基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統研究

扈然

摘 要：余熱鍋爐是當前工業企業生產過程中利用廢氣、廢料或廢液中顯熱或者其他可燃物質燃燒之后產生大量熱量的一種鍋爐類型。隨著現代化技術及設備推廣使用，智能化余熱鍋爐在工業節能環保工作中所發揮的作用與日俱增。因而，設計開發出基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統無論是對于工業企業還是環保事業發展而言均具有重要的應用價值及研究意義。為此，文章將著重從其系統結構方面展開論述，分析基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統各部分模塊構成，以為其他設計研究工作提供幫助。

關鍵詞：知識工程；余熱鍋爐；智能設計系統

前言

余熱鍋爐（Heat Recovery Steam Generator，HRSG）因其能夠有效利用工業企業生產過程中的各種廢棄物質繼續生熱，可以為其創造出更為良好的經濟效益，因而被工業企業所廣泛關注并已經應用在各個領域之中。為此，文章將從用戶界面層、功能層以及基礎資源層對基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統展開進一步分析，從而探究在現代化、智能化技術條件下余熱鍋爐的設計思路，在豐富當前現有研究體系內容的同時，為智能化余熱鍋爐進一步推廣使用積累經驗。

1 基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統結構層分析

1.1 用戶界面層

用戶界面層位于本次研究中所設計的基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統最頂層。其所具有的功能主要是在系統與用戶之間搭建良好的交互渠道，利用直觀清晰的人機交互（Human-Computer Interaction，HCI）界面來實現具體參數的設置、產品的設計與開發以及各種數據信息的反饋等。其設計的具體原則如下：

首先，以用戶為服務中心原則。鑒于余熱鍋爐的應用主要集中在工業企業，特別是在金屬/礦石冶煉、機械加工、造紙等行業，產生的大量高溫物質仍然在不斷散發熱量，通過余熱鍋爐可以利用廢棄物質進一步發揮余熱，所以系統設計時應充分考慮到工業企業具體工作內容以及操作人員特征，根據實際情況促使用戶參與到開發過程中，以使得系統設計更具針對性。

其次，順序原則。在用戶界面層，其設計應按照事件的具體處理順序以及訪問查看的順序來實施，如：由整體到單項、由大到小、由上層到下層等。只有按照相應的順序才能夠實現人機界面的有效交互，幫助操作者提高操作效率，保證余熱鍋爐處在安全運行狀態之中。

第三，功能性原則。依據工業企業生產環境的不同，余熱鍋爐智能系統中各個子系統以及相應操作模塊應在同一個顯示界面中具有直觀清晰的表示，在有必要的情況下需滿足多項人機對話與信息交互的同時性功能需求。此外，在設計時還應將功能區進一步細分，逐層顯示提示信息以及相關的功能內容、操作要點等，提高用戶界面層的易操作性。

第四，面向對象原則。由于工業企業中管理者具體崗位以及重要性存在顯著差異性，因而在設計之初就需要考慮其身份特征以及相應的工作性質，并在不同界面中采取彈出式窗口顯示提示、引導和幫助信息的方式提升系統交互水平[1]。

1.2 功能層

功能層是整個系統的核心部分，其主要包括各個子系統功能模塊、參數化設置模塊、知識管理模塊以及用戶管理模塊。各個模塊的具體功能描述如下：

子系統功能模塊。在文章設計的基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統中除了包括機械本體部分受熱面管理外，還包括了數據信息采集系統、傳輸系統、報警系統等子系統模塊，所以設計的結構應在一級系統單元下預設二級甚至是三級子系統應用模塊并預留出足夠的升級改進空間，以待未來科學技術進一步發展而對其進行現代化升級。子系統功能模塊最終所要實現的功能是為操作人員提供便捷服務，使得操作人員可以足不出戶即可掌控整個余熱鍋爐工作全過程。同時，依據工業企業具體生產計劃來及時變更設置參數，確保其所獲得的經濟收益能夠達到最大化。

參數化設置模塊。在該模塊中參數設置頁面分為了參數說明、參數數值以及變量名稱三個顯示項目。而變量名稱可以采用global+變量名進行調用。其所起到的功能是操作人員根據日常生產計劃安排及時調整余熱鍋爐工作狀態以及電力能源供給功率，使得系統運營過程中相關參數能夠與工業企業生產計劃相一致，既不過多浪費電力能源，又不會降低廢棄物質發熱效率，經濟效益與環保工作能夠實現有效平衡，最終達到“雙贏”的目的。

知識管理模塊。知識管理模塊主要是將余熱鍋爐日常運營過程中反饋回來的各項數據信息進行備份存儲，同時將特定文件存放在數據庫之中以方便用戶日常檢索與利用。同時該模塊還添加了余熱鍋爐故障問題信息以及解決措施的提示功能，一旦當余熱鍋爐在使用過程中發生機械故障或者電路故障，系統可以根據預先設置的相關資料及時判斷故障位置并將其提示給操作人員，從而促使其在最短時間內解決存在的故障問題，恢復余熱鍋爐的正常工作。

用戶管理模塊。用戶管理模塊主要是針對工業企業不同崗位人員的具體職能以及權限進行管理，從而賦予其與身份相匹配的工作權限。以高層管理者為例，其擁有查看整個系統任何功能模塊以及數據庫信息的權利，并根據余熱鍋爐工作成果來反推日常生產中存在的問題，繼而實施針對性的改進。而基層的操作人員或者維修人員則實施具有基本的操作、查看/設置相關參數、維修的權限，并不能進一步對核心數據心信息進行檢索，以此來保障工業企業核心數據安全以及系統運行的安全系數。

1.3 基礎資源層

基礎資源層是該系統功能層的支持部分，涵蓋了余熱鍋爐各種故障實例、相應參數的設置規則、故障信息運算處理模型、數據信息存儲的數據庫等方面內容[2]。其所起到的具體功能則是輔助系統運行以及相應故障問題的解決，并作為新增實例信息更新存儲部位。

2 基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統關鍵技術解析

在文章針對基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統進行設計過程中，其所使用的關鍵技術為基于實例的推理技術（Case Base Reasoning，CBR）。其主要是根據以往余熱鍋爐各種故障以及設計成功實例來檢索出與當前該鍋爐使用過程中發生問題最為接近的實例作為初始解，經過不斷對初始解進行修改，以此來符合現有存在的問題，以此來為新問題發生后的解決提供幫助。具體操作步驟為用戶根據相應特征將信息輸入到系統之中與已經存在的實例進行匹配，例如：鍋爐結構形式、余熱煙氣量/溫度、額定蒸發量/蒸汽壓力等[3]。系統通過運算模型進行處理，計算灰關聯系數。當灰關聯系數大于閾值時，即將提示匹配成功，從而得到相應問題的相似解。之后結合操作人員干預調整之后的參數得出最終解決方案，以此來提升其處理效率及能力。

3 結束語

綜上所述，基于知識工程的余熱鍋爐智能設計系統是當前工業企業提升經濟效率的有效途徑之一，因而需要引起足夠的重視并加大科研投入支持力度，以此來不斷推陳出新，設計出更加適合其生產與發展的余熱鍋爐智能系統。希望此次研究能夠為該系統的推廣應用略盡綿薄之力。

參考文獻

[1]譚尚拓，仲梁維.基于模塊化的余熱鍋爐快速機械設計系統開發[J].東華大學學報（自然科學版），2013，14（4）：432-435.

[2]王國珍.貴冶閃速爐余熱鍋爐改造[J].銅業工程，2014，11（6）：22-25.

[3]賈禮鳳，趙高暉，仲梁維.基于模塊化的余熱鍋爐快速設計研究[J].機械工程與自動化，2015，25（2）：34-36.