人工智能技术在冶金中应用

人工智能技术在冶金中应用任洪洋（辽宁科技大学材料与冶金学院120103202033）摘要人工智能（英语：ArtificialIntelligence,AI）有时也称作机器智能，是指由人工制造出来的系统所表现出来的智能。通常人工智能是指通过普通计算机实现的智能。同时也指研究这样的智能系统是否能够实现，以及如何实现的科学领域。一般教材中的定义领域是“智能代理（intelligentagent）的研究与设计”，智能代理是指一个可以观察周遭环境并作出行动以达致目标的系统。约翰•麦卡锡于1955年的定义是，〃制造智能机器的科学与工程.〃人工智能的研究是高度技术性和专业的，各分支领域都是深入且各不相通的。人工智能技术应用于冶金极大地促进了冶金学科的发展。人工智能在冶金中的应用主要有计算机在冶金过程中的模拟仿真、冶炼过程的各数据的监视、计算机的对冶炼过程的智能控制。关键词：模拟控制、检测、人工智能、专家系统近年来，冶金学知识体系和结构，随着冶金技术的发展和相关学科的进步，发生了革命性的变化。计算机技术的发展和在冶金过程中的广泛应用，使冶金学理论和工艺的研究方法、冶金生产及其控制技术发生了重大变革。由传统冶金学和传统冶金工艺学所构成的知识体系和结构，已不能完全满足现代冶金工艺发展和理论研究的需要。因此，诸如，对微观或宏观过程的认识、单元过程或现象的定量解析、反应过程的数学物理模拟、反应和生产速率的预测、反应器的仿真研究和设计、人工智能技术的应用以及反应器运行和整体生产过程的控制等等，计算机的应用起着推动冶金工业生产技术不断进步的重要作用。冶金过程中的冶炼、精炼、连铸、轧制等过程中的流场、温度场、应力场等数据都需要监测，以及金属组织性能的控制，金属制造过程中的成分与板型精确控制、工艺技术优化、新产品的开发，种种这些，都需要运用到计算机模拟与仿真技术。计算机模拟与仿真技术不但可以节约新产品、工艺开发时间和费用，提高试验成功率，而且容易形成企业自主知识产权的工艺和产品。从国内外冶金企业的发展来看，其核心技术部分大部分来自于计算机模拟与仿真技术以及数据积累而形成的。对冶金工业生产过程进行计算机控制是提高产品质量、降低成本、减少环境污染的必由之路，计算机控制系统已成为生产设备及过程控制等重要的组成部分，它代替人的思维成为冶金工业设备及工艺过程控制、产品质量控制的指挥和监督中心。冶金工业生产过程的计算机控制系统，随着计算机的进步、工业生产工艺过程控制要求的提高和生产管理的完善而不断发展。目前工业计算机控制系统按结构层次基本上划分为：直接数字控制（DDC）系统、监督控制（SCC）系统、集散型控制系统（DCS）、递阶控制系统（HCS）和现场总线控制系统（FCS）等几种，其中DCS是融DDC系统、SCC系统及整个工厂的生产管理为一体的高级控制系统，该系统克服了其他控制系统中存在的“危险集中”问题，具有较高的可靠性和实用性。但是，为了进一步适合现场的需要，DCS也在不断更新换代，近年来，集计算机、通信、控制三种技术为一体的第5代过程控制体系结构，即现场总线控制系统，成为国内外计算机过程控制系统一个重要的发展方向。人工智能的发展史见下表。人工智能新技术可以有效地解决冶金工业生产中许多无法用数学模型精确描述的工艺过程，以及利用传统数字计算机难以获得令人满意效果的诸多问题，在冶金行业应用中已表现出了很大的优势。随着计算机技术的发展，流程模拟技术用于冶金过程也取得了迅速的进展.出现了一批成熟的商业化软件.为模拟提供了有力的工具.这些模拟软件经过不断的改进发展，可进行基础的热力学数据计算以及选矿回路、磨矿回路、提取冶金工艺流程的模拟与优化，井已成功应用于实际生产中.如拜耳法生产氧化铝、黄金的氤化、各类矿石的选矿、红土矿的高压浸出等流程，显示了其优越性。从提取冶金项目的角度来看.从可行性研究、工程设计到过程优化，流程模拟技术的应用也贯穿了一个项日的各个实施环节.这些模拟软件包含了丰富的物性数据库及大量的单元操作模型，METSIM和SYSCAD等流程模拟软件甚至能够添加与时问、压力等相关参数，进行动态模拟。采用流程模拟软件进行模拟和优化.不仅可以增加效率.减少实验工作盘，且可以提高设计质量、增加经济效益。专家系统是人工智能中最重要的也是最活跃的一个应用领域，它实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。专家系统是早期人工智能的一个重要分支，它可以看作是一类具有专门知识和经验的计算机智能程序系统，一般采用人工智能中的知识表示和知识推理技术来模拟通常由领域专家才能解决的复杂问题。专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成。其中尤以知识库与推理机相互分离而别具特色。专家系统的体系结构随专家系统的类型、功能和规模的不同，而有所差异。为了使计算机能运用专家的领域知识，必须要采用一定的方式表示知识。目前常用的知识表示方式有产生式规则、语义网络、框架、状态空间、逻辑模式、脚本、过程、面向对象等。基于规则的产生式系统是目前实现知识运用最基本的方法。产生式系统由综合数据库、知识库和推理机3个主要部分组成，综合数据库包含求解问题的世界范围内的事实和断言。知识库包含所有用“如果：〈前提〉，于是：〈结果〉”形式表达的知识规则。推理机（又称规则解释器）的任务是运用控制策略找到可以应用的规则。其结构图如下图所示。专家.iii诅工程师用尸入机交1专家.iii诅工程师用尸知识貌取解释器机器配理解游含数

撩库知识貌取解释器机器配理解游含数

撩库的表a形式.机界面回答系统的.机界面回答系统的提问，推理机将专家系统的基本王作流程是，用户通过人机界面用户输入的信息与知识库中各个规则的条件进行匹配，并把被匹配规则的结论存放到综合数据库中。最后，专家系统将得出最终结论呈现给用户。在这里，专家系统还可以通过解释器向用户解释以下问题：系统为什么要向用户提出该问题（Why）？计算机是如何得出最终结论的（How）？领域专家或知识工程师通过专门的软件工具，或编程实现专家系统中知识的获取，不断地充实和完善知识库中的知识。其具有较明显的特点与优势。专家系统是一个基于知识的系统，它利用人类专家提供的专门知识，模拟人类专家的思维过程，解决对人类专家都相当困难的问题。一个高性能的专家系统具备如下特征：⑴启发性。不仅能使用逻辑知识，也能使用启发性知识，它运用规范的专门知识和直觉的评判知识进行判断、推理和联想，实现问题求解。⑵透明性。它使用户在对专家系统结构不了解的情况下，可以进行相互交往，并了解知识的内容和推理思路，系统还能回答用户的一些有关系统自身行为的问题。⑶灵活性。专家系统的知识与推理机构的分离，使系统不断接纳新的知识，从而确保系统内知识不断增长以满足商业和研究的需要。现阶段国内外专家系统应用停留在相对狭义的以规则推理为基础的阶段，应用也更多针对的是实验室研究以及一些轻量级应用，远不能满足大型商业应用的需求，实现对实时智能推理以及大数据处理的需求。专家系统的发展下一步的将以模型推理为主，以规则推理为辅，并切合商业应用需求，满足对实时以及大数据量处理的需求。同时专家系统将朝更为专业化方向发展，针对具体方向性的需求提供针对性模型与产品，如基于因果有向图CDG的故障诊断模型，流程处理模型等。结论：人工智能技术应用于冶金极大地促进了冶金学科的发展。人工智能新技术与冶金工业的