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数据挖掘在我国冶金行业的应用

Data Mining在我国冶金行业的应用

一、Data Mining 是近年海外先进企业的新潮流

Data Mining (数据采掘)的意义:当前企业间国际竞争日趋激烈,如何降低成本,改进
质量,提高效益,是市场竞争中的基本功,为此就要集约经营、科学决策。科学决策的
依据,在于对大批数据做信息分析。现代生产中积累了大批多因子、高噪声、非线性
,非高斯分布、非均匀分布的复杂数据,传统的统计方法(如线性回归)不能适用,
于是要依靠许多更先进的计算机程序。Data Mining就是利用这些复杂数据处理技术
,从大量的数据(Data)中采掘(Mining)有价值的信息资源的新技术。

Data Mining在海外已有专门学会 ,许多咨询公司 、软件公司以Data Mining为业。
正如十九世纪采掘黄金钻石是致富之道一样,如今从大量的数据(Data)中采掘(Mining
)宝贵信息已成了财富之源。

□一个大的企业牵涉到多层次的信息和数据:

(1)经营层次:诸如市场分析,风险分析都是集约经营不可或缺的依据。例如:美
国福特汽车公司他们建立了Data Mining研究组,并运用Data Mining做了几项有成效
的工作:1)通过代销点供给的大量数据分析,发现美国东部的人喜欢深色汽车,西
部则喜好浅色汽车,据此调整供货,积压啊大大减少;2)分析一种汽车部件最佳销售
价格,使公司获利;3)分析公司职工医疗保险制度,使其合理化。据了解,美国麦当
劳(Mc Donald)公司也用Data Mining分析顾客喜好,将多数顾客喜欢的品种配成套餐
,以增进销售。

(2)管理层次:美国某大型通用机械公司(因与我们订协议保密,姑隐其名)在全
美国有数十个销售分区,产品出售后保修一年,维修费消耗每年一亿多美圆,其中人
工费零件费各约占一半。该公司正与我们合作,开始做处理维修数据记录(约积累了
100万套数据记录)的可行性研究,要求是多方面的,其中包括:

人工费

CA

HA

FL



(例图一) 零件费


1)该公司各分区经济效益甚不平衡,大约如下图所示:

其中CA(加利弗 利亚)、VA(弗吉利亚)维修费最省、HA(夏威夷)、FL(弗
罗里达)、WA(华盛顿州)维修费最费。如何用计算机总结CA、VA的先进经验?是第
一个课题。

我们总结先进经验的方法是用“人脑”不用“电脑”其总结方式多是“线性”“形式
逻辑”的方法,而靠“人脑”从100万套数据中总结“非线性”规律,则常非人脑能
力所及(举例说:我国流行将生产成本“分解”到车间,乃至“个人”的做法,便是
一种“线性”做法)。而我们用100万套数据靠我们特有的软件“Data Analyser”分
析的结果,该机器1200多种零件中,常坏的贵重零件约20种。这些零件的寿命都与一
种至六种便宜零件的磨损有关。例如一个最费钱的贵零件“滚筒”(价550美圆,寿
命长的300多天,短的只有十几天),如果与之相关的零件“齿轮组”(价5美圆)是
新的,则滚筒寿命长17%,若再有“轴套”等换新,其综合效果可使滚筒寿命延长50
%左右(数据分析投影图—例图2)

于是可以提出一种“非线性方案”,即提前换“齿轮组”“轴套”,使之“常换常新
”,抬高这些便宜零件的消费,达到保护贵重零件的目的(而不是将消耗平均分到每
种零件)。据估计:这种做法每年至少可节省数十亿美圆。

2)该公司的“滚筒”有几种型号,最近又推出一个新型号,这一新型号是否真比老
型号好?其使用对于操作规程该做何种修改?通过6万5千套使用数据分析,对新零件
在受多种因子影响下的行为和性能做了定量分析,肯定新零件在在某些条件下好于老
零件,并制定其操作最佳条件(例如:连续使用比时开时停寿命长)

图2 Data Analyser分析加州、弗里利亚州先进经验所作投影图一例

(3)技术指导层次:加拿大Alcan铝业公司(世界第三大铝业公司)利用Data Mining
从头(氧化铝生产)到尾(电解铝)优化生产,降低了赤泥排放体积(减少污染),
抑制阳极效应以节电,延长了炉合(电解槽寿命),节省了焙烧炉的煤气,经济效益
都很显著。

为了使Data Mining和先进控制、生产管理更好地结合,Alcan公司正建立对应于
每个车间的“计算机中的虚拟车间”常规作业分析每个车间的数据,用Data Mining
所得数学模型模拟生产实况。“虚拟车间”可说是一种新思想。

美国惠普(HP)公司将Data Ming和因特网结合,建立“遥远工业诊断系统”因为该
公司及许多跨国公司为降低成本,纷纷设厂海外,但海外厂技术力量不足,因此要将
生产中仪表或传感器信息(数据)用因特网传到San Francisco,用Data Mining经常
诊断,再命令海外工厂执行,称为“Call Laboratory”。可节省50%海外出差费用。


国外先进工厂都有“数学模型”,我国除宝钢外很少有数学模型,所以效率落后一大
截。

(4)新产品试制层次:美国Incyte公司是一家大的制药公司,它生产的新产品“DNA
芯片”的检验要靠人工,成为限制产量的“瓶颈”。为解决此问题,试验了用激光光
谱测试,数据复杂(26个因子,每天上万套数据),现与我们合作探讨用Data Mining
判别的方法。

为了防止恐怖主义份子带炸药上飞机劫持飞机,拟对乘客行李快速检查炸药。但现有
的X光机检查只能看形状和平均原子量、密度,无法区别巧克力和塑料炸药。美国Los
Alamos实验室为此发明了一种伽玛射线共振谱仪,隔着手提包一照,便知内容物的
碳、氢、氧、氮四种成分。知道了成分就要用Data Ming判别是否炸药,美国一家软
件公司为此已中标,拟与我们合作开发软件。



二、我们在化工、冶金、汽车等行业从事Data Mining二十余年,开发的软件已用于
国内和国外,为此,开办了我国第一家Data Mining公司----度迈公司,面向海内外
开展工作

1984年以前,我们自己开发了模式识别软件,从84年 开始,我们开始找应用,以“
面向经济建设”。早期曾用于癌症诊断和有色金属找矿,亦有结果。84年用于上海高
桥化工厂改善人造橡胶质量。未改设备不用投资,只用计算机分析车间生产记录,找
出数学模型,修改了操作规程,使质量收入均上升,年利润增102万元,此事引起中
石化公司重视,资助我们数十万元试用于南京炼油厂,先后在十一套装置上优化,年
效益达1350万元以上。为此,中石化公司在辽阳(1987年)召开会议推广(他们估计
全面推广在中石化系统年效益可达数亿元)。相继在中石化系统完成了数十个优化项
目。

1990年冶金部黎明付部长建议以宝钢、武钢做推广试点,先后在ST14钢、945钢质量
改进方面有成果。陈念贻先生获宝钢科研报告一等奖。其后又在安阳、湖南推广亦有
效(详见《模式识别优化技术及其应用》第十章)。

从1994年开始,我们的新技术受到海外注意,先后与新加坡计算中心、美国福特公司
等合作,取得他们近百万元的经费支持。并且通过国际合作,先后开发了“KCYH”“
Materials Designer”“Data Analyser”等软件。而且在国际交流中我们的新算法
显示了优越性,引起了海外一些大公司(如福特、因特尔、惠普)的注意和兴趣,与
此同时,我们也从国际交流中汲取了养分,正在开发更好的Data Mining软件。

在冶金企业中,宝钢、马鞍山钢铁公司买了我们的软件,上钢三厂(浦钢)买过我们
开展工作

1984年以前,我们自己开发了模式识别软件,从84年 开始,我们开始找应用,以“
面向经济建设”。早期曾用于癌症诊断和有色金属找矿,亦有结果。84年用于上海高
桥化工厂改善人造橡胶质量。未改设备不用投资,只用计算机分析车间生产记录,找
出数学模型,修改了操作规程,使质量收入均上升,年利润增102万元,此事引起中
石化公司重视,资助我们数十万元试用于南京炼油厂,先后在十一套装置上优化,年
效益达1350万元以上。为此,中石化公司在辽阳(1987年)召开会议推广(他们估计
全面推广在中石化系统年效益可达数亿元)。相继在中石化系统完成了数十个优化项
目。

1990年冶金部黎明付部长建议以宝钢、武钢做推广试点,先后在ST14钢、945钢质量
改进方面有成果。陈念贻先生获宝钢科研报告一等奖。其后又在安阳、湖南推广亦有
效(详见《模式识别优化技术及其应用》第十章)。

从1994年开始,我们的新技术受到海外注意,先后与新加坡计算中心、美国福特公司
等合作,取得他们近百万元的经费支持。并且通过国际合作,先后开发了“KCYH”“
Materials Designer”“Data Analyser”等软件。而且在国际交流中我们的新算法
显示了优越性,引起了海外一些大公司(如福特、因特尔、惠普)的注意和兴趣,与
此同时,我们也从国际交流中汲取了养分,正在开发更好的Data Mining软件。

在冶金企业中,宝钢、马鞍山钢铁公司买了我们的软件,上钢三厂(浦钢)买过我们
的KCYH软件。安阳钢铁公司通过合作任务学过我们的算法。在海外,新加坡、美国、
瑞士通过合作买了我们的软件。在国外,我们的软件定价在每套5000美圆左右。

基于上述情况,我们最近成立了我国第一家Data Mining公司----度迈(Datamight)
公司,希望以我们二十余年的应用经验和我们开发的软件为依据,在海内外开展Data
Mining服务。

三、Data Mining和生产的先进控制或(冶金生产)自动化的关系

(冶金)生产自动化能提高生产水平和经济效益,早已为人熟知,所以生产优化往往
被认为是生产自动化的一部分。其实,这已是一个过时的概念了。Data Mining和生
产自动化可以结合,但两个不是一回事,Data Mining是优化、改进生产和新产品试
制的更新一轮的技术革新。

美国杜邦公司派生的pavillion软件公司的技术资料中,曾画了一个三角形的图。其
横向宽度代表所需投资量,纵向高度代表经济效益提高的幅度:

可以看出:Data Mining比自动控制所需投资小,效益却很大,特别是Data Mining
和先进自动控制相结合时,效益尤其大。

Data Mining和先进控制的比较如下:

(1) Data Mining比先进自动控制应用范围要广,这从本文第一节的内容可以看出
:Data Mining是从大量数据中挖掘信息,除了优化建模可与自动控制相结合外,它
在市场分析、经营管理、产品检验、新产品试制以及故障诊断等方面都有用,它不象
先进控制那样需要大型设备,但凡有数据的部门,有一台586型微机(价格不及万元
)就能做,而且往往可以找出规律或薄弱环节,据以决策就能取得很大的经济效益。


我们的经验也证实这点,举例:南京炼油厂一座蒸馏塔通过Data Mining找出其进料
口位置不对,改进料口位置后乙苯产量增35%。又例:宝钢的ST14钢有一段时期不和
格品较多,经Data Mining表明影响质量原因有二:一是炼钢时混入氮太多,二是冷
轧厂轧辊间距不对。在这两方面组织攻关后,不合格品降低5倍----象这种工业诊断
工作,不是自动化能概括的。

(2) 自动化可减少人工控制的失误,但如果没有很好的优化模型或软件,自动控制
并不能达到“最佳”,而Data Mining恰巧是求得优化模型或优化软件的有效方法。
因此,将Data Mining和自动化结合,可以产生最佳效果。

四、关于在我国钢铁、有色冶金行业推广Data Mining的意见

(1)Data Mining是新事物,凡新事物要人们接受要有一个过程,它一方面要通过宣
传,另一方面要实例示范,即抓住好项目做出成绩,将Data Mining在国际上应用和
企业重视的情况以及我们自己的应用成果加以宣传,就可以逐步打开局面。宣传最好
有行政部门和学会支持。

(2)Data Mining的公司经营有两种形式,一是用软件为企业服务,待有成效后教会
工厂用软件,并将软件卖给工厂;二是直接销售软件,并做售后服务。不论哪种方式
,都要和用户或工厂有关人员搞好关系,共同创新。对工厂有关人员支持Data Mining
者,应给予实际的利益。

(3)公司应组织有偿推广网,如有高校教师或其它技术人员愿为Data Mining推广出
力者,从推广或销售中应给提成。代销软件的组织或个人有对代销的软件维护的义务
,同时也收费或提成。逐步发展成一个有偿推广网,才能更大规模推广----在国内外
都是如此。

(4)结合软件应用开发钢铁工业若干专业软件,以促进在钢铁工业中的推广与应用
。例如:“合成钢新品种开发辅助软件”之类。

(5)我们的老软件用于安阳钢铁公司、上钢三厂、马钢有一定结果,新软件正试用
于宝钢。此外, 涓指盅 所也与我们合作过,涟源钢铁厂亦用过我们的老技术?效。
在这些单位,新软件、新技术推广有一定基础。

Data Mining在冶金工业可能应用范围举例如下:

(一)炼焦配煤*:劣质煤代部分优质煤同时保证焦炭强度和耐磨性能或改善焦炭性


(二)炼焦副产品(煤焦油加工,提高苯、萘氨等收率)

(三)矿石准备*:改善烧结质量,节能

(四)高炉降焦比*

(五)高炉操作顺行

(六)高炉产铁成分(Si、C、S、P)预报

(七)炉外精炼优化

(八)炼钢炉气延长*

(九)炼钢终点预报*

(十)连铸产品表面质量及锭长度控制*

(十一) 连铸故障预报

(十二) 热轧产品精度调控

(十三) 冷轧产品质量*

(十四) 合金钢成分及热处理条件优化*

(十五) 新合金钢设计*

(十六) 短流程电炉优化控制

(十七) 钢件电镀锌、镍、铬质量*

(十八) 均热炉及热处理炉节能

(十九) 铁矿石选矿

(二十) 钢材加工(制管等)

(二十一) 期货市场分析

(二十二) 市场调查及风险分析

有*者已有实际经验。


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