羅小川:創新技術助力流程工業綜合自動化

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

社會經濟的發展和市場需求的不斷擴大，要求流程工業企業在保證產品質量和產量的同時，達到節能降耗、低碳環保的目標；而隨著計算機通信技術在制造業的廣泛應用，制造系統也向著高度信息化、智能化、集成化、網絡化方向發展，網絡化制造模式出現。在這種情況下，研究面向網絡化制造模式的制造系統管理與運行，及以實現各項生產指標（如經濟指標、能耗指標和環境指標）最優化為目標的綜合自動化系統，成為流程工業新的探索和發展方向。

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

適應網絡化制造 提出分布式網絡化測量方法

為適應網絡化制造模式的發展，羅小川首先在國內開展了基于CORBA(Common Object Request Broker Architecture)技術和DMIS(Dimensional Measuring Interface Standard)標準的分布式網絡化測量實現技術的研究，從系統模型、靜態性能評價、動態時間性能管理、網絡化測量設備的實現等方面進行了深入系統的探索，旨在實現測量設備和應用軟件的即插即用、遠程測量和控制、系統動態配置和優化。

羅小川通過分析網絡化制造對測量應用的需求，以 CORBA和DMIS作為實現分布式測量的基礎，建立了分布式測量系統框架模型。在系統通信模型中，采用客戶機—代理—服務器和事件訂閱—發布兩種通信模型，建立基于 CORBA 的 DMIS 接口語義體系，在分布式測量環境中通過 DMIS 調用/響應的方式處理 DMIS 測量信息；在系統結構模型中，定義測量節點的基本組成模型以及測量節點間的互操作模式，建立以分布式測量節點為基本組成單元的系統結構模型；在系統功能模型中，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 分布式環境的、以分布式組件為基本功能實現的系統功能模型，通過系統服務組件、系統功能組件、內部應用組件和外部應用組件之間的互操作實現分布式測量。

他研究了基于系統模型的系統靜態性能分析方法，根據系統的運行情況，將系統抽象為多用戶多服務臺非搶占優先排隊網絡模型。針對系統用戶具有單向變換性而采用隔離分析方法，根據Chapman-Kolmogorov方程獲得了全系統的平衡狀態描述，通過Laplace-Stieltjes變換給出了系統靜態性能指標的定量描述，進而研究了分布式測量系統的動態時間性能管理算法，用來實時調整系統的運行參數，使系統在動態變化的環境中保持時間性能的優化。由于系統運行狀態的復雜性，難以獲得動態變化的系統狀態與時間性能的解析關系，為此他運用無窮小攝動分析方法，將系統的動態運行狀態作為系統仿真的數據，分析系統時間性能對系統狀態數據的變化靈敏度。然后根據系統當前的靈敏度數據，運用線性二分遞歸算法計算新的系統參數值，使系統達到最佳時間性能。系統實驗表明，系統靜態性能描述和動態時間性能優化方法能保證系統時間性能在允許的范圍內變化。

在建模方法和優化理論成熟后，羅小川又以航天某廠集成制造系統為應用背景，通過在Windows環境下實現分布式測量軟件系統，開發了面向網絡化測量的多關節測量機，建立完成了分布式測量原型系統。隨后，進行了系統分布式測量過程試驗、原型系統的靜態性能評價和優化配置測試、原型系統的動態時間性能管理測試等實驗測試，結果表明：創新型的基于CORBA和DMIS的分布式測量實現技術正確可行，為解決網絡制造模式下分布式測量系統的實現和運行調度等問題提供了創新的思路和方案，為分布式網絡化測量技術的最終實現和應用奠定了基礎。

面向節能降耗 探索全局綜合生產指標最優化

不同于傳統方法分別處理各個生產工序，綜合自動化方法立足全局，著眼于整個生產流程，以實現綜合生產指標的優化和控制為最終目標。這就要求企業不僅考慮經濟指標、安全指標，還要探索達到節能降耗、清潔生產等多項要求，多目標動態優化分解技術成為研究的核心與關鍵。在這方面，羅小川已有成功的項目經驗。

針對煉油工業能耗和污染兩大問題，他倡導綠色制造，加強物質能源的循環利用，探索實施清潔化生產工藝過程，以新的集成調度模型和優化算法，從生產過程全局進行多目標優化調度，強調清潔指標和經濟指標的協調優化。

羅小川以著色路徑圖分析方法描述清潔化生產中的物質流和能量流超結構，設計多目標MINLP 模型和Pareto 解的啟發式混合智能搜索算法，最終建立了面向清潔化生產過程的集成調度層次優化策略和協同優化方法，開發了清潔化煉油生產集成調度原型系統。實驗數據仿真計算表明，該系統研究能夠實現減污節能清潔指標和經濟指標的集成優化，效果好于傳統的局部優化方法。

目前，羅小川著力推進的“面向節能降耗的煉鋼—連鑄—熱軋過程運行優化關鍵技術研究”項目，也是一項多目標動態優化、綜合優化的探索。煉鋼—連鑄—熱軋生產過程受原料成分、運行工況、設備狀態等多種不確定因素的干擾，具有動態變化特性。現有基于人工操作的生產運行方式，難以協調優化各控制系統來適應這種動態特性，導致能耗高、質量差等問題始終存在。

羅小川針對煉鋼—連鑄—熱軋生產的需求和能耗問題，以著色路徑圖描述鐵素流和能量流的超結構，提出路徑圖的分析、解耦技術；研究用模糊數和數據包絡模型優化運行指標的方法；對生產過程建立具有微分代數表示的多目標動態優化模型和模型修正方法，提出DAE的變步長離散數值化方法和Pareto 解的啟發式混合智能搜索算法；建立運行優化算法的收斂性、穩定性和魯棒性分析方法；提出運行優化的兩層協調優化模型，實現生產過程多項指標的綜合優化。

鋼鐵、石油化工、有色冶金等流程工業是國民經濟的支柱行業，流程工業綜合自動化的實現對于提高其核心競爭力、實現國家節能減排目標具有十分重大的意義。

羅小川，1974年生，四川省西充縣人。東北大學流程工業綜合自動化教育部重點實驗室副教授、博士生導師，現為國家自然科學基金同行評議專家，IJPR、EJIE等國際期刊審稿人，IEEE會員。1997年7月獲學士學位，1999年7月獲碩士學位，2002年7月獲哈爾濱工業大學自動化測試與控制系精密儀器專業博士學位。2003年至2004年受法國EGIDE基金資助，在法國UTT大學LOSI實驗室從事博士后研究工作，2004年回國在東北大學進行教學科研工作。主要研究方向為動態環境下優化算法設計與分析、最優化方法，復雜生產過程計劃與調度，鋼鐵生產過程動態優化，化工過程運行優化方法，嵌入式技術與優化系統。在國內外學術期刊和會議上發表論文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1項；獲遼寧省自然科學學術成果獎一等獎1項、三等獎1項。2008年入選教育部新世紀優秀人才支持計劃，2009年入選遼寧省“百千萬人才工程”。