.1700 工程科学学报.第43卷，第12期 Multiprocess collaboration Integration system level MES Dynamic coordination Multi-objective Optimal scheduling Optimal heat model model cast model Planning and Rule Rule scheduling + Coordination level algorithm burler algorithm Process matching 一 level Blowing End-point Reblow End-point Temperature Second cooling "Vertical- Process model prediction model prediction control of zone dynamic horizontal level model model s得o surtace control uniform cooling Big-data Theory of technology Data base Model base fool ha Dynamics Metallurg metallurgy 图1炼钢厂多尺度建模与协同制造技术架构 Fig.I Technological structure of multiscale modeling and collaborative manufacturing of steelmaking plants 调度是整个先进生产制造系统实现运筹技术、优 但要真正实现工序装置的智能化，还需要在先进 化技术、自动化与计算机技术、管理技术发展的 在线检测技术开发、数据挖掘与处理、治金机理 核心.目前，钢铁企业的生产计划与调度方法主要 模型精度与效率、设备控制精准度等多方面深入 面临求解质量与求解效率难以同时提升的问题， 研究.本节中，针对炼钢厂多尺度建模与协同制造 笔者团队针对此问题提出“规则”+“算法”的研究 技术架构中的第二层级一工序工艺层级，笔者 策略与求解方法，兼顾解的质量和求解效率，能够 团队基于钢冶金机理和机器学习方法，从工序工 在较短的时间内获得多个满意解.在未来炼钢厂 艺模型化角度，进行了工序装置智能化的探索.针 智能化研究中，结合工序衔接/关系层级的研究，可 对转炉工序，构建了转炉冶炼钢水脱碳和温度变 实现计划与调度层级和工序/装置层级的协同优化 化模型、冶炼终点磷和锰含量预报模型以及冶炼 第五层级为系统综合层级，核心内容为：“多 末期补吹等模型P-,针对精炼工序，构建了LF精 层级纵向协同”与“多工序横向协同”.目前，钢厂 炼终点钢水温度和成分预报、造渣等模型：针 制造执行系统(MES)与其工序工艺控制系统和计 对连铸工序，构建了连铸凝固冷却控制模型、连铸 划调度系统多数处于相互独立状态，信息孤岛问 坯凝固组织控制模型以及连铸坯偏析与裂纹预报 题突出.该层级需通过构建MES同工序工艺控制 模型0等.本节以转炉治炼终点碳与温度控 模型、计划与调度模型之间的数据接口，以实现工 制、LF精炼造渣与钢液成分控制和连铸坯凝固冷 序工艺层级和计划与调度层级的融合与集成.各 却控制等3个炼钢-连铸区段核心过程模型为例 类实时信息在实际生产过程中能够通过数据接口 进行重点阐述 实现在线传递，解决各类系统之间信息孤岛问题 1.1转炉工序工艺控制模型 工艺模型与调度模型通过对实时数据的即时分析 转炉作为炼钢一连铸过程的关键工序，转炉冶 与处理，实现工艺与调度的闭环控制 炼过程工艺的精准控制越来越受到广泛关注，转 近年来，我国炼钢-连铸区段工序装置技术水 炉冶炼控制模型的研发已成为转炉智能炼钢的重 平有了显著提高，推动了工序装置自动化的发展， 要基础.笔者团队在转炉熔池混匀度的研究基础调度是整个先进生产制造系统实现运筹技术、优 化技术、自动化与计算机技术、管理技术发展的 核心. 目前，钢铁企业的生产计划与调度方法主要 面临求解质量与求解效率难以同时提升的问题， 笔者团队针对此问题提出“规则”+“算法”的研究 策略与求解方法，兼顾解的质量和求解效率，能够 在较短的时间内获得多个满意解. 在未来炼钢厂 智能化研究中，结合工序衔接/关系层级的研究，可 实现计划与调度层级和工序/装置层级的协同优化. 第五层级为系统综合层级，核心内容为：“多 层级纵向协同”与“多工序横向协同”. 目前，钢厂 制造执行系统（MES）与其工序工艺控制系统和计 划调度系统多数处于相互独立状态，信息孤岛问 题突出. 该层级需通过构建 MES 同工序工艺控制 模型、计划与调度模型之间的数据接口，以实现工 序工艺层级和计划与调度层级的融合与集成. 各 类实时信息在实际生产过程中能够通过数据接口 实现在线传递，解决各类系统之间信息孤岛问题. 工艺模型与调度模型通过对实时数据的即时分析 与处理，实现工艺与调度的闭环控制. 近年来，我国炼钢−连铸区段工序装置技术水 平有了显著提高，推动了工序装置自动化的发展， 但要真正实现工序装置的智能化，还需要在先进 在线检测技术开发、数据挖掘与处理、冶金机理 模型精度与效率、设备控制精准度等多方面深入 研究. 本节中，针对炼钢厂多尺度建模与协同制造 技术架构中的第二层级——工序工艺层级，笔者 团队基于钢冶金机理和机器学习方法，从工序工 艺模型化角度，进行了工序装置智能化的探索. 针 对转炉工序，构建了转炉冶炼钢水脱碳和温度变 化模型、冶炼终点磷和锰含量预报模型以及冶炼 末期补吹等模型[2−6] ；针对精炼工序，构建了 LF 精 炼终点钢水温度和成分预报、造渣等模型[7−9] ；针 对连铸工序，构建了连铸凝固冷却控制模型、连铸 坯凝固组织控制模型以及连铸坯偏析与裂纹预报 模型[10−13] 等. 本节以转炉冶炼终点碳与温度控 制、LF 精炼造渣与钢液成分控制和连铸坯凝固冷 却控制等 3 个炼钢−连铸区段核心过程模型为例 进行重点阐述. 1.1    转炉工序工艺控制模型 转炉作为炼钢−连铸过程的关键工序，转炉冶 炼过程工艺的精准控制越来越受到广泛关注，转 炉冶炼控制模型的研发已成为转炉智能炼钢的重 要基础. 笔者团队在转炉熔池混匀度的研究基础 Interface Interface Data base Model base Tool base Dynamics Thermody namics Metallurg ical Theory of metallurgy Big-data technology Process level Blowing model End-point prediction model End-point prediction model Reblow model Temperature control of slab surface Second cooling zone dynamic control Dynamic coordination Planning and scheduling level Process matching level Optimal heat model Multi-objective scheduling model Multiprocess collaboration Multilevel collaboration Integration system level MES Interface Interface Coordination buffer Rule + algorithm Optimal cast model Rule + algorithm “Vertical￾horizontal” uniform cooling 图 1    炼钢厂多尺度建模与协同制造技术架构 Fig.1    Technological structure of multiscale modeling and collaborative manufacturing of steelmaking plants · 1700 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期