教育部第二批“新工科”項目課程《鋼鐵科學與技術前沿》第八講:材料產業數字化轉型與鋼鐵創新基礎設施

              ?????? ???????發布時間:2021-11-16


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              11月9日,由中國金屬學會和上海大學聯合開設的教育部第二批“新工科”項目課程——《鋼鐵科學與技術前沿》第八講開課。本次課程主題為“材料產業數字化轉型與鋼鐵創新基礎設施”,由東北大學王國棟院士主講。在本次課程中,王國棟院士圍繞數字化助力鋼鐵工業高質量發展、原位分析系統、信息物理系統鋼鐵工業互聯網總體架構與功能、工業互聯網推進鋼鐵工業轉型升級的實踐以及我國新材料行業發展戰略建議進行展開教學。

               

              習近平總書記在中共中央政治局第三十四次集體學習中強調,要把握數字經濟發展趨勢和規律,推動我國數字經濟健康發展。當今時代,數字技術、數字經濟是世界科技革命和產業變革的先機,是新一輪國際競爭重點領域。數字經濟健康發展不僅有利于推動構建新發展格局,更有利于推動建設現代化經濟體系。為此,鋼鐵行業積極響應中央號召,大力開展新型基礎設施建設,掀起加速數字化轉型、實現高質量發展、率先成為國際領先產業集群的熱潮。

              王國棟院士指出,當前我國鋼鐵行業需朝著綠色化、數字化、高質化、服務化進行戰略轉型。鋼鐵工業作為大型復雜流程工業,其全流程“黑箱”以及巨大的不確定性是鋼鐵生產過程中面臨的重大挑戰。因此,為了解決這些不確定問題,鋼鐵行業必須依賴智能化、網絡化、數字化技術,而鋼鐵工業有著發達的數據采集系統、自動化控制系統和研發設施,積累了豐富的實驗數據,這為實現數字產業化提供了無限可能。

              此外,王國棟院士強調,高保真度數字孿生建模是冶金與加工的核心競爭力,是材料科學與技術研究的關鍵核心。數字孿生即指一系列描述輸入(操作變量、材料成分)與輸出(組織、性能)之間關系的預測性模型,目前主要有基于材料集成計算工程(ICME)模型驅動建模以及基于數據科學的數據驅動建模這兩種建模方法。王國棟院士提出要為生產設備配備具有原位分析能力,構建信息物理系統(CPS)。

               

              其中,作為鋼鐵企業數字化創新基礎設別的原位分析系統,是一種基于數據自動流動的狀態感知、實時分析、科學決策與精準執行的閉環賦能體系。信息物理系統CPS即指通過集成先進的感知、計算、通信、控制等信息技術和自動控制技術,構建物理空間與信息空間中人、機、物、環境、信息等要素相互映射、實時交互、高效協同的復雜系統,從而實現系統內資源配置和運行按需響應、快速迭代以及動態優化的目的。從本質上看,信息物理系統實則為生產線的增強型原位分析系統。王國棟院士強調,數字化轉型的過程是將物理世界的多維信息以及產業知識數字化,這必然會催生新的海量數據,我們應該將海量數據分析的結果反哺到實體場景循環賦能,釋放數據紅利,從而實現價值創造。同時,在考慮搭建CPS系統架構時,應該將鋼鐵行業原有多層控制系統架構過渡到扁平化雙層架構,合理配置高實時低延遲的快速、實時控制功能和低實時、多目標的綜合管理功能。

               

              當前,大數據、機器學習等數據挖掘技術憑借著演化分析、離群點分析、聚類分析、關聯規則挖掘等特點,成為鋼鐵產業數字化最有前景的研究領域之一。通過基于變量數據的深度學習,現已然能夠對高爐運行狀態的五大變量透氣性、燃燒性、鐵水量、粘接物的量以及鐵水溫度進行智能預測與控制,實現了幾代鋼鐵人的夢想。同時,王國棟院士還指出,在未來鋼鐵企業智能化主攻方向應該根據流程工業特點,針對主流程,從提升產品質量、消除產品缺陷、穩定生產過程等方面開展研究,全面增強企業的綜合競爭力。

              最后,王國棟院士對新材料行業發展戰略提出了個人建議。他指出,新材料行業要根據發展需求,發揮在應用場景和數據資源方面的獨特優勢,推動新材料研究、開發與數字技術融合,促進材料產業數字化轉型,發揮數字技術的放大、疊加、倍增作用,把材料研發和應用轉化的效率提高兩倍以上,成本降低到三分之一以下。材料產業數字化轉型解決實際問題倒逼基礎研究,推動材料基礎研究以更高速度、向更深層次發展,進入傳統材料研究尚未觸及的領域和從未達到的深度,催生新一代材料理論與技術。

               

              課程接近尾聲,上海大學材料科學與工程學院董瀚院長感謝王國棟院士的授課,并對整個課程內容做了總結。

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