智能制造模型系统开发

模型综述

本团队主要的技术优势在于模型开发，而且模型开发的重点与行业发展趋势基本一致，有时虽说晚几年，但是考虑到行业发展和成熟性，也在正常时间区间内。

团队的模型开发始于1990年。 当时的行业趋势主要是离线模型，因而团队成员早年的开发也在于此，比如德国DFG项目中有限元模型开发，在美国摩根四年涉及100多套传统 行业材料加工的模型开发，以及稍后的网站系统中有限差分法模型开发，在网上大量销售的高温材料随温度变化的模型数据，流变应力模型开发，等等，都是离线模型。

自1990年代末期起，在线模型时代到来，比如二级系统模型，以及本团队特有的新一代二级系统的模型。本团队 在线模型的开发主要与软件开发结合，因为涉及到机器学习和各类软件架构等。

1、德国DFG有限元模型开发，开创了有限元模拟在复杂大变形热学力学模拟方面，工厂应用的世界先河，开发了一套全模型和一套适合今日机器学习的简化模型。模拟领域涉及多种型钢大变形。

2、美国摩根100余套模型开发，包括材料在诸方向变形、力能需求，和微观组织和力学性能预报等等模型。

3、有限差分法模型开发，在某世界级大公司原有软件系统的基础上进一步优化，参考了现场十几本1000余页现场测量结果，可在零点几秒内计算50多道工序的任一时刻的 温度场。

4、用于网上高温数据销售的模型，比如流变应力随温度、变形量、变形速度和材质相关的大量数据；高温下力学性能和热学性能随温度变化的模型数据 。

5、常温下力学性能和热学性能的模型数据。

6、在线模型中，生产线二级系统中大量的模型数百个，涉及到生产过程在线控制的各个细节方面 。

7、锂电池相关的浆料搅拌、涂覆、烘烤、辊压、分切、卷绕、分容等等一系列加工过程中相对应的模型开发。

8、 PI膜生产过程的一系列工段中，加工操作模型开发。

9、其它相关的模型开发，设计生物技术相关的诸多模型。
 

基于模型的智能系统示例

1、德国DFG模型项目

此为有限元人工智能模拟项目，是德国国家课题，为了认证此套模拟技术从计算成本和模型预报精度等方面，在预报大型复杂断面型材变形方面，皆可用于工厂的生产。

2、在美国摩根的经验模型

在德国毕业前夕，本人受聘已经受聘于美国摩根建设公司（已与西门子合并）的高级工程师主管。本人建模的数据源来自于该公司100多年来从世界各地客户中所采集到的大量数据 、此公司自己进行的五年实验中采集的数据、本人从德国带过来的15年高速线材轧制研究成果的大量数据（包括四十余篇博士论文），以及为了使公司领先 世界的高速线材轧机的问题解决，我们在各个客户工厂所采集的大量数据，比如在美国克利夫兰，我们的工程师就住在现场几个月把高速线材轧机挖个洞 ，从中测出数据。这些大量的数据，最终综合到我的手上，因此我开发了三组100多套模型，包括材料变形模型系列，材料的力能及功率需求模型系列，以及材料微观组织和力学性能预报的模型系列。

在轧制中，材料在受到辊压下时沿长度的方向的速度，与轧辊沿长度方向线速度的相对差异称为前滑。前滑模型和其它所有模型一样是基于轧制的过程参数预报出来的。图中前滑的预报值与实测值进行了对比。总体误差很小。有意思的是，比如尺寸0.668（直径0.668英寸），预报值在两次实测的数值之间，似乎比每个实测值都更准确！在高速线材生产中，一个马达带动8-12架高速轧机，只有调整变形参数才能形成轧件速度变化从而调整机架间张力，否则会造成轧机震动！国内有大量的高速轧机有震动问题！比如某飞机加工厂（X飞）曾为摩根代加工高速线材轧机，此后便自己生产轧机；近期某专家列出的轧机震动清单中，有大量来自此厂的轧机！

从德国金属成型研究院到美国摩根的三组100多套模型的设计与计算。基于韩国浦项和中国太钢等企业的孔型设计中精准模型计算，已经获得太钢等企业的充分验证。本人之前攻读博士学位所在的金属成型研究院，在80年代建立了可以达到每秒70米轧制速度的四连轧线棒材轧制，此后经过几十年的研发，有40多篇博士论文；摩根（现在已经与西门子合并）进行过五年的实验室轧制，以及基于此公司100多年来在世界各国的客户中所采集到的大量数据。基于此，本人开发了三组100多套模型，包括材料变形、力能、微观组织和力学性能等。

太原钢铁公司曾经让本人进行网上软件的运行，现场人员将运行所得的数据与现场实测的数据进行对比，发现的一致性使得太钢人员大为惊奇！ 在众多的在线软件中，有两套设计软件，作为线棒材设计模拟之用，第一套让非设计人员进行现场数据的设计，界面上只出现现场操作时的术语；第二套照顾到了全方位的可能的影响因素。两套皆基于大量的模型运算，将复杂的模型预报藏之背后。还有大量的力能参数计算模型，仅金通网上就有几十套这样的软件。

3、二级系统和新一代二级系统模型

本团队对二级系统的改进，将金相学模型结合到二级系统之中，首先将材料按化学成分而非用途进行优化归类，并解决了持续增加的新品种管理问题。尤其是结合金相学原理，为每个品种（包括每个钢种、每个尺寸规格、每个生产方式以及每种坯料尺寸等）单独设计模型，且为了模型的高精度，为每个品种在高、中、低温度区各设计一套模型。由此可为每个厂设计了数千至数万套模型。目前这些针对各品种的数据模型，已经成功地全面应用于美国俄勒冈公司和中国南钢等企业。比如使得美国俄勒冈公司高强钢3500mm宽5mm厚度等产品由原来几乎每日都有次品改善为半年都没有类似次品（半年回访时客户评价），以及使南钢各种高强难轧品种顺利轧制。

更多关于此套模型系统可见于深入的讨论。

4、基于温度场计算的有限差分法模型

为冷却中从轧制到穿水冷却的一整套温度模拟的有限差分法计算。基于有限差分法，对在摩根使用多年的温度， 轧制和水冷温度计算的模型进行了进一步的优化，可以精准的计算出轧件在近20初轧和中轧道次， 道次间空气冷却、此后的穿水冷却、8-12道次高速轧制以及斯太尔摩过程中的任何一个时刻的温度场。利用摩根100多年来所采集的各类温度测量数据 所建立的模型，从而确保计算过程的精准性。摩根在现场采集实验所获得的数据总共有十几本共计几千页。

摩根（现在已经与西门子合并）进行过五年的实验室轧制，以及基于此公司100多年来在世界各国的客户中所采集到的大量数据。基于此，本人开发了三组100多套模型，包括材料变形、力能、微观组织和力学性能等。

摩根的斯太尔摩生产线（最早出现于大学教科书内）的计算，充分考虑到了钢卷中温度分布，以及钢条芯部与表面温度的差异，等。

根据现场所记录的生产过程数据进行了模拟，模拟所得的结果与生产记录的实测结果基本一致，有对比数据的图示。 图中十余道次热轧和此后穿水冷却过程的表面温度的计算值与测量值测量值进行了对比。在生产中只有表面温度能够测量。

5、新兴制造业一百多套模型

基于摩根时期基于德国和美国数据建立了100多套模型；在此后进入新兴行业后，又开发了新兴行业的100多套模型，比如锂电池制造相关浆料准备、涂覆、烘烤、辊压、分切、卷绕等模型，和PI膜生产各个工段模型。本团队所有项目都是以模型开发为开始，经过基于在线数据的机器学习使得模型在对应生产线上极为精准，然后根据各类需求开发智能系统。

6、用于模具设计的材料变形模型

太原钢铁公司曾经让本人进行网上软件的运行，现场人员将运行所得的数据与现场实测的数据进行对比，发现的一致性使得太钢人员大为惊奇！还有两套模拟软件，作为线棒材设计模拟之用，第一套让非设计人员进行现场数据的设计，界面上只出现现场操作时的术语；第二套照顾到了全方位的可能的影响因素。两套皆基于大量的模型运算，将复杂的模型预报藏之背后。还有大量的力能参数计算模型，仅金通网上就有几十套这样的软件。
 

制造模型开发及咨询项目清单

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