1、人工智能在軋制中的應用 PAGE 36人工智能概概述人工智能（AArtifficiaal Inntellligennce，簡簡記為AII）是當前前科學技術術發展中的的一門前沿沿學科，同同時也是一一門新思想想、新觀念念、新理論論、新技術術不斷出現現的新興學學科以及正正在迅速發發展的學科科。它是在在計算機科科學、控制制論、信息息論、神經經心理學、哲學、語語言學等多多種學科相相互滲透的的基礎上發發展起來的的，因此又又可以把它它看作是一一門綜合性性的邊緣學學科。它主主要研究如如何用機器器（計算機機）來模仿仿和實現人人類的智能能行為。它它的出現及及所取得的的成就引起起了人們的的高度重視視，并得到到了很高

2、的的評價。有有人把人工工智能同空空間技術、原子能技技術一起譽譽為20世世紀的三大大科學技術術成就；有有的人把它它稱為繼三三次工業革革命后的又又一次革命命，并稱前前三次工業業革命主要要是延長了了人手的功功能，把人人類從繁重重的體力勞勞動中解放放出來，而而人工智能能則是延伸伸人腦的功功能，實現現腦力勞動動的自動化化1-22。隨著信息社社會和知識識經濟時代代的來臨，信信息正在以以前所未有有的速度膨膨脹，信息息和知識已已成為人們們的一個熱熱門話題。然而，在在這個話題題的背后還還蘊含著另另外一個更更深層的問問題智能。一般說來來，信息是是由數據所所表達的客客觀事實，知知識是信息息經過智能能性加工后后的產物

3、，智智能是用來來對信息和和知識進行行加工的加加工器。在在信息社會會，人類面面對的信息息量將非常常龐大，僅僅依靠人腦腦表現出來來的自然智智能是遠遠遠不夠的，如如何用人造造的智能去去模仿和擴擴展人類的的自然智能能，實現信信息的智能能化處理，是是信息社會會所面臨的的一個重大大課題。必必須開發那那種由機器器實現的人人工智能，就就像在工業業社會人類類需要用機機器去放大大和延伸自自己的體能能一樣，在在信息社會會人類又需需要用機器器去放大和和延伸自己己的智能，實實現腦力勞勞動的自動動化。人工工智能的前前景是非常常誘人的，同同時也是任任重而道遠遠的2。1.1人工工智能的定定義人工智能作作為一門研研究機器智智能

4、的學科科，其目的的是要用人人工的方法法和技術，研研制智能機機器或智能能系統，來來模仿、延延伸和擴展展人的智能能。因此，它它是人類邁邁向信息社社會、迎接接知識經濟濟挑戰所必必須具備的的一項核心心技術33。首先應指出出，人工智智能和其它它許多新興興學科一樣樣，至今尚尚無一個統統一的定義義，所謂人人工智能的的定義，是是人工智能能學者根據據對它的已已有認識所所作的一些些不同解釋釋。它是一一個含義很很廣的詞語語，在其發發展工程中中，具有不不同學科背背景的人工工智能學者者對它有著著不同的理理解，提出出了一些不不同的觀點點。綜合各各種不同的的人工智能能觀點，可可以從“能力”和“學科”兩個方面面對人工智智能進

5、行定定義。從能能力的角度度來看，人人工智能是是相對于人人的自然智智能而言的的，所謂人人工智能是是指用人工工的方法在在機器（計計算機）上上實現的智智能；從學學科的角度度來看，人人工智能是是作為一個個學科名稱稱來使用的的，所謂人人工智能是是一門研究究如何構造造智能機器器和智能系系統，使它它能模擬、延伸和擴擴展人類智智能的學科科。因此，可以以將人工智智能定義為為：人工智智能是一門門研究如何何構造智能能機器（智智能計算機機）或智能能系統，使使它能模擬擬、延伸、擴展人類類智能的學學科。通俗俗地說，人人工智能就就是要研究究如何使機機器具有能能聽、會說說、能看、會寫、能能思維、會會學習、能能適應環境境變化、

6、能能解決各種種面臨的實實際問題等等功能的一一門學科。總之，它它是要使機機器能做需需要人類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標1-5關于人工智智能的研究究目標，目目前還沒有有一個統一一的說法，11978年年，索羅門門（A.SSlomaan）對人工智能能給出了以以下三個主主要目標：對智能行行為有效解解釋的理論論分析；解釋人類類智能；構造智能能的人工制制品。要實實現索羅門門的這些目目標，需要要同時開展展對智能機機理和智能能構造技術術的研究。揭示人類類智能的根根本機理，用用智能機器器去模擬、延伸和擴擴展人類智智能應該是是人工智能能研究的根根本目標，或或者叫

7、遠期期目標。人工智能的的遠期目標標涉及到腦腦科學、認認知科學、計算機科科學、系統統科學、控控制論及微微電子等多多種學科，并并有賴于這這些學科的的共同發展展。但從目目前這些學學科的現狀狀來看，實實現人工智智能的遠期期目標還需需要一個較較長的時期期。在這種情況況下，人工工智能研究究的近期目目標是研究究如何使現現有的計算算機更聰明明，即使它它能夠運用用知識去處處理問題，能能夠模擬人人類的智能能行為，如如推理、思思考、分析析、決策、預測、理理解、規劃劃、設計和和學習等。為了實現現這一目標標，人們需需要根據現現有計算機機的特點，研研究實現智智能的有關關理論、方方法和技術術，建立相相應的智能能系統。實際上

8、，人人工智能的的遠期目標標與近期目目標是相互互依存的。遠期目標標為近期目目標指明了了方向，而而近期目標標則為遠期期目標奠定定了理論和和技術基礎礎。同時，近近期目標和和遠期目標標之間并無無嚴格界限限，近期目目標會隨人人工智能的的發展而變變化，并最最終達到遠遠期目標。1.3人工工智能的產產生與發展展2-5人工智能這這個術語自自19566年正式提提出，并作作為一個新新興學科的的名稱被使使用以來，已已經有四十十多年的歷歷史了。回回顧其產生生與發展過過程，可大大致分為孕孕育、形成成、知識應應用、綜合合集成這四四個階段。孕育期（11956年年之前）：在人工智能能誕生之前前世界上的的一些著名名科學家就就已經

9、創立立了數理邏邏輯、自動動機理論、控制論和和信息論，并并發明了通通用電子數數字計算機機，這些成成就已經為為人工智能能的產生準準備了必要要的思想、理論和物物質技術條條件。形成期（11956-19700年）：1956年年夏季，包包括數學家家、計算機機專家麥卡卡錫教授在在內的100位來自美美國數學、神經學、心理學、信息科學學和計算機機科學方面面的杰出年年輕科學家家，在一起起共同探討討了用機器器模擬人類類智能的有有關問題，并并由麥卡錫錫提議正式式采用了“人工智能能AI（AArtifficiaal Inntellligennce）”這一術語語。從而，一一個以研究究如何用機機器來模擬擬人類智能能的新興學學

10、科人工智智能誕生了了。在此之后，在在美國很快快就形成了了三個以人人工智能為為研究目標標的研究小小組。一個個是紐厄爾爾和西蒙的的卡內基蘭德小組組（也稱心心理學小組組），19957年這這個小組研研制了一個個稱為邏輯輯理論機（LLogicc Theeory Machhine, 簡稱LLT）的數數學定理邏邏輯證明程程序。該程程序模擬了了人類用數數理邏輯證證明定理時時的思維規規律，開創創了用計算算機研究人人類思維活活動規律的的工作。另另一個小組組為IBMM工程課題題研究小組組，19556年塞繆繆爾在IBBM 7004計算機機上研制成成功了具有有自學習、自組織和和自適應能能力的西洋洋跳棋程序序，該程序序可

11、以從棋棋譜中學習習，也可以以在下棋過過程中積累累經驗、提提高棋藝，這這是用機器器模擬人類類學習過程程的一次成成功探索，其其主要貢獻獻在于發現現了啟發式式搜索是表表現智能行行為的最基基本機制。第三個為為MIT小小組，19958年麥麥卡錫建立立了行動規規劃咨詢系系統；19960年研研制了人工工智能語言言LISPP，該語言言不僅可以以處理數值值，而且可可以方便地地處理符號號，作為建建造智能系系統的重要要語言工具具在人工智智能領域得得到了廣泛泛應用；11961年年，明斯基基發表了“走向人工工智能的步步驟”論文，推推動了人工工智能的發發展。在其其它方面，人人工智能也也有了跳躍躍性的進展展，這一切切都推動

12、了了人工智能能的應用。知識應用用期（19971-880年代末末）：進入20世世紀70年年代后，人人工智能的的研究已不不僅僅局限限于少數幾幾個國家，許許多國家都都相繼開展展了這方面面的研究工工作，研究究成果大量量涌現。例例如19772年法國國馬賽大學學的科麥瑞瑞爾（A.Comeeraueer）提出出并實現了了邏輯程序序語言PRROLOGG；斯坦福福大學的肖肖特里菲（EE.H.SShorttlifffe）等人人從19772年開始始研制用于于診斷和治治療感染性性疾病的專專家系統MMYCINN等。但困難和問問題也接踵踵而來，人人工智能面面臨著巨大大的壓力和和挑戰。在在機器學習習、定理證證明、問題題求解

13、、機機器翻譯等等方面都出出現了大量量的問題，甚甚至在人工工智能的本本質、理論論、思想及及機理方面面，也受到到了來自哲哲學、心理理學、神經經生理學等等社會各界界的責難、懷疑和批批評。在這這種極其困困難的環境境下，仍有有一大批人人工智能學學者不畏艱艱辛、潛心心研究。經經過認真的的反思、總總結，費根根鮑姆關于于以知識為為中心開展展人工智能能研究的觀觀點被大多多數人接受受。從此，人人工智能的的研究又迎迎來了蓬勃勃發展的新新時期，即即以知識為為中心的時時期，為人人工智能的的發展開辟辟了新的出出路。自人工智能能從對一般般思維規律律的探討轉轉向以知識識為中心的的研究以來來，專家系系統的研究究在多個領領域中都

14、取取得了重大大突破，各各種不同功功能、不同同類型的專專家系統如如雨后春筍筍般的建立立起來，化化學專家系系統、地質質勘探專家家系統、數數學專家系系統、醫療療專家系統統等都有了了快速發展展，產生了了巨大的經經濟效益與與社會效益益。此外，在在知識表示示、不精確確推理、人人工智能語語言等方面面也有了重重大進展。但隨著專家家系統應用用的不斷深深入和計算算機技術的的飛速發展展，專家系系統本身所所存在的應應用領域狹狹窄、缺乏乏常識性知知識、知識識獲取困難難、推理方方法單一等等問題被逐逐漸暴露出出來，人工工智能又面面臨著一次次考驗。 綜合集成成期（200世紀800年代末至至今）在專家系統統方面，從從20世紀紀

15、80年代代末開始逐逐步走向多多技術、多多方法的綜綜合集成與與多學科、多領域的的綜合應用用型發展。大型專家家系統開發發采用了多多種人工智智能語言、多種知識識表示方法法、多種推推理機制和和多種控制制策略相結結合的方式式，并開始始運用各種種專家系統統外殼、專專家系統開開發工具和和專家系統統開發環境境等。目前，人工工智能技術術正在向大大型分布式式人工智能能、大型分分布式多專專家系統、廣義知識識表達、綜綜合知識庫庫、并行推推理、多種種專家系統統開發工具具、大型分分布式人工工智能開發發環境和分分布式環境境下的多智智能體協同同系統等方方向發展。盡管如此，從從目前來看看，人工智智能仍處于于學科發展展的早期階階

16、段，其理理論、方法法和技術都都不太成熟熟，人們對對它的認識識也比較膚膚淺，都還還有待于人人工智能工工作者的長長期探索。1.4人工工智能研究究的基本內內容在人工智能能的研究中中有許多學學派，不同同學派的研研究內容與與研究方法法都不相同同。另外，人人工智能又又有多種研研究領域，各各個研究領領域的研究究重點亦不不相同。再再者，在人人工智能的的不同發展展階段，研研究的側重重面也有區區別，本來來是研究的的重點內容容一旦理論論和技術上上的問題都都得到了解解決，就不不再成為研研究內容。因此我們們只能在較較大的范圍圍內討論人人工智能的的基本研究究內容。結結合人工智智能的遠期期目標，認認為人工智智能的基本本研究

17、內容容應包括機機器感知、機器思維維、機器學學習、機器器行為、智智能系統及及智能計算算機的構造造技術等方方面3。1.5人工工智能的研研究途徑1-5自人工智能能作為一門門學科面世世以來，關關于它的研研究途徑主主要有兩種種不同的觀觀點。一種種觀點主張張用生物學學的方法進進行研究，搞搞清楚人類類智能的本本質；另一一種觀點主主張通過運運用計算機機科學的方方法進行研研究，實現現人類智能能在計算機機上的模擬擬。前一種種方法稱為為以網絡連連接為主的的連接機制制方法，后后一種方法法為以符號號處理為核核心的方法法。（1）以符符號處理為為核心的方方法以符號處理理為核心的的方法又稱稱為自上而而下方法或或符號主義義，這

18、種方方法起源于于20世紀紀50年代代中期。堅堅持這種方方法的人認認為，人工工智能的研研究目標是是實現機器器智能，而而計算機自自身具有符符號處理的的推算能力力，這種能能力本身就就蘊含著演演繹推理的的內涵，因因而可通過過運行相應應的程序系系統來體現現出某種基基于邏輯思思維的智能能行為，達達到模擬人人類智能活活動的效果果。由于該該方法的核核心是符號號處理，因因此人們把把它稱為以以符號處理理為核心的的方法或符符號主義。該方法的特特征是：立足于邏邏輯運算和和符號操作作，適合于于模擬人的的邏輯思維維過程，解解決需要進進行邏輯推推理的復雜雜問題。知識可用用顯式的符符號表示，在在已知基本本規則的情情況下，無無

19、需大量的的細節知識識。便于模塊塊化，當個個別事實發發生變化時時易于修改改。能與傳統統的符號數數據庫進行行連接。可對推理理結論作出出合理解釋釋，便于對對各種可能能性進行選選擇。但是，人們們并非僅僅僅依靠邏輯輯來求解問問題，有時時非邏輯推推理在求解解問題的過過程中起著著更重要的的作用，甚甚至是決定定性的作用用。人的感感知過程主主要是形象象思維，這這是邏輯推推理做不到到的，因而而無法用符符號方法進進行模擬。另外，用用符號表示示概念時，其其有效性在在很大程度度上取決于于符號表示示的正確性性，當把有有關信息轉轉換成推理理機構能進進行處理的的符號時，將將會丟失一一些重要信信息，它對對帶有噪聲聲的信息以以及

20、不完整整的信息也也難以進行行處理。這這就表明單單憑符號方方法來解決決人工智能能中的所有有問題是不不可能的。（2）以網網絡連接為為主的連接接機制方法法以網絡連接接為主的連連接機制方方法是近些些年比較熱熱門的一種種方法，它它屬于非符符號處理范范疇，是在在人腦神經經元及其相相互連接而而成網絡的的啟示下，試試圖通過許許多人工神神經元間的的并行協同同作用來實實現對人類類智能的模模擬。這種種方法又稱稱自下而上上方法或連連接主義。堅持這種種方法的人人認為，大大腦是人類類一切智能能活動的基基礎，因而而從大腦神神經元及其其連接機制制著手進行行研究，搞搞清楚大腦腦的結構以以及它進行行信息處理理的過程與與機理，揭揭

21、示人類智智能在機器器上的模擬擬。該方法的主主要特征是是：通過神經經元之間的的并行協同同作用實現現信息處理理，處理過過程具有并并行性、動動態性、全全局性。通過神經經元間分布布式的物理理聯系存儲儲知識及信信息，因而而可以實現現聯想功能能，對于帶帶有噪聲、缺損、變變形的信息息能進行有有效的處理理，取得比比較滿意的的結果。通過神經經元間連接接強度的動動態調整來來實現對人人類學習、分類等的的模擬。適合于模模擬人類的的形象思維維過程。求解問題題時，可以以比較快地地求得一個個近似解。但是，這種種方法不適適合模擬人人們的邏輯輯思維過程程，而且就就目前神經經網絡的研研究現狀來來看，由固固定的體系系結構與組組成方

22、案所所構成的系系統還達不不到開發多多種多樣知知識的要求求，因此單單靠連接機機制方法來來解決人工工智能中的的全部問題題也是不現現實的。（3）系統統集成由上面的討討論可以看看出，符號號方法與連連接機制方方法各有長長短。符號號方法善于于模擬人的的邏輯思維維過程，求求解問題時時，如果問問題有解，它它可以準確確地求出最最優解，但但是求解過過程中的運運算量將隨隨問題復雜雜性的增加加而呈指數數性的增長長；另外符符號方法要要求知識與與信息都用用符號表示示，這一形形式化的過過程需由人人來完成，它它自身不具具有這一能能力。連接接機制方法法善于模擬擬人的形象象思維過程程求解問題題，由于它它可以并行行處理，因因而可以

23、比比較快地得得到解，但但解一般是是近似的、次優的；另外連接接機制方法法求解問題題過程是隱隱式的，難難以對求解解過程給出出顯式的解解釋。在這這一情況下下，如果能能將兩者結結合起來，就就可達到取取長補短的的目的。再再者，就人人類的思維維過程來看看，邏輯思思維與形象象思維只是是人類智能能中思維方方式的兩個個方面。一一般來說，人人在求解問問題時都是是兩種思維維方式并用用的，通過過形象思維維得到一個個直覺的解解或給出一一種假設，然然后用邏輯輯思維進行行仔細的論論證或搜索索，最終得得到一個最最優解。因因此，從模模擬人類智智能的角度度來看，也也應該將兩兩者結合起起來。就目前的研研究而言，把把兩種方法法結合起

24、來來的途徑主主要有兩種種：一種是是結合，即即兩者分別別保持原來來的結構，但但密切合作作，任何一一方都可把把自己不能能解決的問問題轉化給給另一方；另一種是是統一，即即把兩者自自然地統一一在一個體體系中，既既有邏輯思思維的功能能，又有形形象思維的的功能。2.人工智智能在軋制制中的應用用在過去的幾幾十年中，鋼鋼鐵工業一一直面臨著著擴大生產產能力、提提高生產率率、降低成成本和開發發價值更高高的新產品品的挑戰。進入900年代后，用用戶對鋼鐵鐵產品的質質量和品種種規格的要要求越來越越嚴格。控控制和系統統技術是解解決這些問問題的重要要手段之一一。鋼鐵工工業從600年代開始始將計算機機應用在信信息采集和和集中

25、處理理方面。到到了7080年代代，計算機機被用于高高爐、轉爐爐、連鑄機機、加熱爐爐、軋鋼等等的過程控控制。為了了提高控制制的水平和和實現完全全的自動化化，90年年代又開始始引入以專專家系統、神經網絡絡等為代表表的人工智智能技術（AAI）。日日本的鋼鐵鐵工業早在在19888年就已經經開發出775種AII應用系統統。英國、奧地利、芬蘭、瑞瑞典、澳大大利亞、韓韓國、美國國、加拿大大等幾乎所所有主要產產鋼國都已已經采用或或者正在研研制各種AAI系統。近年來隨著著社會發展展與科學技技術的進步步，用戶對對鋼鐵產品品質量、品品種、性能能的要求越越來越高，鋼鋼材質量指指標已經達達到相當高高的程度，例例如在內部

26、部組織結構構方面，已已實現了對對微米、亞亞微米級的的組織進行行控制，試試驗室中普普通鋼的晶晶粒尺寸已已經可以控控制在1m左右，工工業規模生生產中已經經獲得了晶晶粒尺寸在在34m左右的的細晶結構構鋼；另外外，有些專專門用途的的鋼材還有有深沖、超超深沖、可可焊接性、耐磨、耐耐腐蝕等使使用性能方方面的嚴格格要求，這這就為軋制制過程的控控制進一步步增加了難難度。同時時，在鋼鐵鐵行業內部部存在著激激烈的競爭爭，全世界界范圍內生生產能力嚴嚴重過剩，給給企業生存存帶來極大大的壓力，迫迫使企業提提高生產技技術水平，改改善經營管管理6。現代金屬軋軋制過程特特別是連軋軋過程的控控制非常復復雜，它涉涉及到壓力力、速

27、度、流量、溫溫度等大量量物理參數數，以及彈彈性變形、塑性變形形、熱力耦合等等復雜過程程、工件內內部組織結結構與性能能的變化等等多方面的的問題。從從控制的角角度來看，金金屬軋制過過程具有典典型的多變變量、非線線性、強耦耦合特征。回顧軋制制理論的發發展歷程，如如果說200世紀300年代卡爾爾曼（Krramann）理論及及其后繼的的工程法（SSlab Methhod）為為軋制理論論的發展樹樹立了第一一個里程碑碑，60年年代變分法法、上下界界法等一系系列基于能能量原理的的近代解法法標志著第第二個里程程碑，70080年年代以有限限元（FEEM）為代代表的現代代數值模擬擬解析方法法確立了第第三個里程程碑的

28、話，那那么90年年代人工智智能在軋制制領域中的的廣泛應用用可以說為為軋制理論論與技術的的發展樹立立了第四個個里程碑6-7。人工智能與與傳統方法法不同，它它避開了過過去那種對對軋制過程程深層規律律的無止境境的探求，轉轉而模擬人人腦來處理理那些實實實在在發生生了的事情情。它不是是從基本原原理出發，而而是以事實實和數據作作根據，來來實現對過過程的優化化控制。人人工智能在在軋制領域域中的應用用其意義是是深遠的。從某種意意義上說，它它引起了人人們對軋制制過程本質質認識方法法的一次革革命。圍繞繞人工智能能在軋制中中的應用，在在世界范圍圍內一輪新新的競爭已已經開始4。目前，人工工智能技術術在軋制過過程已經得

29、得到成功的的應用，從從生產計劃劃的編排、坯料的管管理、加熱熱中的優化化燃燒控制制、軋制中中的設定計計算及厚度度和板形控控制以及成成品庫的管管理等都有有人工智能能方法成功功應用的例例子。人工工智能技術術已經成為為現代化軋軋機高精度度控制的一一個非常有有效的工具具8-110。2.1專家家系統在軋軋制中的應應用2.1.11概述專家系統是是目前人工工智能中最最活躍、最最有成效的的一個研究究領域，已已經廣泛應應用于醫療療診斷、地地質勘探、石油化工工、軍事、冶金材料料等各個方方面，產生生了巨大的的社會效益益和經濟效效益。專家家系統是一一種基于知知識的系統統，它從人人類專家那那里獲得知知識，并用用來解決只只

30、有專家才才能解決的的困難問題題。因此，可可以這樣來來定義專家家系統：專專家系統是是一種具有有特定領域域內大量知知識與經驗驗的程序系系統，它應應用人工智智能技術、模擬人類類專家求解解問題的思思維過程求求解領域內內的各種問問題，其水水平可以達達到甚至超超過人類專專家的水平平3。專家系統可可以解決的的問題一般般包括解釋釋、預測、診斷、設設計、規劃劃、監視、修理、指指導和控制制等，預報報性能的專專家系統也也已經從學學術研究開開始而進入入實際應用用研究。隨隨著人工智智能整體水水平的提高高，專家系系統也獲得得發展。正正在開發的的新一代專專家系統有有分布式專專家系統和和協同式專專家系統等等11。圖1.專家系

31、統的一般結構8根據目前人人們的一般般看法，不不管是哪一一種類型的的專家系統統，都應具具有如下的的基本特征征：具有專家家水平的專專門知識；具有符號號處理能力力；具有對一一般問題求求解的能力力；具有一定定的復雜度度和難度；具有解釋釋功能；具有獲取取知識的能能力。圖1給出了了一個專家家系統的一一般結構，其其中給出了了專家系統統必要的特特性。在一一個專家系系統中，知知識庫不僅僅是數據、事實和規規則的總和和，而且也也包括用于于描述物理理關系的部部分簡單模模型。一個個知識庫應應該達到下下列要求：（1）將專專家掌握的的各種技術術知識和訣訣竅編制成成文件和技技術資料庫庫；（2）解除除專家們重重復性的日日常工作

32、負負擔；（3）有一一個支持專專家們解決決問題的外外存儲器；（4）擴大大專家知識識，以贏得得更廣泛的的用戶；（5）不受受時間、地地點限制地地提供專業業知識。 采集專家知知識的范圍圍不僅包括括本課題的的專家，而而且還要咨咨詢來自不不同操作部部門的物理理學家和工工程師。例例如對于軋軋鋼專家來來說，還包包括技術、鋼廠、質質量監督和和技術數據據處理等部部門，以便便將原來分分散的專業業知識相互互聯系起來來并使之系系統化，同同時將多個個專家解決決問題的策策略加以比比較并驗證證專家知識識。專家系統必必須具有下下列能力：（1）在一一定環境下下進行通訊訊而沒有定定義方面的的沖突（對對話部分）；（2）包括括數據、事

33、事實和規則則等知識的的采集和管管理（知識識采集系統統和知識庫庫）；（3）區分分相關信息息和不相關關信息（對對話部分和和推論機制制）；（4）認識識問題和解解決問題（對對話部分和和推論機制制）；（5）說明明解決方法法（說明部部分）；（6）專家家系統主要要是處理說說明性知識識，也就是是說專家系系統支持推推論。2.1.22專家系統統的開發步步驟111 一一般專家系系統的開發發可分為77個階段，118個步驟驟8。（1）第一一階段：專專家系統應應用判斷步驟1：決決定對某個個項目采用用專家系統統，并組織織開發隊，確確定開發目目標并得到到項目經理理的承認，初初步確定開開發體制和和工作進度度表。（2）第二二階段

34、：知知識的采集集步驟2：制制定目標計計劃,承擔擔開發專家家系統的知知識工程師師要理解該該項目范疇疇內的專業業術語及該該項目的概概要情況。步驟3：知知識的采集集和整理。在詳細詢詢問專家并并記錄下專專家知識的的同時,將將這些知識識加以整理理,消除可可能存在的的矛盾,并并防止知識識的遺漏。步驟4：確確定開發工工作的進度度表。在整整理知識的的基礎上,修改初步步工作進度度表,同時時研究確定定各開發階階段的必要要性。（3）第三三階段:解解決問題方方法的設計計，這是開開發專家系系統的關鍵鍵階段之一一,包括四四個步驟。步驟5：數數據來源的的確認和規規定本專家家系統推理理結果的輸輸出條件和和形式,確確認外圍系系

35、統和業務務系統接口口的主要條條件。步驟6：確確定計算機機處理的內內部程序,完成程序序設計,并并把經過整整理的專家家知識納入入此程序中中。步驟7：詳詳細設計解解決問題的的方案。包包括設計解解決基本問問題的程序序(前半部部分),和和把它與控控制系統所所具有的控控制機構和和知識表達達方法結合合起來形成成解決具體體問題的程程序(后半半部分)。步驟8：合合適工具的的選定,在在設計解決決基本問題題的程序的的同時,選選定合適的的硬件/軟軟件工具。（4）第四四階段：關關鍵開發階階段1）推理部部分工具,包括四個個步驟。步驟9：確確定與整個個控制系統統其它部分分進行數據據通訊的格格式。決定定推理部分分和外圍系系統

36、接口的的詳細內容容。步驟10：數據結構構的設計。在知識處處理中,決決定所使用用數據的預預處理方法法和在知識識庫中數據據表達方法法。步驟11：完成推理理部分的制制作。規定定程序設計計規則、推推理部分的的功能,完完成詳細設設計和具體體制作。步驟12：推理部分分的試驗。將和控制制系統的其其它部分進進行通訊的的格式包括括進來,進進行推理部部分的試驗驗,以證明明所設計專專家系統的的實用性。2)輔助部部分工具,包括兩個個步驟。步驟13：建立樣機機系統。將將所開發的的專家系統統轉換到與與最終控制制對象的范范圍和動作作條件相吻吻合的目標標系統上來來。步驟14：輔助部分分的設計與與制作。這這里所說的的輔助部分分

37、,包括主主系統方面面的前處理理和后處理理,是根據據原系統的的設計和制制作順序開開發的。（5）第五五階段：系系統測試步驟15：系統測試試。測試方方法和其它它系統一樣樣,想象使使用時的情情況和條件件,用真實實數據進行行測試。（6）第六六階段：試試運行和性性能評價步驟16：現場試驗驗。以用戶戶為主,在在實際運行行條件下,運用所開開發的專家家系統來檢檢驗其實用用性和可靠靠性。步驟17:向實際運運行的過渡渡做好準備備,制定在在實際運行行條件下系系統的維護護管理規劃劃。（7）第七七階段：實實際運行階階段步驟18：在實際運運行過程中中,系統開開發人員的的責任就是是對系統進進行維護和和管理。2.1.33應用實

38、例例專家系統在在軋鋼領域域得到了廣廣泛的應用用，現在已已經開發出出不銹鋼帶帶鋼軋機的的軋制規程程設定與控控制專家系系統；工字字鋼孔型設設計專家系系統、帶材材厚度精度度診斷專家家系統；板板形控制專專家系統；棒材生產產線生產節節奏控制專專家系統；熱軋鋼材材組織和性性能預測及及控制專家家系統、板板坯管理專專家系統；板卷傳送送專家系統統等6-16。軋鋼機是復復雜的機械械設備，過過程參數的的正確設定定存在一定定的難度。比利時AARBEDD公司開發發的專家系系統可以根根據產品的的種類和鋼鋼種，給出出最佳設定定參數的建建議，而且且可以在發發現幾何缺缺陷時給出出如何處理理的建議。加拿大SSTELCCO公司用用

39、在五機架架串聯式冷冷軋機上的的專家系統統也是幫助助工作人員員設定過程程參數。比比較使用專專家系統前前后的操作作結果，發發現專家系系統的作用用非常明顯顯：頭批帶帶卷廢品頭頭的重量平平均減少了了25%；頭批帶卷卷以后的軋軋制速度平平均提高了了12%。并且專家家系統還可可以用于培培訓工人，培培訓需要的的時間從幾幾年減少到到幾個月。專家系統統還應用于于設備的維維護。19989年初初安裝在阿阿根廷Prropullsoraa Sidderurrgicaa冷軋廠的的專家系統統，推理速速度很快，可可以把發現現故障的時時間縮短為為原來的11/5112。芬蘭Rauutaruuukkii公司開發發出制定生生產計劃的

40、的專家系統統，利用它它可以找出出生產中的的限制性環環節。日本本川崎公司司應用專家家系統為無無縫鋼管的的軋制作業業制定計劃劃，用時由由原來的22天左右縮縮短為12小時。美國USSX公司于于19900年引進美美國西北大大學鋼資源源中心研制制的鋼板軋軋機作業計計劃專家系系統，用于于Garyy廠，也得得到比較滿滿意的效果果12。（1）工字字鋼孔型設設計專家系系統133 工工字鋼在軋軋制過程中中，斷面各各部分變形形不均勻，變變形不同時時，變形過過程復雜。由于涉及及的參數眾眾多、考慮慮的因素復復雜，因此此以手工設設計工字鋼鋼孔型系統統難度大，雖雖然已開發發出工字鋼鋼CARDD軟件，但但通過該軟軟件設計孔孔

41、型時，還還需要有豐豐富設計經經驗的設計計者，通過過人機對話話的方式進進行設計參參數的選擇擇和修改，才才能滿足生生產要求。圖2.工字鋼專家系統的總體結構北京科技大大學吳龍翔翔、楊覺先先等開發的的工字鋼孔孔型設計專專家系統，其其總體結構構如圖2所所示。該系系統功能如如下：設計新孔孔型。可以以選擇直軋軋孔型系統統、直邊斜斜軋孔型系系統、直軋軋直邊斜軋軋孔型系統統、直軋彎邊斜軋軋直邊斜軋軋孔型系統統等孔型系系統中的任任一種進行行設計。繪圖功能能。可以繪繪出標有尺尺寸的孔型型樣板圖、配輥圖、軋件與孔孔型重疊圖圖和軋件咬咬入狀況圖圖。優化功能能。可用專專家啟發性性知識進行行多目標優優化，得到到滿足多個個目

42、標的優優化解。解釋功能能。能對系系統的設計計過程進行行解釋。輸入防錯錯糾錯功能能。可使誤誤操作不引引起系統中中斷。記憶功能能。該系統統經現場應應用結果表表明：工字字鋼孔型設設計專家系系統能夠自自動設計出出合理的孔孔型，能夠夠進行啟發發式多目標標優化，得得到滿意解解，可以使使咬入角、軋制力、軋制力矩矩得到良好好的均衡效效果，有利利于提高軋軋制過程的的穩定性和和降低能耗耗。（2）熱軋軋鋼材組織織和性能預預測及控制制專家系統統 144。圖3. CASPPC技術的組成除化學成分分外，熱軋軋工藝參數數是影響熱熱軋鋼材組組織和性能能的關鍵因因素，對某某一特定鋼鋼種，可以以通過改變變軋制工藝藝參數改變變其組

43、織和和性能。鋼鋼材熱軋已已從單純的的為獲得所所需形狀和和尺寸的分分方向發展展成性能控控制塑性加加工。但是是以外的熱熱軋工藝參參數與組織織性能的關關系是通過過大量實驗驗室和現場場試驗而得得到的，需需大量人力力、物力和和財力及時時間，且有有局限性；如需進一一步提高鋼鋼材強韌性性，開發新新品種，就就必須再進進行有關試試驗工作；再則，在在生產過程程中并不能能對熱軋鋼鋼材組織和和性能進行行實時控制制（開環或或閉環），因因此利用高高速計算機機應用技術術，建立熱熱軋鋼材組組織和性能能預測及控控制專家系系統（也稱稱計算機輔輔助組織和和性能預測測及控制技技術，即CCompuuter Aideed Sttruct

44、ture/Proppertyy Preedicttion and Conttrol，簡簡稱CASSPPC），是是當前軋鋼鋼技術發展展的重要內內容之一。CASPPPC是在物物理冶金理理論、軋制制理論及計計算機應用用技術獲得得可喜進展展的基礎上上建立起來來的，是以以采用建立立在物理冶冶金理論基基礎上的一一系列數學學模型而發發展起來的的計算機預預測和控制制技術。CCASSPPPC技術術對離線熱熱軋生產程程序的最優優化或在線線生產工藝藝參數的精精確控制等等是一項極極其有用的的新技術，可可以使軋鋼鋼學科得到到進一步發發展。CASPPPC技術的的組織與功功能：該專專家系統通通常由軋制制、相變和和性能三個個

45、模塊組成成，如圖33所示：圖4 軋制模塊的組成軋制模塊用用于推定鋼鋼材加熱和和熱軋過程程中奧氏體體組織狀態態的變化、微合金元元素的固溶溶作用和析析出行為，它它是由晶粒粒長大、回回復和再結結晶、析出出三個子模模塊組成，如如圖4所示示。因為微微量元素的的固溶、析析出行為對對回復和再再結晶行為為有明顯的的影響，所所以要求這這三個子模模型必須有有機地結合合。圖5. 相變模塊的組成相變模塊是是根據軋制制模塊推出出的奧氏體體晶粒直徑徑、再結晶晶百分數、加工硬化化程度等信信息，分析析軋后連續續冷卻過程程中奧氏體體向鐵素體體、珠光體體和貝氏體體相變的行行為，并通通過熱力學學模型、形形核速率模模型、長大大速率模

46、型型，隨時計計算各種轉轉變相的體體積膨脹率率，推定軋軋后冷卻時時的相變速速率和最終終成品的組組織，如圖圖5所示。性能模塊根根據相變模模塊推出的的最終成品品組織推定定熱軋鋼材材的最終力力學性能，包包括屈服強強度、抗拉拉強度、延延伸率和韌韌性。CASPPPC技術可可以有不同同的應用方方式，即離離線預測、在線預測測、在線控控制和化學學成分及工工藝參數設設計與優化化等。離線線預測是CCASPPPC技術的的最基本的的應用方式式。專家系系統建立后后，只要輸輸入化學成成分、加工工和冷卻條條件，所軋軋產品的組組織變化和和最終力學學性能都可可以預測出出來，并且且可以繪制制TTT和和CCT曲曲線，這樣樣就節約了了

47、常規實驗驗手段所需需的時間和和資金。同同時也可通通過離線預預測軟件的的反復運算算，對新鋼鋼種進行設設計和優化化。在線預預測、在線線控制是CCASPPPC技術在在線應用的的兩個階段段。在線預預測是指在在線對成品品長向與寬寬向（對板板材）性能能進行預測測，從而節節約實際檢檢測時間。這對板卷卷的生產特特別適用，因因為通常只只檢測板帶帶卷頭尾兩兩端的性能能，而板卷卷中間部分分的性能則則難于測試試與保證。日本和韓韓國（浦項項鋼鐵有限限公司）都都已建立了了鋼板組織織和性能在在線預測的的生產線。在線控制制是CASSPPC技技術的最終終目標。需需要軋制參參數的在線線檢測和精精確的模型型及反應迅迅速的計算算機系

48、統。在此階段段，可以在在生產過程程中對熱軋軋過程中對對熱軋鋼材材組織和性性能進行實實時控制，從從而減少鋼鋼材組織和和提高生產產率，與其其它技術相相結合，可可以實現軋軋制力的精精確預報。圖6是CCASPPPC技術實實際應用圖圖示。圖6. CASPPC技術在熱軋帶鋼生產中的應用（3） 帶帶鋼厚度偏偏差診斷與與監控專家家系統110由東北大學學軋制技術術及連軋自自動化國家家重點實驗驗室開發的的帶鋼厚度度偏差診斷斷與監控專專家系統(Thiccknesss Deeviattion Diaggnosiis annd Suupervvisioon Exxpertt Sysstem系系統，簡稱稱TDD-ES系統

49、統)，在對對現場數據據進行分析析處理的基基礎上，利利用對厚差差曲線的頻頻譜分析，對對厚度偏差差的來源及及特征作出出及時診斷斷。為了向建立立的專家系系統提供軋軋制信息，開開發了熱連連軋精軋機機組數據采采集及信息息處理系統統。通過傳傳感器采集集過程數據據、工藝設設定數據、軋機設備備參數和鋼鋼板參數等等，為生產產過程的優優化、診斷斷、模擬和和監控提供供支撐服務務。主要檢檢測精軋機機組各架軋軋制力、輥輥縫、速度度、電流、活套角度度、出口左左和寬差等等值。對數據采集集系統得到到的檢測數數據和過程程控制數據據進行高通通、低通濾濾波，對軋軋件頭尾溫溫差趨勢項項進行處理理，對所得得的厚差曲曲線數據用用改進的富

50、富氏變換進進行頻譜分分析，根據據其頻譜特特點來診斷斷帶鋼厚度度偏差的原原因。用于于現場診斷斷的實例表表明，厚差差曲線的高高頻分量，恰恰與支撐輥輥的旋轉速速度相對應應，而其低低頻分量恰恰與加熱爐爐內水管的的距離相對對應。這就就有力的說說明，厚差差的高頻部部分是由于于支撐輥的的偏心引起起的，而低低頻部分是是加熱水印印引起的。本專家系系統的診斷斷結果，可可以對現場場生產中加加熱制度改改進、換輥輥時間的確確定等操作作要素提供供指導。目前TDDD-ES系系統已經在在熱軋帶鋼鋼生產線得得到應用，并并在提高熱熱軋帶鋼厚厚度精度方方面發揮了了作用。2.2神經經網絡在軋軋制中的應應用2.2.11概述隨著社會不不

51、斷的進步步和科學技技術突飛猛猛進的發展展，人們對對鋼鐵產品品的質量要要求越來越越嚴格，我我國鋼鐵產產品的標準準也逐漸向向國際先進進標準看齊齊。為了提提高產品質質量、降低低成本，使使我國的冶冶金企業的的生產水平平盡早達到到國際先進進水平，滿滿足國際國國內鋼鐵市市場激烈競競爭的需求求，在軋鋼鋼生產過程程中，越來來越多的現現代化技術術已得到應應用，如軋軋制過程的的自動控制制，產品性性能的預報報等等，為為產品質量量的提高提提供了條件件。所有這些技技術的成功功應用都是是建立在許許許多多的的數學模型型的基礎之之上的，如如果沒有一一個比較切切合實際的的數學模型型，這些過過程就很難難實施。因因此對于一一個冶金

52、工工作者來說說，針對生生產的實際際情況，尋尋找符合實實際的數學學模型是一一步很重要要的工作。傳統的數學學模型大多多數是建立立在前人大大量的實驗驗基礎之上上的，而且且大多數都都是屬于經經驗共識，其其適用范圍圍也比較窄窄，計算的的精度比較較低。隨著著技術的發發展，這些些數學模型型很難滿足足生產的要要求。軋鋼鋼系統是一一個很復雜雜的系統，多多個因素之之間相互影影響、相互互制約，他他們之間的的關系相當當復雜，而而且有些關關系結構是是不確定的的，他們是是隨著生產產條件的變變化而變化化。所以，采采用傳統的的模型方法法，即采用用在實驗的的基礎上建建立確定的的數學模型型結構，然然后再直接接用在生產產過程中，通

53、通過在生產產中調整數數學模型中中的一些參參數來對生生產過程進進行控制的的建模方法法。這樣的的模型的建建立過程往往往事先進進行了很多多的假設，計計算精度低低，甚至可可能得出錯錯誤的結果果，給企業業帶來很大大的損失。人工神經網網絡是模擬擬腦神經傳傳遞信息的的方法建立立起來的一一種人工智智能的模式式識別方法法，具有自自學習、自自組織、自自適應和非非線性動態態處理等特特性，為解解決非線性性系統及模模型未知系系統的預測測和控制，提提供了一種種新的途徑徑。人工神神經網絡(ANN)在軋制領領域中所應應用的神經經網絡實際際上是一組組計算機程程序，這組組程序提供供了一套具具有記憶功功能的算法法，能夠對對存在因果

54、果關系的事事物根據輸輸入條件的的變化來預預測結果。人工神經網網絡根據其其網絡結構構和學習規規則可分為為很多的種種類，其中中應用最廣廣泛的是BBP神經網網絡。在實實際應用中中，人工神神經網絡（BBP網絡）主主要有兩個個方面的用用途：用于模式式識別；用于非線線性系統的的函數擬合合。這兩個個方面的用用途在軋鋼鋼領域都得得到了比較較成功的應應用。一般來說，在在金屬軋制制過程中，有有以下幾方方面可以應應用神經網網絡6：（1）過程程模型。當當積累了足足夠的生產產過程歷史史數據之后后，就可以以利用神經經網絡建立立精確的神神經網絡數數學模型。（2）過程程優化。一一旦建立起起過程模型型，就可以以用來確定定達到優

55、化化目的所需需要的優化化的過程變變量設置點點。（3）開環環咨詢系統統。如果將將神經網絡絡模型與簡簡單的專家家系統結合合起來，網網絡從實時時數據得到到的優化結結果可以顯顯示給工程程的操作人人員，操作作人員可以以改變操作作參數以避避免過程失失常。（4）產品品質量預測測。一般工工廠只能在在產品完成成一段時間間后，才能能從實驗室室里得到產產品的質量量檢驗結果果，而神經經網絡模型型可以實現現在線預測測產品質量量，并及時時調整過程程參數。（5）可預預測的多變變量統計過過程控制。網絡模型型可用來觀觀察所有有有疑問的變變量對統計計過程控制制器（SPPC）所設設置的控制制點的影響響。采用多多變量控制制，可以精精

56、確預測SSPC圖上上的未來幾幾個點的位位置，可以以較早地預預測過程失失誤的可能能性。（6）預測測設備維修修計劃。設設備在連續續使用中性性能要降低低。用神經經網絡可以以監測設備備性能，預預測設備實實效的可能能時間，以以制定設備備維修計劃劃。（7）傳感感器監測。可用神經經網絡監測測實效的傳傳感器，并并提供失效效警報，而而且當重新新安裝傳感感器后，網網絡可以提提供合適的的重新設置置值。（8）閉環環實時控制制。網絡模模型可以對對復雜的閉閉環實時控控制問題給給出解決方方法，預測測和優化非非常迅速，可可以用于實實時閉環控控制。2.2.22神經網絡絡的應用實實例在實際生產產過程中，神神經網絡在在熱帶鋼連連軋

57、機控制制、微合金金鋼熱軋奧奧氏體晶粒粒尺寸及流流變應力模模型、冷軋軋軋制力的的預測、熱熱連軋精軋軋機組帶鋼鋼寬度變化化預測、熱熱變形中屈屈服應力的的預測、軋軋輥偏心的的識別、板板形板厚綜綜合控制等等方面都得得到了廣泛泛的應用16-331。（1）人工工神經網絡絡在軋制過過程控制方方面的應用用現代的板帶帶鋼生產工工藝都采用用連軋的方方式，軋制制力預報是是連軋精軋軋機組計算算機設定模模型的核心心，其預報報精度直接接影響輥縫縫的設定。軋制力預預報涉及一一些非線性性模型，包包括溫降模模型、變形形抗力模型型、應力狀狀態模型等等等。因此此，采用傳傳統設定模模型的方法法，各個模模型系數的的建立需要要采集大批批

58、的數據，在在預先建立立的模型的的基礎上，進進行非線性性回歸來確確定，因用用于統計的的數據不可可能是同一一環境下的的數據，故故回歸所得得模型對于于環境變動動具有平均均性。人工神經網網絡具有自自學習、自自適應、高高度非線性性擬合的優優點，因此此能提高預預測的精度度，采用一一個三層的的BP網絡絡對各架軋軋機的軋制制力進行了了離線和在在線的學習習預報，結結果表明人人工神經網網絡的預報報結構比采采用傳統的的模型法的的預報結果果精度高，而而且神經網網絡的預報報具有在線線自適應的的能力332。在精軋機組組負荷分配配方面，采采用具有兩兩層隱含層層的BP網網絡，對精精軋機組的的負荷分配配進行識別別，與傳統統的能

59、耗法法負荷分配配相比，神神經網絡的的方法更加加準確、高高速、簡便便易行，可可以排除人人的主觀性性，而且可可以根據生生產實際情情況進行動動態調整，能能更好地適適應生產的的變化。 鋼鋼材的力學學性能的預預測是一個個很復雜的的問題，它它的影響因因素很多，采采用傳統的的回歸模型型的方法進進行預測，由由于有些因因素的影響響是非線性性的，其模模型結構很很難確定，最最終的預測測精度就很很難保證。采用神經經網絡的方方法對軋后后機械性能能進行預報報，其精度度高，簡化化了人工設設定模型的的工作，能能夠達到預預期的目的的33-34。（2）軋制制力的高精精度ANNN預報110提高軋制力力預報精度度對提高設設定精度及及

60、第一塊鋼鋼和帶鋼頭頭部的命中中率都具有有重要意義義。軋制力力直接影響響到負荷分分配、AGGC和AFFC等環節節，是所有有軋制參數數中最為活活躍的參數數。過去利用傳傳統軋制理理論已經使使軋制力的的計算精度度有了大幅幅度的提高高，但是仍仍然不能滿滿足用戶對對產品質量量越來越嚴嚴格的要求求。沿用修修正數學模模型的方法法來提高軋軋制力計算算精度的傳傳統做法已已很難再有有大幅度的的提高，人人工智能則則為之開辟辟了一條新新途徑。采用數學模模型(MMM)與神經經網絡(AANN)相相結合方法法，用數學學模型的預預報作為基基值，用AANN作為為數學模型型計算誤差差的實時補補償，兩者者組成一個個智能糾偏偏網絡，用