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东大要闻
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 产生重要国际影响
作者:孙霞 编辑:王钰慧 韩斌 来源:东北大学 更新日期:2017-07-07 浏览次数:次 字体:

    习近平总书记在全国科技创新大会、中国科学院第十八次院士大会和中国工程院第十三次院士大会、中国科学技术协会第九次全国代表大会上提出,“穷理以致其知,反躬以践其实。”科学研究既要追求知识和真理,也要服务于经济社会发展和广大人民群众。广大科技工作者要把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。这是总书记对科技工作者的期待,也是中国科技和经济发展对科技工作者的期待。

    “把论文写在祖国大地上”这是“科技三会”召开以来的一种新业态。然而,有这样一个团队,却一直将“把论文写在祖国大地上”作为追求和践行的目标,它数十年来始终坚持以解决国民经济和社会发展面临的关键科技难题为己任,扎根中国流程工业大地,面向流程工业高效化和绿色化的重大需求,以复杂工业系统的建模、控制、优化和综合自动化新理论和技术为主攻方向,从流程工业生产实际中提炼科学问题,不仅把论文写在了祖国大地上,更让中国自动控制技术跻身国际先进行列。它——就是东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室。

国家重大需求是“源动力

    我国是世界上门类最齐全、规模最庞大的流程制造业大国。流程工业是高能耗、高污染行业,能源消耗大、环境污染严重、资源紧缺成为制约我国流程工业发展的瓶颈,高效化和绿色化是我国流程工业发展的必然方向。

    长期以来,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,开展基础研究和前沿高技术研究,建立了数据驱动的建模、控制、优化理论和方法以及流程工业综合自动化系统新的理论和技术,并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。

企业实际需求是“着力点”

    “问题是创新的起点,也是创新的动力源”,秉承这一理念,多年来,流程工业综合自动化国家重点实验室始终坚持从我国工业界急需解决的自动化问题中提炼重大科学技术问题作为主攻方向,将基础研究与应用研究密切结合,走技术创新之路,形成了“企业需求—学术研究—技术创新—成果应用”完整的科技创新体系。

    我国矿产资源丰富,但资源品位低,成分波动大,生产工艺复杂,生产过程具有多变量强耦合强非线性、难以建立数学模型等综合复杂性,因而难以采用已有的控制技术实现过程控制与优化运行,整个生产全流程基本还处于人工金字塔式控制与管理,造成了产品质量差、生产成本高、资源消耗大、环境污染严重,已经成为制约我国工业发展的瓶颈。针对具有综合复杂性的选矿过程,实验室研发了赤铁矿选矿生产线全流程一体化控制技术、一体化控制系统技术研发创新平台和生产线全流程一体化控制系统,成功应用于酒钢400万吨选矿生产线,实现了生产指标的优化决策与生产全流程控制的一体化,比预期计划提前40天投产,该系统投产以来,安全可靠运行,金属回收率提高0.4个百分点,综精品位提高了1.0%,综精产量提高了2.3%,创造了显著的经济效益,为实现矿业生产过程提质增产、节能降耗树立了成功的范例。

    在此基础上,实验室结合选矿全流程自动化重大工程项目,开展深入研究,取得了有影响的学术研究成果。提出了以实现企业综合生产指标优化为目标,由企业综合生产指标目标值优化、运行指标目标值优化决策和运行优化与控制三层结构组成的全流程一体化控制系统总体结构,提出了综合生产指标和运行指标多目标动态优化决策方法。在国际自动化领域的权威期刊       IEEE Transations on Evolutionary Computation、IEEE Transations on Automation Science and Engineering等IEEE汇刊发表论文6篇。实验室学术带头人受国际权威期刊邀请,主编自动化系统集成优化领域的第一部专刊。

    结合竖炉、磨矿等复杂工业过程,实验室提出的数据驱动的混合智能运行反馈控制方法,在IEEE Transactions on Automation Science and Engineering、IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Control Systems Technology、IEEE Transactions on Industrial Informatics、Control Engineering Practice等控制领域顶级期刊发表论文9篇,其中,在刊载控制领域重要学术成果综述的顶级期刊Annual Reviews in Control上发表了运行优化控制领域第一篇综述性文章。在国际控制技术顶级期刊IFAC会刊Control Engineering Practice发表的文章“竖炉焙烧过程智能优化运行控制”获该期刊2011-2013年度最佳论文奖,奖励委员会对论文给予了高度评价:“该文章研究实现过程运行优化的控制回路优化设定层设定值优化的方法,采用先进控制方法来解决选矿工业的复杂过程的控制问题,并成功应用于大型选矿过程并取得显著成效。论文研究问题是由基于实际工业需求提出的,清楚地阐明了如何将先进控制理论的不同方法结合起来解决选矿过程中的具体控制难题。”这是该奖项自设立20多年以来,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,实现了我国学者独立获得该奖项的零突破。

    实验室针对赤铁矿选矿过程受到大而频繁的随机干扰,难以采用常规串级控制技术的难题,提出了虚拟未建模动态补偿驱动的智能区间切换控制和双率自适应控制方法,结合再磨、混合选别、工业换热等复杂串级工业过程提出的控制方法在控制技术权威期刊IEEE Transactions on Control Systems Technology、IFAC会刊Control Engineering Practice发表长文5篇。其中,提出的混合选别浓密过程区间串级智能控制方法获第十九届IFAC世界大会最佳应用论文提名奖,相关研究成果在Control Engineering Practice上以长文发表。

上述研究成果在国际控制领域产生重要影响,相关研究成果应邀在有影响的国际会议上作大会特邀报告10余次。

    巴布亚新几内亚瑞木镍钴项目是我国境外有色冶金投资项目,中冶集团在巴布亚新几内亚投资14亿美元,温家宝总理出席项目签字仪式,李克强总理出席里程碑庆典仪式。镍钴冶炼厂的全流程控制系统是该项目的重要组成部分。针对瑞木镍钴生产全流程,实验室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,成功应用于镍钴生产全流程,使得浸出率和回收率指标显著提升,镍浸出率≥96.2%、钴浸出率≥96.7%、氢氧化镍钴回收率≥85%。在此基础上,实验室针对复杂工业过程难以采用PID控制技术将被控输出控制在目标值范围内的难题,提出了未建模动态补偿的PID控制方法,结合镍钴沉淀及矿浆综合过程提出的虚拟未建模动态补偿的PID控制方法,以长文形式在控制领域顶级期刊IEEE Transactions on Control Systems Technology上发表。

    从企业实际需求出发,提炼原始科学问题开展基础理论和技术创新研究,再把研究成果应用到企业实际生产过程中,流程工业综合自动化国家重点实验室真正做到了“穷理以致其知,反躬以践其实”。


把论文写在中国工业生产实际中,产生重要国际影响

    实验室主任、中国工程院院士柴天佑教授认为,科研工作者要以解决国家发展中面临的科技难题为己任,从工业实际中亟待解决的各类疑难问题中提炼原始科学问题开展科学研究,提出的理论和方法要在实际工业中应用验证,发现问题,再进行深入研究。从实践—认识—再实践,实践是检验真理的唯一标准,这是流程工业综合自动化国家重点实验室用一项项课题成果总结出的宝贵经验。然而,他们并未止步于此。在成果应用的基础上,实验室针对各类工程实际问题开展深入的理论和技术研究,以流程工业生产实际为背景的研究成果在国际权威期刊发表论文层出不穷。

    针对宝钢炼钢-连铸生产重调度问题,提出的炼钢-连铸生产智能重调度算法在IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems以长文形式发表,被IEEE SMC期刊评为期刊亮点文章,并被作为样板文章和期刊重点推荐宣传文章在IEEE SMC网站首页刊登。结合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。IIE(Institute of Industrial Engineer)是工业与系统工程领域世界著名的专业性学术组织,成立于1948年,原名为美国工业工程师学会,1981年更名为国际工业工程师学会。

    几年来,实验室结合解决工业过程自动化难题,开展应用研究,发表IEEE汇刊及IFAC会刊论文100余篇。“把论文写在中国工业生产实际中”,已经成为流程工业综合自动化国家重点实验室融化在血液中的理念。作为国际控制领域的领军人,柴天佑对中国控制技术的发展有着更高的追求。“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。”

     “你若精彩,清风自来”。近年来,实验室的学术影响力显著提升,已经成为工业过程综合自动化领域最有影响力的研究团队,在工业过程控制、优化和故障诊断等方向形成了四支国家自然科学基金创新群体。五年来,实验室主办了规模逾千人的第十一届全球智能控制与自动化大会(WCICA 2014)等国际与国内重要学术会议15次,并即将于2018年在沈阳主办过程控制领域全球顶级盛会IFAC International Symposium on Advanced Control of Chemical Processes(IFAC Adchem 2018),先后吸引11位国际知名学者前来学 术休假、开展合作科研,实验室成员应邀在IEEE和IFAC系列国际会议和国内会议作大会特邀报告76次,实验室主任柴天佑院士多次应邀在澳大利亚、加拿大、日本、土耳其和澳门召开的大型国际会议做大会报告,其中包括IEEE工业电子学会最大的会议——第37届IEEE工业电子学会年会、IEEE机器人与自动化学会最大的会议——第18届IEEE智能机器人与系统国际会议、国际过程控制领域最高水平的国际会议IFAC International Symposium on Advanced Control of Chemical Processes等,引起了国际控制界的广泛关注。

    IEEE控制系统协会(控制理论领域国际最高学术组织)主席、意大利帕多瓦大学Maria Elena Valcher教授访问实验室后在控制领域顶级期刊IEEE Control Systems Magazine上发表文章,对实验室给予高度评价,“实验室晚上九点时工作人员的数量之多令人吃惊……,在研究经费和科技获奖方面取得的成绩令人赞叹……,柴教授及其团队取得的成就在国际自动化领域不可比拟……”。


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