國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)“高端控制裝備的設(shè)計(jì)開發(fā)平臺研究與應(yīng)用”——攻克高端控制裝備關(guān)鍵技術(shù)

   半個(gè)多世紀(jì)以來，我國重大裝備制造業(yè)的“大腦”——高端控制裝備幾乎完全被國外壟斷，成為中國工業(yè)大而不強(qiáng)、受制于人的關(guān)鍵之“痛”。

　　“設(shè)備的‘身體’進(jìn)來了，‘大腦’還在人家手上，我們要改變這樣的局面。”本世紀(jì)初，以浙江大學(xué)孫優(yōu)賢院士為核心的科研團(tuán)隊(duì)，瞄準(zhǔn)高端控制裝備及系統(tǒng)的高安全性、高可靠性、高適應(yīng)性和大規(guī)模化等四大難題，聯(lián)合上海電氣集團(tuán)股份有限公司、杭州優(yōu)穩(wěn)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司、杭州哲達(dá)科技股份有限公司等企業(yè)攜手攻關(guān)，終于研制出面向重大工程配套的高端控制裝備及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)平臺。

　　科研團(tuán)隊(duì)重要的實(shí)驗(yàn)平臺，安置在浙江大學(xué)玉泉校區(qū)控制工程大樓里。一年365天、每天24小時(shí)不間斷運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，模擬的是真實(shí)場景的大型工業(yè)現(xiàn)場的“大腦中樞”，教授們稱它們?yōu)?ldquo;桌面工廠”。在新技術(shù)正式上馬前，研究人員先要在這里完成研發(fā)和各種安全、穩(wěn)定性測試。經(jīng)過十余年的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用研究，課題組研制成功了高端控制裝備及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)平臺，為石化、冶金、化工、能源各個(gè)行業(yè)的重大裝備的高端控制系統(tǒng)，提供硬件平臺、軟件平臺、先控與優(yōu)化平臺等一體化的技術(shù)支撐。

　　上海電氣是中國最大的綜合性裝備制造業(yè)集團(tuán)之一，產(chǎn)品覆蓋火力發(fā)電機(jī)組、核電機(jī)組、風(fēng)電、重型裝備、輸配電等領(lǐng)域。“控制系統(tǒng)是機(jī)械裝備的關(guān)鍵部分，過去我們都是用進(jìn)口裝備來武裝我們自己的裝備，但是價(jià)格貴，受到制約也多。”曾任集團(tuán)中央研究院院長、現(xiàn)任上海電氣集團(tuán)事業(yè)部部長的黃建民，10年來已經(jīng)和浙大的科學(xué)家們結(jié)成了老朋友。“在浙江大學(xué)王文海研究員等科學(xué)家的支持下，我們形成了自主的硬件軟件開發(fā)系統(tǒng)，結(jié)束了受國外公司束縛的局面。我們生產(chǎn)的火電、核電、污水處理項(xiàng)目裝備，在很多地方建成了推廣示范項(xiàng)目。”

　　高爐TRT裝置，是利用高爐煤氣余壓余熱進(jìn)行發(fā)電的能量回收裝置。該裝置能給鋼鐵企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但前提是必須具有高安全性、高可靠性，不能影響高爐生產(chǎn)。10多年間，課題組設(shè)計(jì)的智能運(yùn)行控制方法不斷升級，在高爐頂壓穩(wěn)定性、TRT升速過程平穩(wěn)性、緊急切換安全性方面都已優(yōu)于國際同類控制系統(tǒng)。10年來，調(diào)試控制設(shè)備的速度越來越快：10年前，調(diào)試花了兩個(gè)月，去年最新上馬的TRT調(diào)試，只調(diào)試了5天，就實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。“該速度在我們這里創(chuàng)造了一個(gè)奇跡。”柳鋼煉鐵廠副廠長張洪波說，“這是科學(xué)家和我們長期合作形成的默契。”

　　“工業(yè)實(shí)際多年無法攻克的難題，往往蘊(yùn)含了國際前沿的學(xué)術(shù)問題。”這是課題組劉興高教授常說的一句話，劉老師長期瞄準(zhǔn)的方向，是高端控制裝置及系統(tǒng)的優(yōu)化平臺中，冶金、石化、煤化等領(lǐng)域的重大通用裝備——空氣分離裝置。

　　空氣分離裝置的難題是動(dòng)態(tài)建模難、節(jié)能控制難、運(yùn)行優(yōu)化難，許多美國、日本的大科學(xué)家傾注了一輩子心血在這一研究領(lǐng)域。10多年來，劉興高老師課題組理論研究與應(yīng)用研究相結(jié)合，在國際上首次報(bào)道了內(nèi)部熱耦合精餾的反向響應(yīng)和獨(dú)特的波動(dòng)現(xiàn)象，建立了非線性波動(dòng)模型，從本質(zhì)上找到了高效節(jié)能過程難以控制的原因所在;同時(shí)，在國際上率先提出了確保產(chǎn)品質(zhì)量和最大效能下，可控可操作的一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，首次設(shè)計(jì)出了99.999%的超高純熱耦合控制方案，得到了多種高效的節(jié)能潛力優(yōu)化方法和生產(chǎn)潛力優(yōu)化方法，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)化控制系列核心技術(shù)，處于國際領(lǐng)先水平，多項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)國際空分行業(yè)龍頭公司實(shí)施應(yīng)用。

　　2012年2月，由張鈸院士領(lǐng)銜的自動(dòng)化領(lǐng)域國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評估專家組評價(jià)：高端控制裝備及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)平臺，為解決控制裝備高可靠性、高適應(yīng)性、高安全性與大規(guī)模技術(shù)難題，攻克了高端控制裝備及系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)體系，并在重大工程中得到應(yīng)用，打破了國外在此方面的市場壟斷和技術(shù)封鎖，起到了不可替代的作用。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，浙江大學(xué)孫優(yōu)賢團(tuán)隊(duì)的高端控制裝備研發(fā)成果，已經(jīng)有2500套成功應(yīng)用于大型高爐TRT裝置、空氣分離裝置、火電機(jī)組及各行業(yè)工業(yè)裝置，其中包括寶鋼集團(tuán)最大的5000立方米高爐、韓國現(xiàn)代制鐵集團(tuán)最大的5250立方米高爐;成果的技術(shù)性能指標(biāo)全面優(yōu)于國外主流控制系統(tǒng)，達(dá)到同類技術(shù)的領(lǐng)先水平;產(chǎn)品已出口美國、德國、日本、韓國等多個(gè)國家，具有國際市場競爭優(yōu)勢;獲得授權(quán)發(fā)明專利65項(xiàng)，軟件著作權(quán)30項(xiàng)，SCI、EI論文108篇，專著、編著4本;近3年新增產(chǎn)值189.1億元，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益72.9億元。