張莉彬

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710023)

鋼鐵工業(yè)作為我國(guó)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè),對(duì)于我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。工業(yè)爐作為鋼鐵冶煉過(guò)程中的重要設(shè)備,其運(yùn)行的穩(wěn)定性、高效性與鋼鐵工業(yè)的整體效益密切相關(guān)。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展,其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)爐煉鐵過(guò)程中能夠充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),解決工業(yè)爐操作控制難題,為工業(yè)爐的智能化控制以及鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排提供新思路。

1 工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,工業(yè)爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)也日益龐大、復(fù)雜、多樣化。大數(shù)據(jù)在工業(yè)爐煉鐵應(yīng)用現(xiàn)狀分析如下:

(1)數(shù)據(jù)采集。工業(yè)爐煉鐵過(guò)程中包括溫度、壓力、流量、氧含量、含碳量、皮屑量、生產(chǎn)能耗等多個(gè)指標(biāo)的采集。隨著傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步,數(shù)據(jù)采集設(shè)備越來(lái)越多,采集的數(shù)據(jù)也越來(lái)越豐富[1]。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理。工業(yè)爐煉鐵生產(chǎn)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大,需要建立和維護(hù)大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)施,同時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和維護(hù),以確保數(shù)據(jù)的安全和可靠性。

(3) 數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。工業(yè)爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和處理,可以幫助企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中存在的異常問(wèn)題,提升生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)水平。應(yīng)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)分析、自動(dòng)控制等多個(gè)功能,提高生產(chǎn)效率和運(yùn)營(yíng)水平[2]。

(4)智能化優(yōu)化。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)可以建立模型,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,基于分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程的智能化優(yōu)化,包括節(jié)能降耗,提高熔劑利用率和合金化率,優(yōu)化冶煉工藝等,實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、智能化、高效化的生產(chǎn)管理。

大數(shù)據(jù)在工業(yè)爐煉鐵中得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用,但在實(shí)踐中仍存在一些挑戰(zhàn),如數(shù)據(jù)采集質(zhì)量不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)處理效率低等問(wèn)題,需要進(jìn)一步完善技術(shù)和工作流程,提高大數(shù)據(jù)應(yīng)用效益[3]。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在工業(yè)爐智能煉鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用意義

隨著工業(yè)爐技術(shù)的不斷發(fā)展和普及,煉鐵產(chǎn)業(yè)也逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化生產(chǎn)。其中,大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用意義尤為重要,主要包括以下幾方面:

1)優(yōu)化生產(chǎn)流程

工業(yè)爐智能化生產(chǎn)中,大量的傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄爐體狀態(tài)、溫度、壓力等多種參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析和處理,幫助生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)化的生產(chǎn)調(diào)控和管理,從而達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)流程、提高生產(chǎn)效率的目的[4]。

2)提高產(chǎn)品質(zhì)量

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)爐內(nèi)各個(gè)部位的溫度、氧含量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析,有助于掌握生產(chǎn)過(guò)程中的變化趨勢(shì)和異常情況。結(jié)合傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測(cè)手段,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的全方位監(jiān)控和管理,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低次品率。

3)降低能耗成本

工業(yè)爐生產(chǎn)過(guò)程中,能耗是一個(gè)重要的成本因素。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入分析,精細(xì)化管理能源消耗,優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃,提高生產(chǎn)效益,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗[5]。

4)提升安全生產(chǎn)水平

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)爐體溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隱患,并作出相應(yīng)的預(yù)警和控制,提升生產(chǎn)安全水平。

綜上所述,大數(shù)據(jù)技術(shù)在工業(yè)爐智能煉鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用意義十分重要,它可以幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗成本和提升安全生產(chǎn)水平,從而提高整個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率。

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)在工業(yè)爐智能煉鐵生產(chǎn)應(yīng)用案例分析

3.1 工業(yè)爐煉鐵智能平臺(tái)構(gòu)建

工業(yè)爐煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),包括傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行日志等。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和分析,幫助決策者快速獲取準(zhǔn)確的信息,從而支持更好的決策制定[6]。同時(shí)大數(shù)據(jù)技術(shù)可以通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析和建模,大數(shù)據(jù)技術(shù)可以識(shí)別出設(shè)備故障的早期跡象和模式,從而實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)和預(yù)防性維護(hù),有助于避免設(shè)備故障導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間和生產(chǎn)損失,提高生產(chǎn)效率和可靠性。此外利用大數(shù)據(jù)技術(shù),可以對(duì)工業(yè)爐煉鐵過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析,以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和控制[7]。通過(guò)建立模型和算法,可以?xún)?yōu)化生產(chǎn)參數(shù)的調(diào)整、減少能源消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量,從而提升整體生產(chǎn)效率。如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)智能煉鐵平臺(tái)構(gòu)建

工業(yè)爐智能煉鐵系統(tǒng)構(gòu)建需要充分考慮到過(guò)程監(jiān)測(cè)、故障診斷以及預(yù)測(cè)維護(hù)等方面。借助傳感器用于采集爐溫、爐壓、氣體成分、液態(tài)金屬參數(shù)等數(shù)據(jù)。由于采集到的原始數(shù)據(jù)可能存在噪聲、異常值或缺失值[8]。可以借助數(shù)字算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和清洗,包括數(shù)據(jù)去噪、異常值檢測(cè)和處理、缺失值填充,提高后續(xù)數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。利用清洗后的數(shù)據(jù)結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等方法進(jìn)行分析和建模。選擇適當(dāng)?shù)姆治龇椒ê退惴?構(gòu)建預(yù)測(cè)模型、故障診斷模型、優(yōu)化模型。同時(shí),大數(shù)據(jù)應(yīng)用可以幫助監(jiān)測(cè)和管理能源使用情況,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的良好運(yùn)營(yíng)[9]。

3.2 工業(yè)爐爐溫智能預(yù)測(cè)

工業(yè)爐爐溫采樣控制如圖2所示。

圖2 工業(yè)爐爐溫自動(dòng)采樣控制

采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行工業(yè)爐爐溫度智能預(yù)測(cè)具有如下優(yōu)勢(shì):

(1) 數(shù)據(jù)采集能力強(qiáng),適應(yīng)不同場(chǎng)景工業(yè)爐爐溫度檢測(cè)需求。通過(guò)傳感器等各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ),從而形成大規(guī)模的數(shù)據(jù)集,豐富了數(shù)據(jù)源,保證了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性[10]。

(2)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng),智能分析預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析,采用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等算法可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)爐爐溫度的變化趨勢(shì),及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝,提升生產(chǎn)效率。

(3)智能化程度高,提升產(chǎn)能和生產(chǎn)效率。通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)爐爐溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控,及時(shí)檢測(cè)和解決問(wèn)題,避免因溫度異常導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降,從而提高生產(chǎn)產(chǎn)能和工作效率[11]。

借助大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐爐溫預(yù)測(cè):①需要采集與爐溫相關(guān)的數(shù)據(jù),包括爐溫歷史數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)(如氣體成分、流量等)、爐煉鐵過(guò)程參數(shù)(如進(jìn)料速度、加熱能量等),去除異常值、填補(bǔ)缺失值等。確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性,為后續(xù)的分析建模做好準(zhǔn)備。②根據(jù)實(shí)際情況和爐煉鐵過(guò)程的特點(diǎn),從采集到的數(shù)據(jù)中提取有用的特征[12]。這可能包括時(shí)間特征、環(huán)境特征、過(guò)程參數(shù)特征等,依據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)建立爐溫預(yù)測(cè)模型。常見(jiàn)的模型包括線(xiàn)性回歸、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。根據(jù)實(shí)際情況,可以選擇單一模型或者組合多個(gè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。使用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練,并進(jìn)行模型優(yōu)化,包括調(diào)整模型參數(shù)、特征選擇、模型融合等。通過(guò)反復(fù)訓(xùn)練和驗(yàn)證,提高模型的預(yù)測(cè)精度和魯棒性。③將訓(xùn)練好的模型部署到實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)環(huán)境中,根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行爐溫預(yù)測(cè)[13]?？梢岳弥悄芷脚_(tái)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè),并及時(shí)反饋預(yù)測(cè)結(jié)果給相關(guān)人員,方便其定期對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行監(jiān)測(cè)和優(yōu)化,根據(jù)新的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型更新和改進(jìn)。

4 工業(yè)爐智能冶鐵生產(chǎn)中大數(shù)據(jù)應(yīng)用建議

4.1 將智能技術(shù)與綠色低碳理念相融合,推動(dòng)冶鐵發(fā)展

隨著全球環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng),綠色、低碳、環(huán)保等概念逐漸深入人心。在工業(yè)爐冶鐵生產(chǎn)過(guò)程中,如何將智能技術(shù)與綠色低碳技術(shù)相融合,已經(jīng)成為一個(gè)重要的問(wèn)題。智能技術(shù)可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)爐冶鐵生產(chǎn)的改進(jìn),通過(guò)增強(qiáng)設(shè)備的智能化和聯(lián)網(wǎng)化,實(shí)現(xiàn)高效熱力和材料的利用;或者通過(guò)在爐冶鐵過(guò)程中引入新材料或新技術(shù),構(gòu)建更為綠色可持續(xù)的生產(chǎn)環(huán)境[14]。通過(guò)分析、預(yù)測(cè)方法減少工業(yè)爐運(yùn)行過(guò)程中的能源消耗,提升材料的利用率,從而實(shí)現(xiàn)冶鐵生產(chǎn)的綠色環(huán)保改進(jìn)。

4.2 構(gòu)建一體化數(shù)據(jù)系統(tǒng),提升數(shù)據(jù)整合能力

在工業(yè)爐智能冶鐵生產(chǎn)中,借助大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建一體化數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以提升數(shù)據(jù)整合能力,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理、快速獲取和準(zhǔn)確分析。首先,明確工業(yè)爐智能冶鐵生產(chǎn)中所涉及的各類(lèi)數(shù)據(jù),并確定其在決策和分析中的重要性。部署合適的傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備,實(shí)時(shí)采集工業(yè)爐冶鐵過(guò)程中的各類(lèi)數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)或其他數(shù)據(jù)傳輸方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心或云平臺(tái)。其次,建立穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)。使用大數(shù)據(jù)技術(shù)中的數(shù)據(jù)湖(data lake)或數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)(data warehouse)來(lái)存儲(chǔ)和管理工業(yè)爐冶鐵過(guò)程中的各類(lèi)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的架構(gòu)應(yīng)具備擴(kuò)展性、靈活性和安全性。將來(lái)自不同源頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和集成,構(gòu)建一體化的數(shù)據(jù)系統(tǒng)[15]。這包括將工業(yè)爐冶鐵過(guò)程中不同設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理和管理,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交叉分析和綜合應(yīng)用。充分利用大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù),對(duì)整合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和挖掘,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的潛在關(guān)聯(lián)和規(guī)律,為決策提供科學(xué)依據(jù)。最后,將分析得到的結(jié)果通過(guò)可視化方式呈現(xiàn),以便決策者能夠直觀(guān)理解和利用數(shù)據(jù)。通過(guò)儀表盤(pán)、報(bào)告、圖表等形式,將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果可視化展示,方便用戶(hù)進(jìn)行決策和監(jiān)控。

4.3 重視人工智能技術(shù)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐冶鐵智能化

隨著科技的不斷發(fā)展,人工智能技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。工業(yè)爐冶鐵生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜,需要大量的人力和物力投入。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式存在著工作效率低下、生產(chǎn)成本高昂、人工操作不穩(wěn)定等問(wèn)題。通過(guò)人工智能技術(shù)的運(yùn)用,可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐冶鐵生產(chǎn)的智能化,從而提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)過(guò)程中引入人機(jī)交互技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理,大幅提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。此外,還可以通過(guò)人機(jī)交互技術(shù)提高員工的生產(chǎn)技能和工作效率。通過(guò)智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制,可以大幅降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí),還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整,及時(shí)處理問(wèn)題,保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

5 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)如今,隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃開(kāi)展,我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)已經(jīng)向著智能化方向發(fā)展。工業(yè)爐冶鐵生產(chǎn)能力是影響鋼鐵冶煉生產(chǎn)效率的重要因素。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能夠減少工業(yè)爐冶鐵過(guò)程中的人工操作失誤問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提升的同時(shí)促進(jìn)成本控制,助推工業(yè)爐冶鐵的現(xiàn)代化發(fā)展。