8-2-人工智能技术在轧制中的应用20

1、人工智能在轧制中的应用 PAGE 36人工智能概概述人工智能（AArtifficiaal Inntellligennce，简简记为AII）是当前前科学技术术发展中的的一门前沿沿学科，同同时也是一一门新思想想、新观念念、新理论论、新技术术不断出现现的新兴学学科以及正正在迅速发发展的学科科。它是在在计算机科科学、控制制论、信息息论、神经经心理学、哲学、语语言学等多多种学科相相互渗透的的基础上发发展起来的的，因此又又可以把它它看作是一一门综合性性的边缘学学科。它主主要研究如如何用机器器（计算机机）来模仿仿和实现人人类的智能能行为。它它的出现及及所取得的的成就引起起了人们的的高度重视视，并得到到了很高

2、的的评价。有有人把人工工智能同空空间技术、原子能技技术一起誉誉为20世世纪的三大大科学技术术成就；有有的人把它它称为继三三次工业革革命后的又又一次革命命，并称前前三次工业业革命主要要是延长了了人手的功功能，把人人类从繁重重的体力劳劳动中解放放出来，而而人工智能能则是延伸伸人脑的功功能，实现现脑力劳动动的自动化化1-22。随着信息社社会和知识识经济时代代的来临，信信息正在以以前所未有有的速度膨膨胀，信息息和知识已已成为人们们的一个热热门话题。然而，在在这个话题题的背后还还蕴含着另另外一个更更深层的问问题智能。一般说来来，信息是是由数据所所表达的客客观事实，知知识是信息息经过智能能性加工后后的产物

3、，智智能是用来来对信息和和知识进行行加工的加加工器。在在信息社会会，人类面面对的信息息量将非常常庞大，仅仅依靠人脑脑表现出来来的自然智智能是远远远不够的，如如何用人造造的智能去去模仿和扩扩展人类的的自然智能能，实现信信息的智能能化处理，是是信息社会会所面临的的一个重大大课题。必必须开发那那种由机器器实现的人人工智能，就就像在工业业社会人类类需要用机机器去放大大和延伸自自己的体能能一样，在在信息社会会人类又需需要用机器器去放大和和延伸自己己的智能，实实现脑力劳劳动的自动动化。人工工智能的前前景是非常常诱人的，同同时也是任任重而道远远的2。1.1人工工智能的定定义人工智能作作为一门研研究机器智智能

4、的学科科，其目的的是要用人人工的方法法和技术，研研制智能机机器或智能能系统，来来模仿、延延伸和扩展展人的智能能。因此，它它是人类迈迈向信息社社会、迎接接知识经济济挑战所必必须具备的的一项核心心技术33。首先应指出出，人工智智能和其它它许多新兴兴学科一样样，至今尚尚无一个统统一的定义义，所谓人人工智能的的定义，是是人工智能能学者根据据对它的已已有认识所所作的一些些不同解释释。它是一一个含义很很广的词语语，在其发发展工程中中，具有不不同学科背背景的人工工智能学者者对它有着着不同的理理解，提出出了一些不不同的观点点。综合各各种不同的的人工智能能观点，可可以从“能力”和“学科”两个方面面对人工智智能进

5、行定定义。从能能力的角度度来看，人人工智能是是相对于人人的自然智智能而言的的，所谓人人工智能是是指用人工工的方法在在机器（计计算机）上上实现的智智能；从学学科的角度度来看，人人工智能是是作为一个个学科名称称来使用的的，所谓人人工智能是是一门研究究如何构造造智能机器器和智能系系统，使它它能模拟、延伸和扩扩展人类智智能的学科科。因此，可以以将人工智智能定义为为：人工智智能是一门门研究如何何构造智能能机器（智智能计算机机）或智能能系统，使使它能模拟拟、延伸、扩展人类类智能的学学科。通俗俗地说，人人工智能就就是要研究究如何使机机器具有能能听、会说说、能看、会写、能能思维、会会学习、能能适应环境境变化、

6、能能解决各种种面临的实实际问题等等功能的一一门学科。总之，它它是要使机机器能做需需要人类智智能才能完完成的工作作，甚至比比人更高明明3-44。1.2人工工智能的研研究目标1-5关于人工智智能的研究究目标，目目前还没有有一个统一一的说法，11978年年，索罗门门（A.SSlomaan）对人工智能能给出了以以下三个主主要目标：对智能行行为有效解解释的理论论分析；解释人类类智能；构造智能能的人工制制品。要实实现索罗门门的这些目目标，需要要同时开展展对智能机机理和智能能构造技术术的研究。揭示人类类智能的根根本机理，用用智能机器器去模拟、延伸和扩扩展人类智智能应该是是人工智能能研究的根根本目标，或或者叫

7、远期期目标。人工智能的的远期目标标涉及到脑脑科学、认认知科学、计算机科科学、系统统科学、控控制论及微微电子等多多种学科，并并有赖于这这些学科的的共同发展展。但从目目前这些学学科的现状状来看，实实现人工智智能的远期期目标还需需要一个较较长的时期期。在这种情况况下，人工工智能研究究的近期目目标是研究究如何使现现有的计算算机更聪明明，即使它它能够运用用知识去处处理问题，能能够模拟人人类的智能能行为，如如推理、思思考、分析析、决策、预测、理理解、规划划、设计和和学习等。为了实现现这一目标标，人们需需要根据现现有计算机机的特点，研研究实现智智能的有关关理论、方方法和技术术，建立相相应的智能能系统。实际上

8、，人人工智能的的远期目标标与近期目目标是相互互依存的。远期目标标为近期目目标指明了了方向，而而近期目标标则为远期期目标奠定定了理论和和技术基础础。同时，近近期目标和和远期目标标之间并无无严格界限限，近期目目标会随人人工智能的的发展而变变化，并最最终达到远远期目标。1.3人工工智能的产产生与发展展2-5人工智能这这个术语自自19566年正式提提出，并作作为一个新新兴学科的的名称被使使用以来，已已经有四十十多年的历历史了。回回顾其产生生与发展过过程，可大大致分为孕孕育、形成成、知识应应用、综合合集成这四四个阶段。孕育期（11956年年之前）：在人工智能能诞生之前前世界上的的一些著名名科学家就就已经

9、创立立了数理逻逻辑、自动动机理论、控制论和和信息论，并并发明了通通用电子数数字计算机机，这些成成就已经为为人工智能能的产生准准备了必要要的思想、理论和物物质技术条条件。形成期（11956-19700年）：1956年年夏季，包包括数学家家、计算机机专家麦卡卡锡教授在在内的100位来自美美国数学、神经学、心理学、信息科学学和计算机机科学方面面的杰出年年轻科学家家，在一起起共同探讨讨了用机器器模拟人类类智能的有有关问题，并并由麦卡锡锡提议正式式采用了“人工智能能AI（AArtifficiaal Inntellligennce）”这一术语语。从而，一一个以研究究如何用机机器来模拟拟人类智能能的新兴学学

10、科人工智智能诞生了了。在此之后，在在美国很快快就形成了了三个以人人工智能为为研究目标标的研究小小组。一个个是纽厄尔尔和西蒙的的卡内基兰德小组组（也称心心理学小组组），19957年这这个小组研研制了一个个称为逻辑辑理论机（LLogicc Theeory Machhine, 简称LLT）的数数学定理逻逻辑证明程程序。该程程序模拟了了人类用数数理逻辑证证明定理时时的思维规规律，开创创了用计算算机研究人人类思维活活动规律的的工作。另另一个小组组为IBMM工程课题题研究小组组，19556年塞缪缪尔在IBBM 7004计算机机上研制成成功了具有有自学习、自组织和和自适应能能力的西洋洋跳棋程序序，该程序序可

11、以从棋棋谱中学习习，也可以以在下棋过过程中积累累经验、提提高棋艺，这这是用机器器模拟人类类学习过程程的一次成成功探索，其其主要贡献献在于发现现了启发式式搜索是表表现智能行行为的最基基本机制。第三个为为MIT小小组，19958年麦麦卡锡建立立了行动规规划咨询系系统；19960年研研制了人工工智能语言言LISPP，该语言言不仅可以以处理数值值，而且可可以方便地地处理符号号，作为建建造智能系系统的重要要语言工具具在人工智智能领域得得到了广泛泛应用；11961年年，明斯基基发表了“走向人工工智能的步步骤”论文，推推动了人工工智能的发发展。在其其它方面，人人工智能也也有了跳跃跃性的进展展，这一切切都推动

12、了了人工智能能的应用。知识应用用期（19971-880年代末末）：进入20世世纪70年年代后，人人工智能的的研究已不不仅仅局限限于少数几几个国家，许许多国家都都相继开展展了这方面面的研究工工作，研究究成果大量量涌现。例例如19772年法国国马赛大学学的科麦瑞瑞尔（A.Comeeraueer）提出出并实现了了逻辑程序序语言PRROLOGG；斯坦福福大学的肖肖特里菲（EE.H.SShorttlifffe）等人人从19772年开始始研制用于于诊断和治治疗感染性性疾病的专专家系统MMYCINN等。但困难和问问题也接踵踵而来，人人工智能面面临着巨大大的压力和和挑战。在在机器学习习、定理证证明、问题题求解

13、、机机器翻译等等方面都出出现了大量量的问题，甚甚至在人工工智能的本本质、理论论、思想及及机理方面面，也受到到了来自哲哲学、心理理学、神经经生理学等等社会各界界的责难、怀疑和批批评。在这这种极其困困难的环境境下，仍有有一大批人人工智能学学者不畏艰艰辛、潜心心研究。经经过认真的的反思、总总结，费根根鲍姆关于于以知识为为中心开展展人工智能能研究的观观点被大多多数人接受受。从此，人人工智能的的研究又迎迎来了蓬勃勃发展的新新时期，即即以知识为为中心的时时期，为人人工智能的的发展开辟辟了新的出出路。自人工智能能从对一般般思维规律律的探讨转转向以知识识为中心的的研究以来来，专家系系统的研究究在多个领领域中都

14、取取得了重大大突破，各各种不同功功能、不同同类型的专专家系统如如雨后春笋笋般的建立立起来，化化学专家系系统、地质质勘探专家家系统、数数学专家系系统、医疗疗专家系统统等都有了了快速发展展，产生了了巨大的经经济效益与与社会效益益。此外，在在知识表示示、不精确确推理、人人工智能语语言等方面面也有了重重大进展。但随着专家家系统应用用的不断深深入和计算算机技术的的飞速发展展，专家系系统本身所所存在的应应用领域狭狭窄、缺乏乏常识性知知识、知识识获取困难难、推理方方法单一等等问题被逐逐渐暴露出出来，人工工智能又面面临着一次次考验。 综合集成成期（200世纪800年代末至至今）在专家系统统方面，从从20世纪纪

15、80年代代末开始逐逐步走向多多技术、多多方法的综综合集成与与多学科、多领域的的综合应用用型发展。大型专家家系统开发发采用了多多种人工智智能语言、多种知识识表示方法法、多种推推理机制和和多种控制制策略相结结合的方式式，并开始始运用各种种专家系统统外壳、专专家系统开开发工具和和专家系统统开发环境境等。目前，人工工智能技术术正在向大大型分布式式人工智能能、大型分分布式多专专家系统、广义知识识表达、综综合知识库库、并行推推理、多种种专家系统统开发工具具、大型分分布式人工工智能开发发环境和分分布式环境境下的多智智能体协同同系统等方方向发展。尽管如此，从从目前来看看，人工智智能仍处于于学科发展展的早期阶阶

16、段，其理理论、方法法和技术都都不太成熟熟，人们对对它的认识识也比较肤肤浅，都还还有待于人人工智能工工作者的长长期探索。1.4人工工智能研究究的基本内内容在人工智能能的研究中中有许多学学派，不同同学派的研研究内容与与研究方法法都不相同同。另外，人人工智能又又有多种研研究领域，各各个研究领领域的研究究重点亦不不相同。再再者，在人人工智能的的不同发展展阶段，研研究的侧重重面也有区区别，本来来是研究的的重点内容容一旦理论论和技术上上的问题都都得到了解解决，就不不再成为研研究内容。因此我们们只能在较较大的范围围内讨论人人工智能的的基本研究究内容。结结合人工智智能的远期期目标，认认为人工智智能的基本本研究

17、内容容应包括机机器感知、机器思维维、机器学学习、机器器行为、智智能系统及及智能计算算机的构造造技术等方方面3。1.5人工工智能的研研究途径1-5自人工智能能作为一门门学科面世世以来，关关于它的研研究途径主主要有两种种不同的观观点。一种种观点主张张用生物学学的方法进进行研究，搞搞清楚人类类智能的本本质；另一一种观点主主张通过运运用计算机机科学的方方法进行研研究，实现现人类智能能在计算机机上的模拟拟。前一种种方法称为为以网络连连接为主的的连接机制制方法，后后一种方法法为以符号号处理为核核心的方法法。（1）以符符号处理为为核心的方方法以符号处理理为核心的的方法又称称为自上而而下方法或或符号主义义，这

18、种方方法起源于于20世纪纪50年代代中期。坚坚持这种方方法的人认认为，人工工智能的研研究目标是是实现机器器智能，而而计算机自自身具有符符号处理的的推算能力力，这种能能力本身就就蕴含着演演绎推理的的内涵，因因而可通过过运行相应应的程序系系统来体现现出某种基基于逻辑思思维的智能能行为，达达到模拟人人类智能活活动的效果果。由于该该方法的核核心是符号号处理，因因此人们把把它称为以以符号处理理为核心的的方法或符符号主义。该方法的特特征是：立足于逻逻辑运算和和符号操作作，适合于于模拟人的的逻辑思维维过程，解解决需要进进行逻辑推推理的复杂杂问题。知识可用用显式的符符号表示，在在已知基本本规则的情情况下，无无

19、需大量的的细节知识识。便于模块块化，当个个别事实发发生变化时时易于修改改。能与传统统的符号数数据库进行行连接。可对推理理结论作出出合理解释释，便于对对各种可能能性进行选选择。但是，人们们并非仅仅仅依靠逻辑辑来求解问问题，有时时非逻辑推推理在求解解问题的过过程中起着着更重要的的作用，甚甚至是决定定性的作用用。人的感感知过程主主要是形象象思维，这这是逻辑推推理做不到到的，因而而无法用符符号方法进进行模拟。另外，用用符号表示示概念时，其其有效性在在很大程度度上取决于于符号表示示的正确性性，当把有有关信息转转换成推理理机构能进进行处理的的符号时，将将会丢失一一些重要信信息，它对对带有噪声声的信息以以及

20、不完整整的信息也也难以进行行处理。这这就表明单单凭符号方方法来解决决人工智能能中的所有有问题是不不可能的。（2）以网网络连接为为主的连接接机制方法法以网络连接接为主的连连接机制方方法是近些些年比较热热门的一种种方法，它它属于非符符号处理范范畴，是在在人脑神经经元及其相相互连接而而成网络的的启示下，试试图通过许许多人工神神经元间的的并行协同同作用来实实现对人类类智能的模模拟。这种种方法又称称自下而上上方法或连连接主义。坚持这种种方法的人人认为，大大脑是人类类一切智能能活动的基基础，因而而从大脑神神经元及其其连接机制制着手进行行研究，搞搞清楚大脑脑的结构以以及它进行行信息处理理的过程与与机理，揭揭

21、示人类智智能在机器器上的模拟拟。该方法的主主要特征是是：通过神经经元之间的的并行协同同作用实现现信息处理理，处理过过程具有并并行性、动动态性、全全局性。通过神经经元间分布布式的物理理联系存储储知识及信信息，因而而可以实现现联想功能能，对于带带有噪声、缺损、变变形的信息息能进行有有效的处理理，取得比比较满意的的结果。通过神经经元间连接接强度的动动态调整来来实现对人人类学习、分类等的的模拟。适合于模模拟人类的的形象思维维过程。求解问题题时，可以以比较快地地求得一个个近似解。但是，这种种方法不适适合模拟人人们的逻辑辑思维过程程，而且就就目前神经经网络的研研究现状来来看，由固固定的体系系结构与组组成方

22、案所所构成的系系统还达不不到开发多多种多样知知识的要求求，因此单单靠连接机机制方法来来解决人工工智能中的的全部问题题也是不现现实的。（3）系统统集成由上面的讨讨论可以看看出，符号号方法与连连接机制方方法各有长长短。符号号方法善于于模拟人的的逻辑思维维过程，求求解问题时时，如果问问题有解，它它可以准确确地求出最最优解，但但是求解过过程中的运运算量将随随问题复杂杂性的增加加而呈指数数性的增长长；另外符符号方法要要求知识与与信息都用用符号表示示，这一形形式化的过过程需由人人来完成，它它自身不具具有这一能能力。连接接机制方法法善于模拟拟人的形象象思维过程程求解问题题，由于它它可以并行行处理，因因而可以

23、比比较快地得得到解，但但解一般是是近似的、次优的；另外连接接机制方法法求解问题题过程是隐隐式的，难难以对求解解过程给出出显式的解解释。在这这一情况下下，如果能能将两者结结合起来，就就可达到取取长补短的的目的。再再者，就人人类的思维维过程来看看，逻辑思思维与形象象思维只是是人类智能能中思维方方式的两个个方面。一一般来说，人人在求解问问题时都是是两种思维维方式并用用的，通过过形象思维维得到一个个直觉的解解或给出一一种假设，然然后用逻辑辑思维进行行仔细的论论证或搜索索，最终得得到一个最最优解。因因此，从模模拟人类智智能的角度度来看，也也应该将两两者结合起起来。就目前的研研究而言，把把两种方法法结合起

24、来来的途径主主要有两种种：一种是是结合，即即两者分别别保持原来来的结构，但但密切合作作，任何一一方都可把把自己不能能解决的问问题转化给给另一方；另一种是是统一，即即把两者自自然地统一一在一个体体系中，既既有逻辑思思维的功能能，又有形形象思维的的功能。2.人工智智能在轧制制中的应用用在过去的几几十年中，钢钢铁工业一一直面临着着扩大生产产能力、提提高生产率率、降低成成本和开发发价值更高高的新产品品的挑战。进入900年代后，用用户对钢铁铁产品的质质量和品种种规格的要要求越来越越严格。控控制和系统统技术是解解决这些问问题的重要要手段之一一。钢铁工工业从600年代开始始将计算机机应用在信信息采集和和集中

25、处理理方面。到到了7080年代代，计算机机被用于高高炉、转炉炉、连铸机机、加热炉炉、轧钢等等的过程控控制。为了了提高控制制的水平和和实现完全全的自动化化，90年年代又开始始引入以专专家系统、神经网络络等为代表表的人工智智能技术（AAI）。日日本的钢铁铁工业早在在19888年就已经经开发出775种AII应用系统统。英国、奥地利、芬兰、瑞瑞典、澳大大利亚、韩韩国、美国国、加拿大大等几乎所所有主要产产钢国都已已经采用或或者正在研研制各种AAI系统。近年来随着着社会发展展与科学技技术的进步步，用户对对钢铁产品品质量、品品种、性能能的要求越越来越高，钢钢材质量指指标已经达达到相当高高的程度，例例如在内部

26、部组织结构构方面，已已实现了对对微米、亚亚微米级的的组织进行行控制，试试验室中普普通钢的晶晶粒尺寸已已经可以控控制在1m左右，工工业规模生生产中已经经获得了晶晶粒尺寸在在34m左右的的细晶结构构钢；另外外，有些专专门用途的的钢材还有有深冲、超超深冲、可可焊接性、耐磨、耐耐腐蚀等使使用性能方方面的严格格要求，这这就为轧制制过程的控控制进一步步增加了难难度。同时时，在钢铁铁行业内部部存在着激激烈的竞争争，全世界界范围内生生产能力严严重过剩，给给企业生存存带来极大大的压力，迫迫使企业提提高生产技技术水平，改改善经营管管理6。现代金属轧轧制过程特特别是连轧轧过程的控控制非常复复杂，它涉涉及到压力力、速

27、度、流量、温温度等大量量物理参数数，以及弹弹性变形、塑性变形形、热力耦合等等复杂过程程、工件内内部组织结结构与性能能的变化等等多方面的的问题。从从控制的角角度来看，金金属轧制过过程具有典典型的多变变量、非线线性、强耦耦合特征。回顾轧制制理论的发发展历程，如如果说200世纪300年代卡尔尔曼（Krramann）理论及及其后继的的工程法（SSlab Methhod）为为轧制理论论的发展树树立了第一一个里程碑碑，60年年代变分法法、上下界界法等一系系列基于能能量原理的的近代解法法标志着第第二个里程程碑，70080年年代以有限限元（FEEM）为代代表的现代代数值模拟拟解析方法法确立了第第三个里程程碑的

28、话，那那么90年年代人工智智能在轧制制领域中的的广泛应用用可以说为为轧制理论论与技术的的发展树立立了第四个个里程碑6-7。人工智能与与传统方法法不同，它它避开了过过去那种对对轧制过程程深层规律律的无止境境的探求，转转而模拟人人脑来处理理那些实实实在在发生生了的事情情。它不是是从基本原原理出发，而而是以事实实和数据作作根据，来来实现对过过程的优化化控制。人人工智能在在轧制领域域中的应用用其意义是是深远的。从某种意意义上说，它它引起了人人们对轧制制过程本质质认识方法法的一次革革命。围绕绕人工智能能在轧制中中的应用，在在世界范围围内一轮新新的竞争已已经开始4。目前，人工工智能技术术在轧制过过程已经得

29、得到成功的的应用，从从生产计划划的编排、坯料的管管理、加热热中的优化化燃烧控制制、轧制中中的设定计计算及厚度度和板形控控制以及成成品库的管管理等都有有人工智能能方法成功功应用的例例子。人工工智能技术术已经成为为现代化轧轧机高精度度控制的一一个非常有有效的工具具8-110。2.1专家家系统在轧轧制中的应应用2.1.11概述专家系统是是目前人工工智能中最最活跃、最最有成效的的一个研究究领域，已已经广泛应应用于医疗疗诊断、地地质勘探、石油化工工、军事、冶金材料料等各个方方面，产生生了巨大的的社会效益益和经济效效益。专家家系统是一一种基于知知识的系统统，它从人人类专家那那里获得知知识，并用用来解决只只

30、有专家才才能解决的的困难问题题。因此，可可以这样来来定义专家家系统：专专家系统是是一种具有有特定领域域内大量知知识与经验验的程序系系统，它应应用人工智智能技术、模拟人类类专家求解解问题的思思维过程求求解领域内内的各种问问题，其水水平可以达达到甚至超超过人类专专家的水平平3。专家系统可可以解决的的问题一般般包括解释释、预测、诊断、设设计、规划划、监视、修理、指指导和控制制等，预报报性能的专专家系统也也已经从学学术研究开开始而进入入实际应用用研究。随随着人工智智能整体水水平的提高高，专家系系统也获得得发展。正正在开发的的新一代专专家系统有有分布式专专家系统和和协同式专专家系统等等11。图1.专家系

31、统的一般结构8根据目前人人们的一般般看法，不不管是哪一一种类型的的专家系统统，都应具具有如下的的基本特征征：具有专家家水平的专专门知识；具有符号号处理能力力；具有对一一般问题求求解的能力力；具有一定定的复杂度度和难度；具有解释释功能；具有获取取知识的能能力。图1给出了了一个专家家系统的一一般结构，其其中给出了了专家系统统必要的特特性。在一一个专家系系统中，知知识库不仅仅是数据、事实和规规则的总和和，而且也也包括用于于描述物理理关系的部部分简单模模型。一个个知识库应应该达到下下列要求：（1）将专专家掌握的的各种技术术知识和诀诀窍编制成成文件和技技术资料库库；（2）解除除专家们重重复性的日日常工作

32、负负担；（3）有一一个支持专专家们解决决问题的外外存储器；（4）扩大大专家知识识，以赢得得更广泛的的用户；（5）不受受时间、地地点限制地地提供专业业知识。 采集专家知知识的范围围不仅包括括本课题的的专家，而而且还要咨咨询来自不不同操作部部门的物理理学家和工工程师。例例如对于轧轧钢专家来来说，还包包括技术、钢厂、质质量监督和和技术数据据处理等部部门，以便便将原来分分散的专业业知识相互互联系起来来并使之系系统化，同同时将多个个专家解决决问题的策策略加以比比较并验证证专家知识识。专家系统必必须具有下下列能力：（1）在一一定环境下下进行通讯讯而没有定定义方面的的冲突（对对话部分）；（2）包括括数据、事

33、事实和规则则等知识的的采集和管管理（知识识采集系统统和知识库库）；（3）区分分相关信息息和不相关关信息（对对话部分和和推论机制制）；（4）认识识问题和解解决问题（对对话部分和和推论机制制）；（5）说明明解决方法法（说明部部分）；（6）专家家系统主要要是处理说说明性知识识，也就是是说专家系系统支持推推论。2.1.22专家系统统的开发步步骤111 一一般专家系系统的开发发可分为77个阶段，118个步骤骤8。（1）第一一阶段：专专家系统应应用判断步骤1：决决定对某个个项目采用用专家系统统，并组织织开发队，确确定开发目目标并得到到项目经理理的承认，初初步确定开开发体制和和工作进度度表。（2）第二二阶段

34、：知知识的采集集步骤2：制制定目标计计划,承担担开发专家家系统的知知识工程师师要理解该该项目范畴畴内的专业业术语及该该项目的概概要情况。步骤3：知知识的采集集和整理。在详细询询问专家并并记录下专专家知识的的同时,将将这些知识识加以整理理,消除可可能存在的的矛盾,并并防止知识识的遗漏。步骤4：确确定开发工工作的进度度表。在整整理知识的的基础上,修改初步步工作进度度表,同时时研究确定定各开发阶阶段的必要要性。（3）第三三阶段:解解决问题方方法的设计计，这是开开发专家系系统的关键键阶段之一一,包括四四个步骤。步骤5：数数据来源的的确认和规规定本专家家系统推理理结果的输输出条件和和形式,确确认外围系系

35、统和业务务系统接口口的主要条条件。步骤6：确确定计算机机处理的内内部程序,完成程序序设计,并并把经过整整理的专家家知识纳入入此程序中中。步骤7：详详细设计解解决问题的的方案。包包括设计解解决基本问问题的程序序(前半部部分),和和把它与控控制系统所所具有的控控制机构和和知识表达达方法结合合起来形成成解决具体体问题的程程序(后半半部分)。步骤8：合合适工具的的选定,在在设计解决决基本问题题的程序的的同时,选选定合适的的硬件/软软件工具。（4）第四四阶段：关关键开发阶阶段1）推理部部分工具,包括四个个步骤。步骤9：确确定与整个个控制系统统其它部分分进行数据据通讯的格格式。决定定推理部分分和外围系系统

36、接口的的详细内容容。步骤10：数据结构构的设计。在知识处处理中,决决定所使用用数据的预预处理方法法和在知识识库中数据据表达方法法。步骤11：完成推理理部分的制制作。规定定程序设计计规则、推推理部分的的功能,完完成详细设设计和具体体制作。步骤12：推理部分分的试验。将和控制制系统的其其它部分进进行通讯的的格式包括括进来,进进行推理部部分的试验验,以证明明所设计专专家系统的的实用性。2)辅助部部分工具,包括两个个步骤。步骤13：建立样机机系统。将将所开发的的专家系统统转换到与与最终控制制对象的范范围和动作作条件相吻吻合的目标标系统上来来。步骤14：辅助部分分的设计与与制作。这这里所说的的辅助部分分

37、,包括主主系统方面面的前处理理和后处理理,是根据据原系统的的设计和制制作顺序开开发的。（5）第五五阶段：系系统测试步骤15：系统测试试。测试方方法和其它它系统一样样,想象使使用时的情情况和条件件,用真实实数据进行行测试。（6）第六六阶段：试试运行和性性能评价步骤16：现场试验验。以用户户为主,在在实际运行行条件下,运用所开开发的专家家系统来检检验其实用用性和可靠靠性。步骤17:向实际运运行的过渡渡做好准备备,制定在在实际运行行条件下系系统的维护护管理规划划。（7）第七七阶段：实实际运行阶阶段步骤18：在实际运运行过程中中,系统开开发人员的的责任就是是对系统进进行维护和和管理。2.1.33应用实

38、例例专家系统在在轧钢领域域得到了广广泛的应用用，现在已已经开发出出不锈钢带带钢轧机的的轧制规程程设定与控控制专家系系统；工字字钢孔型设设计专家系系统、带材材厚度精度度诊断专家家系统；板板形控制专专家系统；棒材生产产线生产节节奏控制专专家系统；热轧钢材材组织和性性能预测及及控制专家家系统、板板坯管理专专家系统；板卷传送送专家系统统等6-16。轧钢机是复复杂的机械械设备，过过程参数的的正确设定定存在一定定的难度。比利时AARBEDD公司开发发的专家系系统可以根根据产品的的种类和钢钢种，给出出最佳设定定参数的建建议，而且且可以在发发现几何缺缺陷时给出出如何处理理的建议。加拿大SSTELCCO公司用用

39、在五机架架串联式冷冷轧机上的的专家系统统也是帮助助工作人员员设定过程程参数。比比较使用专专家系统前前后的操作作结果，发发现专家系系统的作用用非常明显显：头批带带卷废品头头的重量平平均减少了了25%；头批带卷卷以后的轧轧制速度平平均提高了了12%。并且专家家系统还可可以用于培培训工人，培培训需要的的时间从几几年减少到到几个月。专家系统统还应用于于设备的维维护。19989年初初安装在阿阿根廷Prropullsoraa Sidderurrgicaa冷轧厂的的专家系统统，推理速速度很快，可可以把发现现故障的时时间缩短为为原来的11/5112。芬兰Rauutaruuukkii公司开发发出制定生生产计划的

40、的专家系统统，利用它它可以找出出生产中的的限制性环环节。日本本川崎公司司应用专家家系统为无无缝钢管的的轧制作业业制定计划划，用时由由原来的22天左右缩缩短为12小时。美国USSX公司于于19900年引进美美国西北大大学钢资源源中心研制制的钢板轧轧机作业计计划专家系系统，用于于Garyy厂，也得得到比较满满意的效果果12。（1）工字字钢孔型设设计专家系系统133 工工字钢在轧轧制过程中中，断面各各部分变形形不均匀，变变形不同时时，变形过过程复杂。由于涉及及的参数众众多、考虑虑的因素复复杂，因此此以手工设设计工字钢钢孔型系统统难度大，虽虽然已开发发出工字钢钢CARDD软件，但但通过该软软件设计孔孔

41、型时，还还需要有丰丰富设计经经验的设计计者，通过过人机对话话的方式进进行设计参参数的选择择和修改，才才能满足生生产要求。图2.工字钢专家系统的总体结构北京科技大大学吴龙翔翔、杨觉先先等开发的的工字钢孔孔型设计专专家系统，其其总体结构构如图2所所示。该系系统功能如如下：设计新孔孔型。可以以选择直轧轧孔型系统统、直边斜斜轧孔型系系统、直轧轧直边斜轧轧孔型系统统、直轧弯边斜轧轧直边斜轧轧孔型系统统等孔型系系统中的任任一种进行行设计。绘图功能能。可以绘绘出标有尺尺寸的孔型型样板图、配辊图、轧件与孔孔型重叠图图和轧件咬咬入状况图图。优化功能能。可用专专家启发性性知识进行行多目标优优化，得到到满足多个个目

42、标的优优化解。解释功能能。能对系系统的设计计过程进行行解释。输入防错错纠错功能能。可使误误操作不引引起系统中中断。记忆功能能。该系统统经现场应应用结果表表明：工字字钢孔型设设计专家系系统能够自自动设计出出合理的孔孔型，能够够进行启发发式多目标标优化，得得到满意解解，可以使使咬入角、轧制力、轧制力矩矩得到良好好的均衡效效果，有利利于提高轧轧制过程的的稳定性和和降低能耗耗。（2）热轧轧钢材组织织和性能预预测及控制制专家系统统 144。图3. CASPPC技术的组成除化学成分分外，热轧轧工艺参数数是影响热热轧钢材组组织和性能能的关键因因素，对某某一特定钢钢种，可以以通过改变变轧制工艺艺参数改变变其组

43、织和和性能。钢钢材热轧已已从单纯的的为获得所所需形状和和尺寸的分分方向发展展成性能控控制塑性加加工。但是是以外的热热轧工艺参参数与组织织性能的关关系是通过过大量实验验室和现场场试验而得得到的，需需大量人力力、物力和和财力及时时间，且有有局限性；如需进一一步提高钢钢材强韧性性，开发新新品种，就就必须再进进行有关试试验工作；再则，在在生产过程程中并不能能对热轧钢钢材组织和和性能进行行实时控制制（开环或或闭环），因因此利用高高速计算机机应用技术术，建立热热轧钢材组组织和性能能预测及控控制专家系系统（也称称计算机辅辅助组织和和性能预测测及控制技技术，即CCompuuter Aideed Sttruct

44、ture/Proppertyy Preedicttion and Conttrol，简简称CASSPPC），是是当前轧钢钢技术发展展的重要内内容之一。CASPPPC是在物物理冶金理理论、轧制制理论及计计算机应用用技术获得得可喜进展展的基础上上建立起来来的，是以以采用建立立在物理冶冶金理论基基础上的一一系列数学学模型而发发展起来的的计算机预预测和控制制技术。CCASSPPPC技术术对离线热热轧生产程程序的最优优化或在线线生产工艺艺参数的精精确控制等等是一项极极其有用的的新技术，可可以使轧钢钢学科得到到进一步发发展。CASPPPC技术的的组织与功功能：该专专家系统通通常由轧制制、相变和和性能三个个

45、模块组成成，如图33所示：图4 轧制模块的组成轧制模块用用于推定钢钢材加热和和热轧过程程中奥氏体体组织状态态的变化、微合金元元素的固溶溶作用和析析出行为，它它是由晶粒粒长大、回回复和再结结晶、析出出三个子模模块组成，如如图4所示示。因为微微量元素的的固溶、析析出行为对对回复和再再结晶行为为有明显的的影响，所所以要求这这三个子模模型必须有有机地结合合。图5. 相变模块的组成相变模块是是根据轧制制模块推出出的奥氏体体晶粒直径径、再结晶晶百分数、加工硬化化程度等信信息，分析析轧后连续续冷却过程程中奥氏体体向铁素体体、珠光体体和贝氏体体相变的行行为，并通通过热力学学模型、形形核速率模模型、长大大速率模

46、型型，随时计计算各种转转变相的体体积膨胀率率，推定轧轧后冷却时时的相变速速率和最终终成品的组组织，如图图5所示。性能模块根根据相变模模块推出的的最终成品品组织推定定热轧钢材材的最终力力学性能，包包括屈服强强度、抗拉拉强度、延延伸率和韧韧性。CASPPPC技术可可以有不同同的应用方方式，即离离线预测、在线预测测、在线控控制和化学学成分及工工艺参数设设计与优化化等。离线线预测是CCASPPPC技术的的最基本的的应用方式式。专家系系统建立后后，只要输输入化学成成分、加工工和冷却条条件，所轧轧产品的组组织变化和和最终力学学性能都可可以预测出出来，并且且可以绘制制TTT和和CCT曲曲线，这样样就节约了了

47、常规实验验手段所需需的时间和和资金。同同时也可通通过离线预预测软件的的反复运算算，对新钢钢种进行设设计和优化化。在线预预测、在线线控制是CCASPPPC技术在在线应用的的两个阶段段。在线预预测是指在在线对成品品长向与宽宽向（对板板材）性能能进行预测测，从而节节约实际检检测时间。这对板卷卷的生产特特别适用，因因为通常只只检测板带带卷头尾两两端的性能能，而板卷卷中间部分分的性能则则难于测试试与保证。日本和韩韩国（浦项项钢铁有限限公司）都都已建立了了钢板组织织和性能在在线预测的的生产线。在线控制制是CASSPPC技技术的最终终目标。需需要轧制参参数的在线线检测和精精确的模型型及反应迅迅速的计算算机系

48、统。在此阶段段，可以在在生产过程程中对热轧轧过程中对对热轧钢材材组织和性性能进行实实时控制，从从而减少钢钢材组织和和提高生产产率，与其其它技术相相结合，可可以实现轧轧制力的精精确预报。图6是CCASPPPC技术实实际应用图图示。图6. CASPPC技术在热轧带钢生产中的应用（3） 带带钢厚度偏偏差诊断与与监控专家家系统110由东北大学学轧制技术术及连轧自自动化国家家重点实验验室开发的的带钢厚度度偏差诊断断与监控专专家系统(Thiccknesss Deeviattion Diaggnosiis annd Suupervvisioon Exxpertt Sysstem系系统，简称称TDD-ES系统

49、统)，在对对现场数据据进行分析析处理的基基础上，利利用对厚差差曲线的频频谱分析，对对厚度偏差差的来源及及特征作出出及时诊断断。为了向建立立的专家系系统提供轧轧制信息，开开发了热连连轧精轧机机组数据采采集及信息息处理系统统。通过传传感器采集集过程数据据、工艺设设定数据、轧机设备备参数和钢钢板参数等等，为生产产过程的优优化、诊断断、模拟和和监控提供供支撑服务务。主要检检测精轧机机组各架轧轧制力、辊辊缝、速度度、电流、活套角度度、出口左左和宽差等等值。对数据采集集系统得到到的检测数数据和过程程控制数据据进行高通通、低通滤滤波，对轧轧件头尾温温差趋势项项进行处理理，对所得得的厚差曲曲线数据用用改进的富

50、富氏变换进进行频谱分分析，根据据其频谱特特点来诊断断带钢厚度度偏差的原原因。用于于现场诊断断的实例表表明，厚差差曲线的高高频分量，恰恰与支撑辊辊的旋转速速度相对应应，而其低低频分量恰恰与加热炉炉内水管的的距离相对对应。这就就有力的说说明，厚差差的高频部部分是由于于支撑辊的的偏心引起起的，而低低频部分是是加热水印印引起的。本专家系系统的诊断断结果，可可以对现场场生产中加加热制度改改进、换辊辊时间的确确定等操作作要素提供供指导。目前TDDD-ES系系统已经在在热轧带钢钢生产线得得到应用，并并在提高热热轧带钢厚厚度精度方方面发挥了了作用。2.2神经经网络在轧轧制中的应应用2.2.11概述随着社会不不

51、断的进步步和科学技技术突飞猛猛进的发展展，人们对对钢铁产品品的质量要要求越来越越严格，我我国钢铁产产品的标准准也逐渐向向国际先进进标准看齐齐。为了提提高产品质质量、降低低成本，使使我国的冶冶金企业的的生产水平平尽早达到到国际先进进水平，满满足国际国国内钢铁市市场激烈竞竞争的需求求，在轧钢钢生产过程程中，越来来越多的现现代化技术术已得到应应用，如轧轧制过程的的自动控制制，产品性性能的预报报等等，为为产品质量量的提高提提供了条件件。所有这些技技术的成功功应用都是是建立在许许许多多的的数学模型型的基础之之上的，如如果没有一一个比较切切合实际的的数学模型型，这些过过程就很难难实施。因因此对于一一个冶金

52、工工作者来说说，针对生生产的实际际情况，寻寻找符合实实际的数学学模型是一一步很重要要的工作。传统的数学学模型大多多数是建立立在前人大大量的实验验基础之上上的，而且且大多数都都是属于经经验共识，其其适用范围围也比较窄窄，计算的的精度比较较低。随着着技术的发发展，这些些数学模型型很难满足足生产的要要求。轧钢钢系统是一一个很复杂杂的系统，多多个因素之之间相互影影响、相互互制约，他他们之间的的关系相当当复杂，而而且有些关关系结构是是不确定的的，他们是是随着生产产条件的变变化而变化化。所以，采采用传统的的模型方法法，即采用用在实验的的基础上建建立确定的的数学模型型结构，然然后再直接接用在生产产过程中，通

53、通过在生产产中调整数数学模型中中的一些参参数来对生生产过程进进行控制的的建模方法法。这样的的模型的建建立过程往往往事先进进行了很多多的假设，计计算精度低低，甚至可可能得出错错误的结果果，给企业业带来很大大的损失。人工神经网网络是模拟拟脑神经传传递信息的的方法建立立起来的一一种人工智智能的模式式识别方法法，具有自自学习、自自组织、自自适应和非非线性动态态处理等特特性，为解解决非线性性系统及模模型未知系系统的预测测和控制，提提供了一种种新的途径径。人工神神经网络(ANN)在轧制领领域中所应应用的神经经网络实际际上是一组组计算机程程序，这组组程序提供供了一套具具有记忆功功能的算法法，能够对对存在因果

54、果关系的事事物根据输输入条件的的变化来预预测结果。人工神经网网络根据其其网络结构构和学习规规则可分为为很多的种种类，其中中应用最广广泛的是BBP神经网网络。在实实际应用中中，人工神神经网络（BBP网络）主主要有两个个方面的用用途：用于模式式识别；用于非线线性系统的的函数拟合合。这两个个方面的用用途在轧钢钢领域都得得到了比较较成功的应应用。一般来说，在在金属轧制制过程中，有有以下几方方面可以应应用神经网网络6：（1）过程程模型。当当积累了足足够的生产产过程历史史数据之后后，就可以以利用神经经网络建立立精确的神神经网络数数学模型。（2）过程程优化。一一旦建立起起过程模型型，就可以以用来确定定达到优

55、化化目的所需需要的优化化的过程变变量设置点点。（3）开环环咨询系统统。如果将将神经网络络模型与简简单的专家家系统结合合起来，网网络从实时时数据得到到的优化结结果可以显显示给工程程的操作人人员，操作作人员可以以改变操作作参数以避避免过程失失常。（4）产品品质量预测测。一般工工厂只能在在产品完成成一段时间间后，才能能从实验室室里得到产产品的质量量检验结果果，而神经经网络模型型可以实现现在线预测测产品质量量，并及时时调整过程程参数。（5）可预预测的多变变量统计过过程控制。网络模型型可用来观观察所有有有疑问的变变量对统计计过程控制制器（SPPC）所设设置的控制制点的影响响。采用多多变量控制制，可以精精

56、确预测SSPC图上上的未来几几个点的位位置，可以以较早地预预测过程失失误的可能能性。（6）预测测设备维修修计划。设设备在连续续使用中性性能要降低低。用神经经网络可以以监测设备备性能，预预测设备实实效的可能能时间，以以制定设备备维修计划划。（7）传感感器监测。可用神经经网络监测测实效的传传感器，并并提供失效效警报，而而且当重新新安装传感感器后，网网络可以提提供合适的的重新设置置值。（8）闭环环实时控制制。网络模模型可以对对复杂的闭闭环实时控控制问题给给出解决方方法，预测测和优化非非常迅速，可可以用于实实时闭环控控制。2.2.22神经网络络的应用实实例在实际生产产过程中，神神经网络在在热带钢连连轧

57、机控制制、微合金金钢热轧奥奥氏体晶粒粒尺寸及流流变应力模模型、冷轧轧轧制力的的预测、热热连轧精轧轧机组带钢钢宽度变化化预测、热热变形中屈屈服应力的的预测、轧轧辊偏心的的识别、板板形板厚综综合控制等等方面都得得到了广泛泛的应用16-331。（1）人工工神经网络络在轧制过过程控制方方面的应用用现代的板带带钢生产工工艺都采用用连轧的方方式，轧制制力预报是是连轧精轧轧机组计算算机设定模模型的核心心，其预报报精度直接接影响辊缝缝的设定。轧制力预预报涉及一一些非线性性模型，包包括温降模模型、变形形抗力模型型、应力状状态模型等等等。因此此，采用传传统设定模模型的方法法，各个模模型系数的的建立需要要采集大批批

58、的数据，在在预先建立立的模型的的基础上，进进行非线性性回归来确确定，因用用于统计的的数据不可可能是同一一环境下的的数据，故故回归所得得模型对于于环境变动动具有平均均性。人工神经网网络具有自自学习、自自适应、高高度非线性性拟合的优优点，因此此能提高预预测的精度度，采用一一个三层的的BP网络络对各架轧轧机的轧制制力进行了了离线和在在线的学习习预报，结结果表明人人工神经网网络的预报报结构比采采用传统的的模型法的的预报结果果精度高，而而且神经网网络的预报报具有在线线自适应的的能力332。在精轧机组组负荷分配配方面，采采用具有两两层隐含层层的BP网网络，对精精轧机组的的负荷分配配进行识别别，与传统统的能

59、耗法法负荷分配配相比，神神经网络的的方法更加加准确、高高速、简便便易行，可可以排除人人的主观性性，而且可可以根据生生产实际情情况进行动动态调整，能能更好地适适应生产的的变化。 钢钢材的力学学性能的预预测是一个个很复杂的的问题，它它的影响因因素很多，采采用传统的的回归模型型的方法进进行预测，由由于有些因因素的影响响是非线性性的，其模模型结构很很难确定，最最终的预测测精度就很很难保证。采用神经经网络的方方法对轧后后机械性能能进行预报报，其精度度高，简化化了人工设设定模型的的工作，能能够达到预预期的目的的33-34。（2）轧制制力的高精精度ANNN预报110提高轧制力力预报精度度对提高设设定精度及及

60、第一块钢钢和带钢头头部的命中中率都具有有重要意义义。轧制力力直接影响响到负荷分分配、AGGC和AFFC等环节节，是所有有轧制参数数中最为活活跃的参数数。过去利用传传统轧制理理论已经使使轧制力的的计算精度度有了大幅幅度的提高高，但是仍仍然不能满满足用户对对产品质量量越来越严严格的要求求。沿用修修正数学模模型的方法法来提高轧轧制力计算算精度的传传统做法已已很难再有有大幅度的的提高，人人工智能则则为之开辟辟了一条新新途径。采用数学模模型(MMM)与神经经网络(AANN)相相结合方法法，用数学学模型的预预报作为基基值，用AANN作为为数学模型型计算误差差的实时补补偿，两者者组成一个个智能纠偏偏网络，用