家和工程程师。例如对对于轧钢专家家来说，还包包括技术、钢钢厂、质量监监督和技术数数据处理等部部门，以便将将原来分散的的专业知识相相互联系起来来并使之系统统化，同时将将多个专家解解决问题的策策略加以比较较并验证专家家知识。专家系统必须具具有下列能力力：（1）在一定环环境下进行通通讯而没有定定义方面的冲冲突（对话部部分）；（2）包括数据据、事实和规规则等知识的的采集和管理理（知识采集集系统和知识识库）；（3）区分相关关信息和不相相关信息（对对话部分和推推论机制）；（4）认识问题题和解决问题题（对话部分分和推论机制制）；（5）说明解决决方法（说明明部分）；（6）专家系统统主要是处理理说明性知识识，也就是说说专家系统支支持推论。2.1.2专家家系统的开发发步骤111 一般专专家系统的开开发可分为77个阶段，118个步骤8。（1）第一阶段段：专家系统统应用判断步骤1：决定对对某个项目采采用专家系统统，并组织开开发队，确定定开发目标并并得到项目经经理的承认，初初步确定开发发体制和工作作进度表。（2）第二阶段段：知识的采采集步骤2：制定目目标计划,承承担开发专家家系统的知识识工程师要理理解该项目范范畴内的专业业术语及该项项目的概要情情况。步骤3：知识的的采集和整理理。在详细询询问专家并记记录下专家知知识的同时,将这些知识识加以整理,消除可能存存在的矛盾,并防止知识识的遗漏。步骤4：确定开开发工作的进进度表。在整整理知识的基基础上,修改改初步工作进进度表,同时时研究确定各各开发阶段的的必要性。（3）第三阶段段:解决问题题方法的设计计，这是开发发专家系统的的关键阶段之之一,包括四四个步骤。步骤5：数据来来源的确认和和规定本专家家系统推理结结果的输出条条件和形式,确认外围系系统和业务系系统接口的主主要条件。步骤6：确定计计算机处理的的内部程序,完成程序设设计,并把经经过整理的专专家知识纳入入此程序中。步骤7：详细设设计解决问题题的方案。包包括设计解决决基本问题的的程序(前半半部分),和和把它与控制制系统所具有有的控制机构构和知识表达达方法结合起起来形成解决决具体问题的的程序(后半半部分)。步骤8：合适工工具的选定,在设计解决决基本问题的的程序的同时时,选定合适适的硬件/软软件工具。（4）第四阶段段：关键开发发阶段1）推理部分工工具,包括四四个步骤。步骤9：确定与与整个控制系系统其它部分分进行数据通通讯的格式。决决定推理部分分和外围系统统接口的详细细内容。步骤10：数据据结构的设计计。在知识处处理中,决定定所使用数据据的预处理方方法和在知识识库中数据表表达方法。步骤11：完成成推理部分的的制作。规定定程序设计规规则、推理部部分的功能,完成详细设设计和具体制制作。步骤12：推理理部分的试验验。将和控制制系统的其它它部分进行通通讯的格式包包括进来,进进行推理部分分的试验,以以证明所设计计专家系统的的实用性。2)辅助部分工工具,包括两两个步骤。步骤13：建立立样机系统。将将所开发的专专家系统转换换到与最终控控制对象的范范围和动作条条件相吻合的的目标系统上上来。步骤14：辅助助部分的设计计与制作。这这里所说的辅辅助部分,包包括主系统方方面的前处理理和后处理,是根据原系系统的设计和和制作顺序开开发的。（5）第五阶段段：系统测试试步骤15：系统统测试。测试试方法和其它它系统一样,想象使用时时的情况和条条件,用真实实数据进行测测试。（6）第六阶段段：试运行和和性能评价步骤16：现场场试验。以用用户为主,在在实际运行条条件下,运用用所开发的专专家系统来检检验其实用性性和可靠性。步骤17:向实实际运行的过过渡做好准备备,制定在实实际运行条件件下系统的维维护管理规划划。（7）第七阶段段：实际运行行阶段步骤18：在实实际运行过程程中,系统开开发人员的责责任就是对系系统进行维护护和管理。2.1.3应用用实例专家系统在轧钢钢领域得到了了广泛的应用用，现在已经经开发出不锈锈钢带钢轧机机的轧制规程程设定与控制制专家系统；工字钢孔型型设计专家系系统、带材厚厚度精度诊断断专家系统；板形控制专专家系统；棒棒材生产线生生产节奏控制制专家系统；热轧钢材组组织和性能预预测及控制专专家系统、板板坯管理专家家系统；板卷卷传送专家系系统等6-16。轧钢机是复杂的的机械设备，过过程参数的正正确设定存在在一定的难度度。比利时AARBED公公司开发的专专家系统可以以根据产品的的种类和钢种种，给出最佳佳设定参数的的建议，而且且可以在发现现几何缺陷时时给出如何处处理的建议。加加拿大STEELCO公司司用在五机架架串联式冷轧轧机上的专家家系统也是帮帮助工作人员员设定过程参参数。比较使使用专家系统统前后的操作作结果，发现现专家系统的的作用非常明明显：头批带带卷废品头的的重量平均减减少了25%；头批带卷卷以后的轧制制速度平均提提高了12%。并且专家家系统还可以以用于培训工工人，培训需需要的时间从从几年减少到到几个月。专专家系统还应应用于设备的的维护。19989年初安安装在阿根廷廷Propuulsoraa Sideerurgiica冷轧厂厂的专家系统统，推理速度度很快，可以以把发现故障障的时间缩短短为原来的11/5122。芬兰Rautaaruukkki公司开发发出制定生产产计划的专家家系统，利用用它可以找出出生产中的限限制性环节。日日本川崎公司司应用专家系系统为无缝钢钢管的轧制作作业制定计划划，用时由原原来的2天左左右缩短为112小时。美美国USX公公司于19990年引进美美国西北大学学钢资源中心心研制的钢板板轧机作业计计划专家系统统，用于Gaary厂，也也得到比较满满意的效果12。（1）工字钢孔孔型设计专家家系统133 工字钢钢在轧制过程程中，断面各各部分变形不不均匀，变形形不同时，变变形过程复杂杂。由于涉及及的参数众多多、考虑的因因素复杂，因因此以手工设设计工字钢孔孔型系统难度度大，虽然已已开发出工字字钢CARDD软件，但通通过该软件设设计孔型时，还还需要有丰富富设计经验的的设计者，通通过人机对话话的方式进行行设计参数的的选择和修改改，才能满足足生产要求。图2.工字钢专家系统的总体结构北京科技大学吴吴龙翔、杨觉觉先等开发的的工字钢孔型型设计专家系系统，其总体体结构如图22所示。该系系统功能如下下：设计新孔型型。可以选择择直轧孔型系系统、直边斜斜轧孔型系统统、直轧直边斜轧孔孔型系统、直直轧弯边斜轧直边斜轧孔孔型系统等孔孔型系统中的的任一种进行行设计。绘图功能。可可以绘出标有有尺寸的孔型型样板图、配配辊图、轧件件与孔型重叠叠图和轧件咬咬入状况图。优化功能。可用专家启发性知识进行多目标优化，得到满足多个目标的优化解。解释功能。能对系统的设计过程进行解释。输入防错纠错功能。可使误操作不引起系统中断。记忆功能。该系统经现场应用结果表明：工字钢孔型设计专家系统能够自动设计出合理的孔型，能够进行启发式多目标优化，得到满意解，可以使咬入角、轧制力、轧制力矩得到良好的均衡效果，有利于提高轧制过程的稳定性和降低能耗。（2）热轧钢材材组织和性能能预测及控制制专家系统 14。图3. CASPPC技术的组成除化学成分外，热热轧工艺参数数是影响热轧轧钢材组织和和性能的关键键因素，对某某一特定钢种种，可以通过过改变轧制工工艺参数改变变其组织和性性能。钢材热热轧已从单纯纯的为获得所所需形状和尺尺寸的分方向向发展成性能能控制塑性加加工。但是以以外的热轧工工艺参数与组组织性能的关关系是通过大大量实验室和和现场试验而而得到的，需需大量人力、物物力和财力及及时间，且有有局限性；如如需进一步提提高钢材强韧韧性，开发新新品种，就必必须再进行有有关试验工作作；再则，在在生产过程中中并不能对热热轧钢材组织织和性能进行行实时控制（开开环或闭环），因因此利用高速速计算机应用用技术，建立立热轧钢材组组织和性能预预测及控制专专家系统（也也称计算机辅辅助组织和性性能预测及控控制技术，即即Compuuter AAided Struccture/Propeerty PPredicction and CControol，简称CCASPPCC），是当前前轧钢技术发发展的重要内内容之一。CASPPC是是在物理冶金金理论、轧制制理论及计算算机应用技术术获得可喜进进展的基础上上建立起来的的，是以采用用建立在物理理冶金理论基基础上的一系系列数学模型型而发展起来来的计算机预预测和控制技技术。CASSSPPC技技术对离线热热轧生产程序序的最优化或或在线生产工工艺参数的精精确控制等是是一项极其有有用的新技术术，可以使轧轧钢学科得到到进一步发展展。CASPPC技技术的组织与与功能：该专专家系统通常常由轧制、相相变和性能三三个模块组成成，如图3所示：图4 轧制模块的组成轧制模块用于推推定钢材加热热和热轧过程程中奥氏体组组织状态的变变化、微合金金元素的固溶溶作用和析出出行为，它是是由晶粒长大大、回复和再再结晶、析出出三个子模块块组成，如图图4所示。因因为微量元素素的固溶、析析出行为对回回复和再结晶晶行为有明显显的影响，所所以要求这三三个子模型必必须有机地结结合。图5. 相变模块的组成相变模块是根据据轧制模块推推出的奥氏体体晶粒直径、再再结晶百分数数、加工硬化化程度等信息息，分析轧后后连续冷却过过程中奥氏体体向铁素体、珠珠光体和贝氏氏体相变的行行为，并通过过热力学模型型、形核速率率模型、长大大速率模型，随随时计算各种种转变相的体体积膨胀率，推推定轧后冷却却时的相变速速率和最终成成品的组织，如如图5所示。性能模块根据相相变模块推出出的最终成品品组织推定热热轧钢材的最最终力学性能能，包括屈服服强度、抗拉拉强度、延伸伸率和韧性。CASPPC技技术可以有不不同的应用方方式，即离线线预测、在线线预测、在线线控制和化学学成分及工艺艺参数设计与与优化等。离离线预测是CCASPPCC技术的最基基本的应用方方式。专家系系统建立后，只只要输入化学学成分、加工工和冷却条件件，所轧产品品的组织变化化和最终力学学性能都可以以预测出来，并并且可以绘制制TTT和CCCT曲线，这这样就节约了了常规实验手手段所需的时时间和资金。同同时也可通过过离线预测软软件的反复运运算，对新钢钢种进行设计计和优化。在在线预测、在在线控制是CCASPPCC技术在线应应用的两个阶阶段。在线预预测是指在线线对成品长向向与宽向（对对板材）性能能进行预测，从从而节约实际际检测时间。这这对板卷的生生产特别适用用，因为通常常只检测板带带卷头尾两端端的性能，而而板卷中间部部分的性能则则难于测试与与保证。日本本和韩国（浦浦项钢铁有限限公司）都已已建立了钢板板组织和性能能在线预测的的生产线。在在线控制是CCASPPCC技术的最终终目标。需要要轧制参数的的在线检测和和精确的模型型及反应迅速速的计算机系系统。在此阶阶段，可以在在生产过程中中对热轧过程程中对热轧钢钢材组织和性性能进行实时时控制，从而而减少钢材组组织和提高生生产率，与其其它技术相结结合，可以实实现轧制力的的精确预报。图图6是CASSPPC技术术实际应用图图示。图6. CASPPC技术在热轧带钢生产中的应用（3） 带钢厚厚度偏差诊断断与监控专家家系统100由东北大学轧制制技术及连轧轧自动化国家家重点实验室室开发的带钢钢厚度偏差诊诊断与监控专专家系统(TThicknness DDeviattion DDiagnoosis aand Suuperviision Experrt Sysstem系统统，简称TDDD-ES系系统)，在对对现场数据进进行分析处理理的基础上，利利用对厚差曲曲线的频谱分分析，对厚度度偏差的来源源及特征作出出及时诊断。为了向建立的专专家系统提供供轧制信息，开开发了热连轧轧精轧机组数数据采集及信信息处理系统统。通过传感感器采集过程程数据、工艺艺设定数据、轧轧机设备参数数和钢板参数数等，为生产产过程的优化化、诊断、模模拟和监控提提供支撑服务务。主要检测测精轧机组各各架轧制力、辊辊缝、速度、电电流、活套角角度、出口左左和宽差等值值。对数据采集系统统得到的检测测数据和过程程控制数据进进行高通、低低通滤波，对对轧件头尾温温差趋势项进进行处理，对对所得的厚差差曲线数据用用改进的富氏氏变换进行频频谱分析，根根据其频谱特特点来诊断带带钢厚度偏差差的原因。用用于现场诊断断的实例表明明，厚差曲线线的高频分量量，恰与支撑撑辊的旋转速速度相对应，而而其低频分量量恰与加热炉炉内水管的距距离相对应。这这就有力的说说明，厚差的的高频部分是是由于支撑辊辊的偏心引起起的，而低频频部分是加热热水印引起的的。本专家系系统的诊断结结果，可以对对现场生产中中加热制度改改进、换辊时时间的确定等等操作要素提提供指导。目前TDD-EES系统已经经在热轧带钢钢生产线得到到应用，并在在提高热轧带带钢厚度精度度方面发挥了了作用。2.2神经网络络在轧制中的的应用2.2.1概述述随着社会不断的的进步和科学学技术突飞猛猛进的发展，人人们对钢铁产产品的质量要要求越来越严严格，我国钢钢铁产品的标标准也逐渐向向国际先进标标准看齐。为为了提高产品品质量、降低低成本，使我我国的冶金企企业的生产水水平尽早达到到国际先进水水平，满足国国际国内钢铁铁市场激烈竞竞争的需求，在在轧钢生产过过程中，越来来越多的现代代化技术已得得到应用，如如轧制过程的的自动控制，产产品性能的预预报等等，为为产品质量的的提高提供了了条件。所有这些技术的的成功应用都都是建