執著半生創新理論 傾心軋制革新技術

隨著社會的進步和技術應用的發展，包含時間概念的動態軋制理論建立，也就是連軋，這是目前軋鋼中最重要的工藝

盡管我們國家引進了大量的先進裝備和技術，但由于消化吸收不充分，始終沒有實現軋制控制技術的國產化。要改變目前的狀況，應該走一條新路

軋制生產是一種古老而先進的材料加工方式，15世紀的法國人最先開始使用。幾百年來，其憑借生產方式簡單、效率高、成本低、產品質量高等優勢，不管是在古老的人工軋制方式時期還是如今的計算機系統控制階段，都在生產、生活各個領域普遍應用。

軋制理論的建立是在19世紀初，最初的理論屬于空間軋制理論，沒有時間概念。隨著社會的進步和技術應用的發展，包含時間概念的動態軋制理論建立，也就是連軋，這是目前軋鋼中最重要的工藝。隨著計算機科學的發展，現代控制論革新了傳統軋制理論，軋制等傳統工業的技術路線不斷發生變革。

中國的軋制理論研究從20世紀50年代開始，鋼鐵研究總院教授級高級工程師張進之就是國內最早研究軋制理論的專家之一。

“盡管我們國家引進了大量的先進裝備和技術，但由于消化吸收不充分，始終沒有實現軋制控制技術的國產化。要改變目前的狀況，應該走一條新路?！?0多年來，張進之始終致力于軋制理論的創新與技術開發應用，他在研究國外引進技術的基礎上，以計算機為手段，將軋制工藝理論與控制論相結合，在反復的數據分析、計算推論和試驗總結中，逐步建立了包含軋制過程中厚度控制、板型控制、張力控制技術等核心工藝在內的全新軋制工藝控制論，擁有自主知識產權，并已經在各大鋼廠軋機中實際應用。

“厚控理論解決的是張力和厚度的強耦合，板型理論解決板形和厚度的強耦合。運用這一理論能夠在比較差的條件下提高產品質量，進而實現最優控制?！睆堖M之介紹說。

厚控理論——動態設定型AGC

1955年，張進之考入東北工學院（即現在的東北大學）鋼鐵工藝系軋鋼專業。從那時起，他開始了在軋鋼理論研究領域超過半個世紀的拼搏。

1959年，還在讀書的張進之利用在鞍鋼第二中板廠搞科研的機會，詳細記錄了100多塊鋼的壓力、力矩等數據，并通過半年多的分析計算，收獲了他第一項科研成果—綜合等儲備原理的圖表法制定壓下規程，其技術關鍵是發現了單位軋制壓力可將限制壓下量的各因素（壓力、力矩、功率、電流、咬入角）進行統一分析。1978年，中科院梁國平研究員提出負荷函數概念，引用該方法將設計壓下規程解析化，并推廣應用到實際生產的計算機控制系統中。

1966年“香山會議”后，連軋數學模型研究班子成立，張進之參與其中，開始對連軋張力進行深入研究。張力是聯系各機架參數的紐帶，是連軋過程中最重要的參數。上世紀40年代，前蘇聯兩位院士分別建立了不同的張力微分方程，引發整個50年代的爭論，無果而終。

張進之在張力對鋼帶的厚度、壓力、力矩、前滑等的影響方面做了大量實驗，他發現，前蘇聯兩位院士的張力微分方程都沒有將張力自動反饋引入，他們建立的連軋理論并不完備。1967年，張進之根據守恒原理，通過數據分析推出了自己的精確連軋張力微分方程，并根據張力對厚度、力矩、前滑等的影響規律推出了多機架動態張力公式、穩態張力公式和秒流量相等條件，使秒流量相等條件由公理轉變為定理。他證明“連軋張力系統是可測、可控、漸近穩定的動力學系統，認識到了連軋的自動穩定調節功能，可實現張力最優控制”。此外，他還引入當量速度差和連軋慣性常數等新概念，得出連軋張力與當量速度差成正比、與連軋常數成反比的連軋定律。

這一理論同傳統的張力理論不同，是運用數學分析方法研究軋制過程建立的，這得益于張進之對數學的喜愛和他與科學院數學所的長期合作。理論一發表即刻引發了爭論，初時并不被我國軋制界接受，甚至是現在，爭議仍然存在。但是，這些并沒有影響到張進之進一步的研究和推廣工作，他也得到了機械部、一重、二重、天傳所和冶金自動化院的支持和推廣應用。

1978年，張進之發現“軋制過程中引起軋件厚度變化的擾動量具有可測性”的規律，由張力公式推導出張力間測厚方法，建立了動態設定型變剛度厚控方法（簡稱“動態設定型AGC”），使厚控理論更加完備。

“動態設定型AGC的特點是響應速度快，消除擾動的輥縫調節可以一步到位，將厚度自動控制從隨機問題轉化為確定性問題?！睆堖M之介紹，這一厚控方法于1986年在一重實驗連軋機實驗成功，并通過機械委和冶金部組織的專家鑒定。鑒定意見認為“動態設定型變剛度厚度的理論和方法，在國際上是首創的，具有國際先進水平。鑒于動態設定型變剛度厚度方法對板帶材厚度自動控制系統的設計、調試，以及提高板帶材的精度有重要的技術經濟價值，推薦申請國家科技發明獎?！?/p>

之后，動態設定型AGC先后在哈爾濱101廠 1700，西南鋁加工廠 1400、2800鋁帶軋機，濟鋼2500，鞍鋼2350，韶關2500，美國citisteel4064等多套中厚板軋機上推廣應用。

1996年，動態設定型AGC代替西門子厚控數學模型，在寶鋼2050熱連軋機上成功應用，使2050熱連軋機的厚控精度提高一倍。同年，動態設定型AGC獲得國家發明獎三等獎。

在寶鋼2050成功應用的經驗基礎上，2003年，攀鋼1450熱連軋機控制系統采用動態設定型AGC替代了原引進的GE厚控數學模型，改造應用成功。這一項目獲得2005年四川省科技進步一等獎和2006年國家科技進步獎二等獎。

實驗證明流量AGC可以自動消除（或減少）軋輥偏心的影響，使1450熱連軋機的厚控精度向冷連軋靠近，寬度精度大幅提高，并能夠簡化活套控制系統。寶鋼和攀鋼應用的極大成功，使之后動態設定型AGC在川威950、泰鋼950、港陸1250等多套熱連軋機上的應用更加順利。

張進之介紹，動態設定型AGC 更傾向于在落后設備上應用，因為“先進設備的產品精度本來就很高，有點擾動也體現不出來。在不更換硬件的前提下，在落后軋機上通過簡單的計算機控制系統操作應用我們的理論軟件，最終提高產品質量，從目前國內的情形來看更具實際意義”。

“現在，動態設定型AGC在熱連軋機上的應用已基本定型，各個應用項目現在仍在工作。我現在的推廣重點是在冷連軋機上，已經同宜昌三峽全通涂鍍板股份有限公司在談，爭取在冷連軋機第一機架上使用動態設定型AGC。如果能夠做好，切實提高產品精度，那就是突破，下一步就好做了。”提到這套厚控理論未來的應用，張進之自信滿滿。

板形理論——解析板形剛度理論

厚度控制是壓力的正反饋，成熟厚控理論的廣泛應用，使板形控制問題突出。板形理論的研究遠早于厚控理論，但一直沒有取得重大突破，發展得也不如厚控理論完備。軋制理論中，板形和板厚的控制一度是矛盾的，日本人提出采用最佳當量剛度分配，即適當降低厚控精度以提高板形精度。

1992年，張進之開始進行板形測量和控制理論研究。軋鋼是軋機、軋件和軋輥相互作用的系統，必須有軋機的參數和軋件的參數。但張進之在研究中發現，板形理論只有軋機的參數，沒有軋件的參數。這一突然發現使他已持續研究4年的板形理論研究有了突破性進展。

1996年，張進之提出軋機板形剛度和軋件板形剛度新概念，發展了原有的新日鐵軋件遺傳變形理論，建立了板形測控數學模型。他與經典梁撓度理論相聯系，應用微分法推導出了軋件參數計算公式，包括板形剛度方程和軋件感度系數等，最終建立了自己的解析板形剛度理論。

張進之在論文中詳細介紹了這一理論建立的不同階段：“第一階段，從美國的軋件剛度及數學表達式、日本的板形遺傳數學模型，推出了軋機板形剛度的表達式；第二階段，得益于陳先霖院士‘美國軋件剛度表達式不適合作為軋件的板形剛度’的啟發，將軋機的板形剛度定義為軋機的橫向剛度除以軋件寬度，推出了軋件板形剛度的數學表達式；第三階段，進一步簡化解析板形剛度理論，運用數學變換消掉了軋機和軋件板形剛度參數，將板形和板厚統一起來?！?/p>

解析板形剛度理論微分表達式能夠以動態負荷分配方式同時提高板形和板厚的精度。2004年，這一理論方法在新余中板軋機上應用，取得了良好的效果，獲得了江西省和鋼鐵協會的獎勵。

2010年，突破層層波折和困難，在“試驗成功才給錢，差旅費都沒有”的“不平等條約”下，張進之終于將自己的板形理論推廣到攀鋼最新的1450軋機上應用。2010年各項試驗已基本成功，今年評估鑒定通過即可投產使用。

“科研就是到處跑，哪個點成功了算哪個。”現在，“貪心”的張進之已經開始在寶鋼調研，尋求合作的機會。就在采訪前一天，他剛從寶鋼回來，“這次去主要是同作業長們交流，這個要慢慢來?！崩先苏f話有些謹慎，但了解他的人都清楚，這么多年，他都是通過嚴謹和執著感動別人，獲得認可。相信這一次，也不會例外。

創新共贏 期冀明天

回首50多年的研究之路，張進之說自己取得成功的關鍵是合作?！拔抑饕峭瑪祵W和控制合作，和數學合作發展理論，和控制合作推進理論轉化為應用。多年的工作中我建立了龐大的合作網絡，與鋼廠企業建立了最大程度的信任?！?/p>

“另一個就是機遇。國營企業的幾次引進我都參與其中，做了一些工作，掌握了一些數據，打下了很好的基礎。我能做到創新是因為機遇好。”張進之說。但現在他的理論仍不算大范圍的應用，國內的軋制工業總體還是在“跟著國外的路子走”。

“現在的引進都是成批量的，大中小企業一窩蜂地引進，引進以后卻不能很好地消化吸收。各家都不太懂，還互相保密。主要還是因為鋼鐵產業發展太快，利潤很高。”提到設備和技術的盲目引進，老人充滿無奈。“現在大家都說，要看好設備到中國。但是中國生產的鋼板質量比日本和德國要差一些，設備不如我們，質量卻趕不上人家。以前都認為是管理不行，實際上最關鍵的在于技術?！?/p>

“按國外的路子走，始終是跟在別人后邊。從目前的情況來看，要趕上國外，必須走一條新路，這就是我70多歲還老是往鋼廠跑的原因?！睆堖M之說，我們要建立新的路徑和平臺，“中國不能老引進”。但是，要突破目前局面還需要一個很長的過程，用先進理論方法改造舊設備進而提高產品質量，不失為一條可行之路。

張進之希望國有企業不要一味追求高精度技術和設備的引進，切實掌握才是最根本的。他還希望國家能夠對傳統工業給予一定的重視，國家政策的支持和鼓勵對于傳統工業的改造至關重要。

“國外是靠裝備創新和復雜控制系統提高產品質量的，屬外因論方法；中國應當通過找到軋制工藝控制過程內部規律，并利用其規律控制生產過程而提高產品質量的，屬內因論方法。總之，用工藝控制對象的工作機理和本質，仍然是最根本的發展策略，在此基礎上的理論結合，將會形成一套完整的工藝控制理論?！睆堖M之在一篇論文中為自己的理論研究和技術創新做了精準總結。

由于貢獻卓著，張進之教授得到了國內外軋制、自動化界的高度評價。他先后榮獲國家“六五”、“七五”科技攻關獎，國家發明獎，省部級科技進步獎等各項獎勵十余次，并被授予“國家特殊貢獻專家”等榮譽稱號。

張進之傾心軋制工業，將軋制理論從描述靜態平衡關系發展到動態解析理論的新階段，在降低生產成本、簡化機電裝備的情況下，仍保證提高板帶材質量。他的軋制工藝控制論確實達到國際先進水平，并有各型號軋機應用成效佐證。

張進之還有另外一個推廣自己理論的平臺，那就是學校與學生。他從1983年就開始帶研究生，現在也是太原科技大學、西安建筑科技大學等校的特聘教授，最近又與昆明理工大學建立了聯系。他把自己的理論傳授給學生，把學生引薦到鋼廠的生產第一線，給學生提供工作機會的同時，又給鋼廠提供新鮮血液，時時不忘合作愉快、雙贏互利。

多年來，張進之在《中國科學》、《中國工程科學》、《金屬學報》、《鋼鐵》等刊物上發表學術論文200多篇，主要代表作有《連軋張力公式》、《壓力AGC參數方程及變剛度軋機分析》、《連軋理論與實踐》、《解析板形剛度理論》、《動態設定型板形板厚自動控制系統》等，其理論和觀點被多部教科書、專著加以引用。

就是這位老人，他不囿傳統，大膽采用數學方法分析控制問題，執著推進；他執著半生，硬是靠著執著和嚴謹打動了無數合作者；他不為私利，抱著服務國家、雙贏互利的心態同鋼廠、科研院所合作；他自信滿滿，身處爭議漩渦中仍淡定自處，潛心科研；他“野心勃勃”，努力開辟學校作為自己理論的推行基地，渴望花開遍地、桃李滿山。

“我以前寫了很多文章，為的是能夠被后人研究應用。而現在，在有生之年能看到自己的理論方法實際應用并被越來越多的人接受，我已經很高興、很滿足……”一席話從這位已過古稀之年的老人口中緩緩流出，輕松的語氣中飽含著對過往的肯定和滿足。但他隨后的一句“我是19世紀的人，因為那是傳統工業最輝煌的時期”，又暴露了他對軋制理論創新應用、對傳統工業現代化發展以及對于未來的無限期許。