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东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室:把论文写在中国大地上,让“中国智造”惊艳全球

来源: 中国日报网
2017-08-08 10:43 
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工业制造是国民经济的重要支柱,是实现发展升级的国之重器。中国制造业如何由大变强,急需流程工业的智能转型发展。多年来,东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室面向国家流程工业高效化与绿色化的重大需求,以实现智能优化制造为目标,解决工业实际难题,在实践中锤炼方法与技术,升华为科学理论,反哺实际应用,在大型全流程生产线成功建立节能降耗效果显著的综合自动化示范系统,为工业化和信息化深度融合树立了典型示范,为我国流程制造业由“制造大国”向“制造强国”发展提供了科技支撑,擦亮“中国智造”的金字招牌。

对接国家重大战略需求,鏖战国民经济主战场

随着工业化进程的加快推进,我国已经成为世界公认的制造业大国。制造业要从价值链低端向高端跃迁和攀升,就一定要解决能源消耗大、生产成本高、环境污染严重等瓶颈问题。提高流程工业生产的综合自动化水平是实现高效化和绿色化的必由之路。

“我国不缺自动化,我们缺的是综合自动化。”在柴天佑看来,提高自主创新能力,不断地进行技术创新,就是中国制造实现“弯道超车”的关键所在。

酒钢选矿厂,在我国选矿行业自动化水平最高的企业里,工作人员只需要在生产主控室,就能实现对矿石布料、竖炉焙烧、磨矿、磁选和浓缩脱水等全流程的优化控制,完成计划调度、成本控制等生产过程管理与过程控制的集成。

“十年前,选矿厂里皮带运输要用对话机,四层楼高的竖炉要依靠人工看火控制,而整个运行过程基本都靠现场的工程师们凭多年经验来把握。”提起与酒钢的合作项目,岳恒记忆犹新。

“科技攻关,没有捷径,关键是有没有战胜困难的信念和勇气。”这是柴天佑教育工作人员和学生的一句口头禅。在他的带领下,岳恒、丁进良等一批科研人员咬紧牙关,经过3年的不懈努力,实现了对生产各个环节的优化控制,操作人员减少50%,消耗减少20%,全厂节电725.40万千瓦时/年,成为我国选矿行业自动化水平最高的企业,产生上亿元的经济效益。李伯虎、孙传尧等六位院士一致认为,“该系统是采用综合自动化技术改造提升传统产业,整体技术水平国际先进,是用信息化带动工业化、走新型工业化道路的成功范例。”

“创新需要在不断的积累过程中,寻求技术难题的破解之路。”钢水测温技术曾经是困扰钢铁冶金领域的一大难题。铂铑热电偶太贵,“消耗式热电偶人工间断式测温”又难保准确性。如何在介质温度高(1460~1600℃)、侵蚀性大(O、Mn、S)、烟尘和高温环境等恶劣条件下满足高测量精度、高可靠性和低成本的苛刻要求?

实验室谢植教授在经历了二十年如一日的研究后,提出了黑体空腔式钢水连续测温方法,实现了钢水温度的连续测量,达到了国际领先水平,被誉为“堪与当年作为冶金一大发明的钢液浓差定氧媲美”,具有划时代的意义,获得王大珩、杨嘉墀、金国藩等知名院士们的高度赞誉。目前,全国实力前50位的钢铁公司中,有47家在使用该技术。

这一系列成果是实验室瞄准国家重大战略需求,坚持“把论文写在大地上”最有力的印证。

在江西金世纪新材料公司的稀土生产线上,由于使用了智能优化控制系统,成功的使稀土金属直收率提高了1.15个百分点,稀土产品合格率提高了2.3个百分点。

在胜利、中原、齐鲁等油田,“输油管道泄漏监测系统”得到了广泛的推广应用,产品已在中石油和中石化集团20多省的21条管线、100多输油站、总长达5000多公里的管道成功地投入应用,每年为企业创造直接经济效益4亿元以上。

这些项目,仅是实验室500余项纵横科研项目中一小部分。“科学创新必须以社会需求为牵引,把探索科学问题与解决国家重大问题结合起来,以原创性基础研究支撑应用研究的方向,持续不断地提高理论服务社会经济的深度和广度。”柴天佑院士说。

让研究成果走出国门,把“战场”开辟到国外

信息技术与制造技术的深度融合,让实验室的创新能力不断攀升,各类创新成果更是走出国门在重大自动化工程中得到应用。一项又一项在实践中获得的理论成果,极大提升了中国在国际自动控制领域的影响力。

巴布亚新几内亚瑞木镍钴项目是中资企业境外投资建成第一个有色金属采选冶联合项目,也是中国企业在海外最大的有色矿业投资项目。这里的矿石资源储量约为1.43亿吨,其中已探明及可控的资源储量超过7800万吨,是一个世界级的大型红土镍矿。实验室凭借在工业流程领域的绝对优势,中标该项目中规模最大的冶炼厂区的全流程自动化工程。

据实验室岳恒教授介绍,项目组克服了恶劣环境和特殊气候的不利影响,针对瑞木镍钴生产全流程,研发了基于全生命周期的镍钴冶炼全流程一体化控制系统实验平台和测试平台及镍钴冶炼全流程自动控制系统,使得浸出率和回收率指标显著提升。实验室将这一系列应用成果以长文形式在控制领域顶级期刊IEEE Transactions on Control Systems Technology上发表。实验室的科技创新能力无可辩驳地得到了国际公认。

“在这个项目中,我们不仅要展示我们的实力,更要在国际自动控制领域树立起中国的一面旗帜。”岳恒教授说。

越南煤炭矿产集团林同氧化铝厂是越南第一个氧化铝厂项目,在越南备受瞩目。实验室承担了该厂全流程一体化综合自动化系统的硬件集成和软件开发工作,在最短时间内采取最优化方案,使铝厂实现管理流程最优化、降能增效最佳化。2016年,该技术在越南仁基氧化铝厂再次成功实施,又为该厂带来了显著地经济效益和社会效益。“实验室在越南亮出了‘中国自动控制’的靓丽名片。”柴天佑院士表示。

国际自动控制联合会(IFAC)会刊Control Engineering Practice是国际控制技术顶级期刊,会刊设立的“最佳论文奖”一直是自动控制领域学者追求的荣耀。2014年,一篇作者单位为国内单位、论文作者全部是国内学者的论文首次入选。这一文章正是实验室结合选矿生产线的综合自动化工程项目中的重大耗能设备——竖炉的运行优化控制问题而撰写的《竖炉焙烧过程优化运行的混合智能控制》。我国学者实现了独立获得该奖项的零突破。

在第十九届IFAC世界大会上,实验室针对混合选别浓密过程的控制问题提出的区间串级智能切换控制方法获最佳应用论文提名奖,这是实验室继第十七届IFAC世界大会之后再次获奖,实验室也成为为本次会议上国内唯一获奖单位。

针对集装箱码头的集装箱拆迁和堆垛问题的研究论文在工业与系统工程领域的旗舰期刊IIE Transactions上发表,获2015-2016年度设计与制造领域唯一的最佳应用论文奖。

一个个“唯一”,一项项“首次”,在国际控制领域树起了“中国智造”的金字招牌。

“我们不仅要能够结合企业的实际需求提炼科技难题,通过技术创新攻克难题,而且要开展深入的学术研究,在国际顶级期刊发表高水平的论文,让中国的控制技术跻身世界领先行列。”实验室副主任丁进良说。

一路拼搏,一路凯歌!目前,实验室在国际上率先提出的决策与控制一体化的生产全流程集成优化控制方法,成功应用于国内赤铁矿选矿生产线、巴布亚新几内亚瑞木镍钴冶炼、越南氧化铝生产等重大自动化工程中,显著提高金属回收率和精矿品位指标。研究方向被写入国际自动控制联合会(IFAC)引领未来自动化发展方向白皮书《Systems & Control for the Future of Humanity》,作为未来国际自动化发展方向之一。

中国日报辽宁记者站

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