铝/铜板带材智能化工艺控制技术

2011钢铁共性技术协同创新中心

钢铁生产全流程智能化创新

架构及研发工作进展

钢铁行业是典型的流程工业。目前钢铁行业的自动化、信息化发展已具有良好的基础，在行业绿色化转型的过程中跃上智能化台阶，钢铁行业技术发展和进步将如虎添翼。中心现已申报成功了“扁平材全流程智能化制备关键技术”和“长型材智能化制备关键技术”等国家十三五重点研发计划智能化项目，目标是建立真正达到工业4.0水平的示范样板线。这将在十三五期间实现典型示范生产线的全流程、一体化智能制造，使中国钢铁生产的管理、质量、效率都提高到一个前所未有的智能化水平。中心在钢铁全流程智能制造方面开展了系列相关工作，本报特组织相关报道，介绍其高层架构及研发进展情况，以飨读者。

铝/铜板带材智能化工艺控制技术

我国铝/铜板带材生产装备已达到世界先进水平，但航空、汽车、大规模集成电路等领域用高端板带产品质量及其稳定性等仍无法满足国家重大工程和战略性新兴产业发展的需求。其主要原因在于工业数据利用水平低，存在数据缺失和信息孤岛等问题，导致工艺技术与经验积累不足，不能支持生产全过程工艺参数深度优化，更无法借助信息化、智能化技术提升企业大规模定制化生产水平。围绕以上瓶颈问题，东北大学与南山铝业联合燕山大学、河南科技大学等国内9所高校、中科院沈自所等两所研究院所、铜陵金威铜业共同申报了国家重点研发计划“基于工业大数据的铝/铜板带材智能化工艺控制技术”项目，并已成功获批。项目主要开展以下五个方面的研究（图1）。

1面向信息物理系统的铝/铜板带材生产全流程大数据采集及平台构建

我国铝/铜板带材生产线信息系统普遍存在数据缺失、信息孤岛等问题，同时对铝/铜板带材生产流程的质量遗传性、数据多源异构、时空关系、数据采集实时性等缺乏系统研究，严重制约了我国铝/铜板带材生产流程工业数据的有效利用。针对这些问题，本项目以建设生产全流程工艺参数-产品综合性能-质量稳定性大数据平台为目标，深入研究面向CPS的铝/铜板带材生产全流程高效能分布式大数据平台架构、生产全流程制备加工关键参量获取方法、大规模多源异构数据的高效存储/查询/分析方法、高维动态多时空尺度大数据分析模型及算法工具库架构等，为我国铝/铜板带材生产企业基于工业大数据实现生产过程智能化工艺控制提供大数据平台建设的理论、方法、架构体系及数据采集、传输、处理标准和规范。

2大数据驱动的铝/铜板带材生产全流程工艺参数深度优化共性技术

为解决我国铝/铜板带材高端产品供给能力不足，产品组织性能稳定性低、表面缺陷和板形难以控制等问题，需要对铝/铜板带材生产全流程工艺参数深度优化。然而，铝/铜板带材生产过程机理复杂，难以建立精确机理模型，传统工艺优化方法和管控技术无法对全流程各工序复杂工艺参数进行有效优化和控制。本项目瞄准高端铝/铜板带材市场对产品质量稳定性的要求，建立铝/铜板带材产品质量稳定性综合评价指标体系、生产全流程设备健康状态综合评价体系；基于熔铸、轧制、热处理等全流程工艺参数大数据，建立分工序工艺参数-产品综合性能-质量稳定性关联模型、全流程工艺参数-产品综合性能-质量稳定性关联模型、全流程工艺参数协同优化模型，设计各工序工艺参数深度优化方法及全流程多工序协同优化方法，实现铝/铜板带材生产全流程工艺参数深度优化（图2）。

3大规模定制下铝/铜板带材生产全流程智能化工艺模型库

我国铝/铜板带材订单多品种、多规格、小批量的结构特征明显，造成生产过程组织优化困难。批量小、批次切换频繁，影响生产节奏，导致产品质量稳定性低、生产效率低、成本高。针对上述难题，本项目将开展大规模定制下工艺模型智能重组关键技术研究，建立大规模定制下铝/铜板带材生产全流程工艺模型库；结合铝/铜板带材生产过程中熔铸、热轧、冷轧、热处理等工序的工艺特点，借助构建的工艺模型库，开展大规模定制下铝/铜板带材生产过程工艺参数优化、生产组织智慧优化决策研究；开发以质量异常诊断技术为基础的生产工艺智能化控制系统，实现质量窄窗口控制，提高大规模定制下铝/铜板带材产品质量稳定性和生产效率，降低生产成本（图3）。

4热处理强化型高端宽幅铝合金薄板带材智能化工艺控制示范

以南山铝业2600mm宽幅热处理强化型高端铝合金薄板带生产线为背景，将以上研究成果进行现场示范应用。设计并构建南山铝业热处理强化型宽幅高端铝合金薄板带生产线工业大数据平台，研发南山铝业生产全流程大数据集成管理与分析系统，实现大数据集成、查询、分析及可视化；开发产品综合性能、尺寸精度等质量指标在线预测和实测评判及诊断功能，实现优化产品质量及其稳定性的工艺参数优化功能，最终建立铝合金薄板带产品质量在线监控及优化系统，提高产品质量稳定性；建立热处理强化型铝合金薄板带生产线工艺模型库，开发热处理强化型铝合金薄板带生产工艺逆向优化功能，解决全流程产品质量、效率、成本最优控制问题，实现全流程工艺动态快速设计；建立面向铝合金薄板带大规模定制的生产组织智慧优化决策系统，解决高端产品大规模定制的生产智能化问题。

5时效强化型高端铜合金板带材智能化工艺控制示范

以铜陵金威铜业1250mm时效强化型高端铜合金板带生产线为背景，将以上研究成果进行示范应用。基于铜陵金威铜业现有生产线管控系统，设计并构建时效强化型高端铜合金板带材生产线工业大数据平台；建立时效强化型高端铜合金板带产品质量在线监控及优化系统，提高产品质量稳定性；建立时效强化型高端铜合金板带生产线工艺模型库，开发时效强化型高端铜合金板带生产工艺逆向优化功能，解决时效强化型高端铜合金板带产品质量、效率、成本最优控制问题；开发时效强化型高端铜合金板带大规模定制的生产组织智慧优化决策系统，实现基于数据驱动的铜板带材生产过程的配料优化、生产全流程各工序生产批量计划优化、基于设备状态及能源约束预测的工序批次排序及生产调度优化、多工序多层级生产计划与作业调度集成优化。

6 结语

对基于工业大数据的铝/铜板带材智能化工艺控制技术进行深入研究，构建面向CPS的铝/铜板带材生产全流程工业大数据平台，设计大数据驱动的铝/铜板带材生产全流程工艺参数的深度优化方法，建立大规模定制下铝/铜板带材生产全流程的智能化工艺模型库。推进有色金属加工领域的两化深度融合，形成我国有色加工行业CPS和生产智能化系统建设的规范标准，建立有色金属加工领域系统、完备的理论体系，开发铝/铜板带材加工过程大数据利用及生产智能化关键共性技术，全面提升大规模定制下铝/铜板带材研发、生产、管理全流程智能化水平，为国家重大工程和战略的实施提供技术支撑。

本文摘选自本报2018年第7期B04部分内容，若要详细了解更多相关行业和技术信息，请关注本报纸质报纸每期A版和B版内容，或者登陆本报手机APP客户端，或者本报网站新址：http://www.worldmetals.com.cn/电子报阅读全文。转载请注明出处。

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