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4) 背景項目的主要發(fā)明點或技術(shù)創(chuàng)新點
(1) 成功開發(fā)出鋁電解槽槽況診斷與優(yōu)化決策模糊專家系統(tǒng)，建立了基于變論域技術(shù)的非對稱規(guī)則自調(diào)整機制，解決了鋁電解槽槽況診斷和預(yù)報的難題，實現(xiàn)了對鋁電解槽重要控制參數(shù)與工藝參數(shù)的優(yōu)化決策，并為標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的實施提供了新的技術(shù)支撐。
(2) 成功開發(fā)出現(xiàn)場總線型智能分布式槽控機，不僅在其外部通訊接口中采用CAN總線協(xié)議，而且首次應(yīng)用CAN總線技術(shù)實現(xiàn)其內(nèi)部智能模塊的互連，既大大提高了槽控機的性能，又有效解決了槽控機結(jié)構(gòu)簡潔與功能分布之間的矛盾，并以此構(gòu)造出基于CAN總線／以太網(wǎng)的兩級鋁電解過程控制系統(tǒng)。
(3) 研究建立起了一整套與智能控制技術(shù)相融合的 “四低一高”工藝技術(shù)條件及其保持技術(shù)，實現(xiàn)了現(xiàn)代工藝技術(shù)與自控技術(shù)的有機結(jié)合。
4.1.2 本項目的研究成果
在背景項目的研究中取得了一些令人可喜的成果，產(chǎn)生了較好的效益。但面對海量數(shù)據(jù)，其工作還存在著如下幾個問題：
(1) 當(dāng)前，國內(nèi)鋁電解控制系統(tǒng)一般都采用ACCESS或INTERBASE等本地數(shù)據(jù)庫或小型數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)容量有限，且隨著數(shù)據(jù)量的增加將會影響控制系統(tǒng)運行的性能。
(2) 鋁電解控制系統(tǒng)是一種信息孤島，其采集的海量數(shù)據(jù)只能在控制系統(tǒng)中使用。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們越來越不滿足當(dāng)前這種現(xiàn)狀，管理人員和技術(shù)人員希望在車間、工段甚至在遠(yuǎn)離生產(chǎn)車間的辦公樓內(nèi)或出差時，能隨時了解當(dāng)前所有電解槽的工作情況，掌握各種生產(chǎn)信息，了解實際生產(chǎn)的相關(guān)工藝參數(shù)，并隨時能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，及時分析槽況，獲取電解槽的發(fā)展趨勢，等等。
(3) 對控制系統(tǒng)的使用僅停留在槽況的監(jiān)視和各種工藝數(shù)據(jù)的調(diào)整。其產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)只是作為歷史數(shù)據(jù)以便進(jìn)行控制再現(xiàn)，而隱藏在這些數(shù)據(jù)之間的各種關(guān)系和信息人們無法獲取并進(jìn)行進(jìn)一步的分析。
(4) 對電解槽的各種工藝參數(shù)的調(diào)整往往憑借管理者的個人經(jīng)驗，未能考慮各單槽處于不同的時期，其影響的因素各不相同，且各因素對電解槽的影響作用各有變化，用戶不能從定量的角度進(jìn)行控制決策。
(5) 對一般電解槽槽況的獲取，是通過對控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性分析所獲得的，缺乏準(zhǔn)確性；目前雖然有專家系統(tǒng)可以提供分析，但專家系統(tǒng)基于樣本的選擇，不能對任何一臺電解槽考慮其歷史數(shù)據(jù)的影響。
在“以信息化帶動工業(yè)化”的背景下，為了加快和促進(jìn)鋁電解工業(yè)的快速發(fā)展，急需要解決上述問題。為此，以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在鋁電解控制中的應(yīng)用為研究內(nèi)容，以解決上述問題為目標(biāo)，我們進(jìn)行了較深入的實驗研究和理論探討，利用了我們前面提到的創(chuàng)新性模型(ESKD)，以及創(chuàng)新性技法(M算法等)對控制系統(tǒng)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，從而指導(dǎo)實際生產(chǎn)，在實踐中起到了較好的作用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
1) 創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)模型ESKD的應(yīng)用
如何增強鋁電解過程控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控級的槽況分析與優(yōu)化決策功能,是上個世紀(jì)90年代以來國際鋁業(yè)界頗為關(guān)注的研究課題。
本項目結(jié)合鋁電解生產(chǎn)實際反映的有關(guān)操作與管理槽況的技術(shù)難題，提出了開發(fā)具有“五自一優(yōu)一決”（槽況自診斷、設(shè)定電壓自修正、氟化鋁添加量自調(diào)整、陽極效應(yīng)自決策、出鋁量自下達(dá)、工藝參數(shù)優(yōu)化、槽況綜合判決）調(diào)控功能的專家系統(tǒng)的目標(biāo)。
為了使同一套模糊專家系統(tǒng)規(guī)則對不同的槽或同一臺槽的不同時期適用，我們總結(jié)了人類專家的推理過程，構(gòu)建了變論域?qū)＜夷：评頇C。推理結(jié)束后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的反映射，其基本原理同推理前的映射，不再論述。
通過在推理機中加入推理前映射和推理后映射，使得不同的槽，即使輸入同樣的數(shù)據(jù)，但由于每個因素的標(biāo)準(zhǔn)值不同（差值也不同），最大值、最小值不同，導(dǎo)致進(jìn)入專家系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)就不同，會觸發(fā)不同的專家系統(tǒng)規(guī)則，從而得到不同的輸出結(jié)果，再進(jìn)行推理后的反映射，發(fā)送到網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)就會大相徑庭，從而增加了模糊專家系統(tǒng)的智能性和適應(yīng)性。
我們提升了固有的用于鋁電解控制中的專家系統(tǒng),而構(gòu)造了基于知識發(fā)現(xiàn)的專家系統(tǒng)ESKD (2.3.1節(jié))。經(jīng)典的專家系統(tǒng)，都只能是從書本知識和領(lǐng)域?qū)＜夷抢锿ㄟ^知識獲取構(gòu)件以及通過推理機制等得到知識庫中的知識，再沒有獲得新知識的其它有效途徑。而ESKD恰恰通過新型KD(D&K)結(jié)構(gòu)模型 (詳見前面的2.2.3節(jié))，從新的知識源即數(shù)據(jù)庫與知識庫中產(chǎn)生新的知識，從而從根本上改變了“知識貧乏”這一窘境。
2) 創(chuàng)新性技法的應(yīng)用
針對鋁電解生產(chǎn)的實際情況，在ESKD的總體框架下，我們使用了如下一些主要的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)方法。
(1) 關(guān)聯(lián)分析
鋁電解過程中，影響電解槽運行的因素比較多。針對某些主要的因素來選取一定的典型樣本進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，這種挖掘方式應(yīng)用于鋁電解過程中，考察電解槽在一定時間屬性范圍內(nèi)的運行狀態(tài)，并對該時間段內(nèi)電解槽運行的主要工藝參數(shù)（槽溫、氟化鋁添加量、陽極行程、日總下料、日平均電壓、鋁水平、分子比等）進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，挖掘其隱藏的某些特性，為電解槽的后期生產(chǎn)提供決策依據(jù)。
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