人工智能技術(shù)在冶金中應(yīng)用

人工智能技術(shù)在冶金中應(yīng)用任洪洋（遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院120103202033）摘要人工智能（英語：ArtificialIntelligence,AI）有時(shí)也稱作機(jī)器智能，是指由人工制造出來的系統(tǒng)所表現(xiàn)出來的智能。通常人工智能是指通過普通計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的智能。同時(shí)也指研究這樣的智能系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)，以及如何實(shí)現(xiàn)的科學(xué)領(lǐng)域。一般教材中的定義領(lǐng)域是“智能代理（intelligentagent）的研究與設(shè)計(jì)”，智能代理是指一個(gè)可以觀察周遭環(huán)境并作出行動(dòng)以達(dá)致目標(biāo)的系統(tǒng)。約翰?麥卡錫于1955年的定義是，〃制造智能機(jī)器的科學(xué)與工程.〃人工智能的研究是高度技術(shù)性和專業(yè)的，各分支領(lǐng)域都是深入且各不相通的。人工智能技術(shù)應(yīng)用于冶金極大地促進(jìn)了冶金學(xué)科的發(fā)展。人工智能在冶金中的應(yīng)用主要有計(jì)算機(jī)在冶金過程中的模擬仿真、冶煉過程的各數(shù)據(jù)的監(jiān)視、計(jì)算機(jī)的對(duì)冶煉過程的智能控制。關(guān)鍵詞：模擬控制、檢測(cè)、人工智能、專家系統(tǒng)近年來，冶金學(xué)知識(shí)體系和結(jié)構(gòu)，隨著冶金技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)學(xué)科的進(jìn)步，發(fā)生了革命性的變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在冶金過程中的廣泛應(yīng)用，使冶金學(xué)理論和工藝的研究方法、冶金生產(chǎn)及其控制技術(shù)發(fā)生了重大變革。由傳統(tǒng)冶金學(xué)和傳統(tǒng)冶金工藝學(xué)所構(gòu)成的知識(shí)體系和結(jié)構(gòu)，已不能完全滿足現(xiàn)代冶金工藝發(fā)展和理論研究的需要。因此，諸如，對(duì)微觀或宏觀過程的認(rèn)識(shí)、單元過程或現(xiàn)象的定量解析、反應(yīng)過程的數(shù)學(xué)物理模擬、反應(yīng)和生產(chǎn)速率的預(yù)測(cè)、反應(yīng)器的仿真研究和設(shè)計(jì)、人工智能技術(shù)的應(yīng)用以及反應(yīng)器運(yùn)行和整體生產(chǎn)過程的控制等等，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用起著推動(dòng)冶金工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步的重要作用。冶金過程中的冶煉、精煉、連鑄、軋制等過程中的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等數(shù)據(jù)都需要監(jiān)測(cè)，以及金屬組織性能的控制，金屬制造過程中的成分與板型精確控制、工藝技術(shù)優(yōu)化、新產(chǎn)品的開發(fā)，種種這些，都需要運(yùn)用到計(jì)算機(jī)模擬與仿真技術(shù)。計(jì)算機(jī)模擬與仿真技術(shù)不但可以節(jié)約新產(chǎn)品、工藝開發(fā)時(shí)間和費(fèi)用，提高試驗(yàn)成功率，而且容易形成企業(yè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝和產(chǎn)品。從國內(nèi)外冶金企業(yè)的發(fā)展來看，其核心技術(shù)部分大部分來自于計(jì)算機(jī)模擬與仿真技術(shù)以及數(shù)據(jù)積累而形成的。對(duì)冶金工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、減少環(huán)境污染的必由之路，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已成為生產(chǎn)設(shè)備及過程控制等重要的組成部分，它代替人的思維成為冶金工業(yè)設(shè)備及工藝過程控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制的指揮和監(jiān)督中心。冶金工業(yè)生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)的進(jìn)步、工業(yè)生產(chǎn)工藝過程控制要求的提高和生產(chǎn)管理的完善而不斷發(fā)展。目前工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)層次基本上劃分為：直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)、監(jiān)督控制（SCC）系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)（DCS）、遞階控制系統(tǒng)（HCS）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）等幾種，其中DCS是融DDC系統(tǒng)、SCC系統(tǒng)及整個(gè)工廠的生產(chǎn)管理為一體的高級(jí)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)克服了其他控制系統(tǒng)中存在的“危險(xiǎn)集中”問題，具有較高的可靠性和實(shí)用性。但是，為了進(jìn)一步適合現(xiàn)場(chǎng)的需要，DCS也在不斷更新?lián)Q代，近年來，集計(jì)算機(jī)、通信、控制三種技術(shù)為一體的第5代過程控制體系結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，成為國內(nèi)外計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)一個(gè)重要的發(fā)展方向。人工智能的發(fā)展史見下表。人工智能新技術(shù)可以有效地解決冶金工業(yè)生產(chǎn)中許多無法用數(shù)學(xué)模型精確描述的工藝過程，以及利用傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)難以獲得令人滿意效果的諸多問題，在冶金行業(yè)應(yīng)用中已表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，流程模擬技術(shù)用于冶金過程也取得了迅速的進(jìn)展.出現(xiàn)了一批成熟的商業(yè)化軟件.為模擬提供了有力的工具.這些模擬軟件經(jīng)過不斷的改進(jìn)發(fā)展，可進(jìn)行基礎(chǔ)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算以及選礦回路、磨礦回路、提取冶金工藝流程的模擬與優(yōu)化，井已成功應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中.如拜耳法生產(chǎn)氧化鋁、黃金的氤化、各類礦石的選礦、紅土礦的高壓浸出等流程，顯示了其優(yōu)越性。從提取冶金項(xiàng)目的角度來看.從可行性研究、工程設(shè)計(jì)到過程優(yōu)化，流程模擬技術(shù)的應(yīng)用也貫穿了一個(gè)項(xiàng)日的各個(gè)實(shí)施環(huán)節(jié).這些模擬軟件包含了豐富的物性數(shù)據(jù)庫及大量的單元操作模型，METSIM和SYSCAD等流程模擬軟件甚至能夠添加與時(shí)問、壓力等相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。采用流程模擬軟件進(jìn)行模擬和優(yōu)化.不僅可以增加效率.減少實(shí)驗(yàn)工作盤，且可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、增加經(jīng)濟(jì)效益。專家系統(tǒng)是人工智能中最重要的也是最活躍的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，它實(shí)現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用、從一般推理策略探討轉(zhuǎn)向運(yùn)用專門知識(shí)的重大突破。專家系統(tǒng)是早期人工智能的一個(gè)重要分支，它可以看作是一類具有專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)智能程序系統(tǒng)，一般采用人工智能中的知識(shí)表示和知識(shí)推理技術(shù)來模擬通常由領(lǐng)域?qū)＜也拍芙鉀Q的復(fù)雜問題。專家系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識(shí)庫、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識(shí)獲取等6個(gè)部分構(gòu)成。其中尤以知識(shí)庫與推理機(jī)相互分離而別具特色。專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)隨專家系統(tǒng)的類型、功能和規(guī)模的不同，而有所差異。為了使計(jì)算機(jī)能運(yùn)用專家的領(lǐng)域知識(shí)，必須要采用一定的方式表示知識(shí)。目前常用的知識(shí)表示方式有產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、框架、狀態(tài)空間、邏輯模式、腳本、過程、面向?qū)ο蟮??；谝?guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)是目前實(shí)現(xiàn)知識(shí)運(yùn)用最基本的方法。產(chǎn)生式系統(tǒng)由綜合數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫和推理機(jī)3個(gè)主要部分組成，綜合數(shù)據(jù)庫包含求解問題的世界范圍內(nèi)的事實(shí)和斷言。知識(shí)庫包含所有用“如果：〈前提〉，于是：〈結(jié)果〉”形式表達(dá)的知識(shí)規(guī)則。推理機(jī)（又稱規(guī)則解釋器）的任務(wù)是運(yùn)用控制策略找到可以應(yīng)用的規(guī)則。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。專家.iii詛工程師用尸入機(jī)交1專家.iii詛工程師用尸知識(shí)貌取解釋器機(jī)器配理解游含數(shù)

撩庫知識(shí)貌取解釋器機(jī)器配理解游含數(shù)

撩庫的表a形式.機(jī)界面回答系統(tǒng)的.機(jī)界面回答系統(tǒng)的提問，推理機(jī)將專家系統(tǒng)的基本王作流程是，用戶通過人機(jī)界面用戶輸入的信息與知識(shí)庫中各個(gè)規(guī)則的條件進(jìn)行匹配，并把被匹配規(guī)則的結(jié)論存放到綜合數(shù)據(jù)庫中。最后，專家系統(tǒng)將得出最終結(jié)論呈現(xiàn)給用戶。在這里，專家系統(tǒng)還可以通過解釋器向用戶解釋以下問題：系統(tǒng)為什么要向用戶提出該問題（Why）？計(jì)算機(jī)是如何得出最終結(jié)論的（How）？領(lǐng)域?qū)＜一蛑R(shí)工程師通過專門的軟件工具，或編程實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)中知識(shí)的獲取，不斷地充實(shí)和完善知識(shí)庫中的知識(shí)。其具有較明顯的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。專家系統(tǒng)是一個(gè)基于知識(shí)的系統(tǒng)，它利用人類專家提供的專門知識(shí)，模擬人類專家的思維過程，解決對(duì)人類專家都相當(dāng)困難的問題。一個(gè)高性能的專家系統(tǒng)具備如下特征：⑴啟發(fā)性。不僅能使用邏輯知識(shí)，也能使用啟發(fā)性知識(shí)，它運(yùn)用規(guī)范的專門知識(shí)和直覺的評(píng)判知識(shí)進(jìn)行判斷、推理和聯(lián)想，實(shí)現(xiàn)問題求解。⑵透明性。它使用戶在對(duì)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不了解的情況下，可以進(jìn)行相互交往，并了解知識(shí)的內(nèi)容和推理思路，系統(tǒng)還能回答用戶的一些有關(guān)系統(tǒng)自身行為的問題。⑶靈活性。專家系統(tǒng)的知識(shí)與推理機(jī)構(gòu)的分離，使系統(tǒng)不斷接納新的知識(shí)，從而確保系統(tǒng)內(nèi)知識(shí)不斷增長(zhǎng)以滿足商業(yè)和研究的需要?，F(xiàn)階段國內(nèi)外專家系統(tǒng)應(yīng)用停留在相對(duì)狹義的以規(guī)則推理為基礎(chǔ)的階段，應(yīng)用也更多針對(duì)的是實(shí)驗(yàn)室研究以及一些輕量級(jí)應(yīng)用，遠(yuǎn)不能滿足大型商業(yè)應(yīng)用的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)智能推理以及大數(shù)據(jù)處理的需求。專家系統(tǒng)的發(fā)展下一步的將以模型推理為主，以規(guī)則推理為輔，并切合商業(yè)應(yīng)用需求，滿足對(duì)實(shí)時(shí)以及大數(shù)據(jù)量處理的需求。同時(shí)專家系統(tǒng)將朝更為專業(yè)化方向發(fā)展，針對(duì)具體方向性的需求提供針對(duì)性模型與產(chǎn)品，如基于因果有向圖CDG的故障診斷模型，流程處理模型等。結(jié)論：人工智能技術(shù)應(yīng)用于冶金極大地促進(jìn)了冶金學(xué)科的發(fā)展。人工智能新技術(shù)與冶金工業(yè)的