羅小川:創(chuàng)新技術(shù)助力流程工業(yè)綜合自動化

流程工業(yè)是指通過混合、分離、成型或化學(xué)反應(yīng)使原材料增值的行業(yè)，其生產(chǎn)過程一般是連續(xù)或成批的，需要嚴(yán)格的過程控制和安全性措施，具有工藝過程相對固定、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品規(guī)格少批量大等特點，主要包括化工、冶金、石油、電力等行業(yè)。

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場需求的不斷擴(kuò)大，要求流程工業(yè)企業(yè)在保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的同時，達(dá)到節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的目標(biāo)；而隨著計算機(jī)通信技術(shù)在制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，制造系統(tǒng)也向著高度信息化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化制造模式出現(xiàn)。在這種情況下，研究面向網(wǎng)絡(luò)化制造模式的制造系統(tǒng)管理與運行，及以實現(xiàn)各項生產(chǎn)指標(biāo)（如經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、能耗指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)）最優(yōu)化為目標(biāo)的綜合自動化系統(tǒng)，成為流程工業(yè)新的探索和發(fā)展方向。

東北大學(xué)流程工業(yè)綜合自動化教育部重點實驗室副教授羅小川，緊緊把握該領(lǐng)域前沿發(fā)展方向，以勇于爭先的精神和獨特的創(chuàng)新性思維，在流程工業(yè)綜合自動化的新理論、新技術(shù)、新方法方面貢獻(xiàn)了力量。

適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化制造 提出分布式網(wǎng)絡(luò)化測量方法

為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化制造模式的發(fā)展，羅小川首先在國內(nèi)開展了基于CORBA(Common Object Request Broker Architecture)技術(shù)和DMIS(Dimensional Measuring Interface Standard)標(biāo)準(zhǔn)的分布式網(wǎng)絡(luò)化測量實現(xiàn)技術(shù)的研究，從系統(tǒng)模型、靜態(tài)性能評價、動態(tài)時間性能管理、網(wǎng)絡(luò)化測量設(shè)備的實現(xiàn)等方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)的探索，旨在實現(xiàn)測量設(shè)備和應(yīng)用軟件的即插即用、遠(yuǎn)程測量和控制、系統(tǒng)動態(tài)配置和優(yōu)化。

羅小川通過分析網(wǎng)絡(luò)化制造對測量應(yīng)用的需求，以 CORBA和DMIS作為實現(xiàn)分布式測量的基礎(chǔ)，建立了分布式測量系統(tǒng)框架模型。在系統(tǒng)通信模型中，采用客戶機(jī)—代理—服務(wù)器和事件訂閱—發(fā)布兩種通信模型，建立基于 CORBA 的 DMIS 接口語義體系，在分布式測量環(huán)境中通過 DMIS 調(diào)用/響應(yīng)的方式處理 DMIS 測量信息；在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型中，定義測量節(jié)點的基本組成模型以及測量節(jié)點間的互操作模式，建立以分布式測量節(jié)點為基本組成單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型；在系統(tǒng)功能模型中，將分布式測量的功能劃分為粒度更小的基本功能，建立基于 CORBA 分布式環(huán)境的、以分布式組件為基本功能實現(xiàn)的系統(tǒng)功能模型，通過系統(tǒng)服務(wù)組件、系統(tǒng)功能組件、內(nèi)部應(yīng)用組件和外部應(yīng)用組件之間的互操作實現(xiàn)分布式測量。

他研究了基于系統(tǒng)模型的系統(tǒng)靜態(tài)性能分析方法，根據(jù)系統(tǒng)的運行情況，將系統(tǒng)抽象為多用戶多服務(wù)臺非搶占優(yōu)先排隊網(wǎng)絡(luò)模型。針對系統(tǒng)用戶具有單向變換性而采用隔離分析方法，根據(jù)Chapman-Kolmogorov方程獲得了全系統(tǒng)的平衡狀態(tài)描述，通過Laplace-Stieltjes變換給出了系統(tǒng)靜態(tài)性能指標(biāo)的定量描述，進(jìn)而研究了分布式測量系統(tǒng)的動態(tài)時間性能管理算法，用來實時調(diào)整系統(tǒng)的運行參數(shù)，使系統(tǒng)在動態(tài)變化的環(huán)境中保持時間性能的優(yōu)化。由于系統(tǒng)運行狀態(tài)的復(fù)雜性，難以獲得動態(tài)變化的系統(tǒng)狀態(tài)與時間性能的解析關(guān)系，為此他運用無窮小攝動分析方法，將系統(tǒng)的動態(tài)運行狀態(tài)作為系統(tǒng)仿真的數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)時間性能對系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的變化靈敏度。然后根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的靈敏度數(shù)據(jù)，運用線性二分遞歸算法計算新的系統(tǒng)參數(shù)值，使系統(tǒng)達(dá)到最佳時間性能。系統(tǒng)實驗表明，系統(tǒng)靜態(tài)性能描述和動態(tài)時間性能優(yōu)化方法能保證系統(tǒng)時間性能在允許的范圍內(nèi)變化。

在建模方法和優(yōu)化理論成熟后，羅小川又以航天某廠集成制造系統(tǒng)為應(yīng)用背景，通過在Windows環(huán)境下實現(xiàn)分布式測量軟件系統(tǒng)，開發(fā)了面向網(wǎng)絡(luò)化測量的多關(guān)節(jié)測量機(jī)，建立完成了分布式測量原型系統(tǒng)。隨后，進(jìn)行了系統(tǒng)分布式測量過程試驗、原型系統(tǒng)的靜態(tài)性能評價和優(yōu)化配置測試、原型系統(tǒng)的動態(tài)時間性能管理測試等實驗測試，結(jié)果表明：創(chuàng)新型的基于CORBA和DMIS的分布式測量實現(xiàn)技術(shù)正確可行，為解決網(wǎng)絡(luò)制造模式下分布式測量系統(tǒng)的實現(xiàn)和運行調(diào)度等問題提供了創(chuàng)新的思路和方案，為分布式網(wǎng)絡(luò)化測量技術(shù)的最終實現(xiàn)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

面向節(jié)能降耗 探索全局綜合生產(chǎn)指標(biāo)最優(yōu)化

不同于傳統(tǒng)方法分別處理各個生產(chǎn)工序，綜合自動化方法立足全局，著眼于整個生產(chǎn)流程，以實現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)的優(yōu)化和控制為最終目標(biāo)。這就要求企業(yè)不僅考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、安全指標(biāo)，還要探索達(dá)到節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)等多項要求，多目標(biāo)動態(tài)優(yōu)化分解技術(shù)成為研究的核心與關(guān)鍵。在這方面，羅小川已有成功的項目經(jīng)驗。

針對煉油工業(yè)能耗和污染兩大問題，他倡導(dǎo)綠色制造，加強(qiáng)物質(zhì)能源的循環(huán)利用，探索實施清潔化生產(chǎn)工藝過程，以新的集成調(diào)度模型和優(yōu)化算法，從生產(chǎn)過程全局進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度，強(qiáng)調(diào)清潔指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的協(xié)調(diào)優(yōu)化。

羅小川以著色路徑圖分析方法描述清潔化生產(chǎn)中的物質(zhì)流和能量流超結(jié)構(gòu)，設(shè)計多目標(biāo)MINLP 模型和Pareto 解的啟發(fā)式混合智能搜索算法，最終建立了面向清潔化生產(chǎn)過程的集成調(diào)度層次優(yōu)化策略和協(xié)同優(yōu)化方法，開發(fā)了清潔化煉油生產(chǎn)集成調(diào)度原型系統(tǒng)。實驗數(shù)據(jù)仿真計算表明，該系統(tǒng)研究能夠?qū)崿F(xiàn)減污節(jié)能清潔指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的集成優(yōu)化，效果好于傳統(tǒng)的局部優(yōu)化方法。

目前，羅小川著力推進(jìn)的“面向節(jié)能降耗的煉鋼—連鑄—熱軋過程運行優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究”項目，也是一項多目標(biāo)動態(tài)優(yōu)化、綜合優(yōu)化的探索。煉鋼—連鑄—熱軋生產(chǎn)過程受原料成分、運行工況、設(shè)備狀態(tài)等多種不確定因素的干擾，具有動態(tài)變化特性。現(xiàn)有基于人工操作的生產(chǎn)運行方式，難以協(xié)調(diào)優(yōu)化各控制系統(tǒng)來適應(yīng)這種動態(tài)特性，導(dǎo)致能耗高、質(zhì)量差等問題始終存在。

羅小川針對煉鋼—連鑄—熱軋生產(chǎn)的需求和能耗問題，以著色路徑圖描述鐵素流和能量流的超結(jié)構(gòu)，提出路徑圖的分析、解耦技術(shù)；研究用模糊數(shù)和數(shù)據(jù)包絡(luò)模型優(yōu)化運行指標(biāo)的方法；對生產(chǎn)過程建立具有微分代數(shù)表示的多目標(biāo)動態(tài)優(yōu)化模型和模型修正方法，提出DAE的變步長離散數(shù)值化方法和Pareto 解的啟發(fā)式混合智能搜索算法；建立運行優(yōu)化算法的收斂性、穩(wěn)定性和魯棒性分析方法；提出運行優(yōu)化的兩層協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，實現(xiàn)生產(chǎn)過程多項指標(biāo)的綜合優(yōu)化。

鋼鐵、石油化工、有色冶金等流程工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)，流程工業(yè)綜合自動化的實現(xiàn)對于提高其核心競爭力、實現(xiàn)國家節(jié)能減排目標(biāo)具有十分重大的意義。

羅小川，1974年生，四川省西充縣人。東北大學(xué)流程工業(yè)綜合自動化教育部重點實驗室副教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)為國家自然科學(xué)基金同行評議專家，IJPR、EJIE等國際期刊審稿人，IEEE會員。1997年7月獲學(xué)士學(xué)位，1999年7月獲碩士學(xué)位，2002年7月獲哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動化測試與控制系精密儀器專業(yè)博士學(xué)位。2003年至2004年受法國EGIDE基金資助，在法國UTT大學(xué)LOSI實驗室從事博士后研究工作，2004年回國在東北大學(xué)進(jìn)行教學(xué)科研工作。主要研究方向為動態(tài)環(huán)境下優(yōu)化算法設(shè)計與分析、最優(yōu)化方法，復(fù)雜生產(chǎn)過程計劃與調(diào)度，鋼鐵生產(chǎn)過程動態(tài)優(yōu)化，化工過程運行優(yōu)化方法，嵌入式技術(shù)與優(yōu)化系統(tǒng)。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和會議上發(fā)表論文40余篇，其中EI檢索24篇，SCI檢索6篇；出版專著1部；獲軟件著作權(quán)1項；獲遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎一等獎1項、三等獎1項。2008年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃，2009年入選遼寧省“百千萬人才工程”。