基于知识工程的余热锅炉智能设计系统研究

扈然

摘 要：余热锅炉是当前工业企业生产过程中利用废气、废料或废液中显热或者其他可燃物质燃烧之后产生大量热量的一种锅炉类型。随着现代化技术及设备推广使用，智能化余热锅炉在工业节能环保工作中所发挥的作用与日俱增。因而，设计开发出基于知识工程的余热锅炉智能设计系统无论是对于工业企业还是环保事业发展而言均具有重要的应用价值及研究意义。为此，文章将着重从其系统结构方面展开论述，分析基于知识工程的余热锅炉智能设计系统各部分模块构成，以为其他设计研究工作提供帮助。

关键词：知识工程；余热锅炉；智能设计系统

前言

余热锅炉（Heat Recovery Steam Generator，HRSG）因其能够有效利用工业企业生产过程中的各种废弃物质继续生热，可以为其创造出更为良好的经济效益，因而被工业企业所广泛关注并已经应用在各个领域之中。为此，文章将从用户界面层、功能层以及基础资源层对基于知识工程的余热锅炉智能设计系统展开进一步分析，从而探究在现代化、智能化技术条件下余热锅炉的设计思路，在丰富当前现有研究体系内容的同时，为智能化余热锅炉进一步推广使用积累经验。

1 基于知识工程的余热锅炉智能设计系统结构层分析

1.1 用户界面层

用户界面层位于本次研究中所设计的基于知识工程的余热锅炉智能设计系统最顶层。其所具有的功能主要是在系统与用户之间搭建良好的交互渠道，利用直观清晰的人机交互（Human-Computer Interaction，HCI）界面来实现具体参数的设置、产品的设计与开发以及各种数据信息的反馈等。其设计的具体原则如下：

首先，以用户为服务中心原则。鉴于余热锅炉的应用主要集中在工业企业，特别是在金属/矿石冶炼、机械加工、造纸等行业，产生的大量高温物质仍然在不断散发热量，通过余热锅炉可以利用废弃物质进一步发挥余热，所以系統设计时应充分考虑到工业企业具体工作内容以及操作人员特征，根据实际情况促使用户参与到开发过程中，以使得系统设计更具针对性。

其次，顺序原则。在用户界面层，其设计应按照事件的具体处理顺序以及访问查看的顺序来实施，如：由整体到单项、由大到小、由上层到下层等。只有按照相应的顺序才能够实现人机界面的有效交互，帮助操作者提高操作效率，保证余热锅炉处在安全运行状态之中。

第三，功能性原则。依据工业企业生产环境的不同，余热锅炉智能系统中各个子系统以及相应操作模块应在同一个显示界面中具有直观清晰的表示，在有必要的情况下需满足多项人机对话与信息交互的同时性功能需求。此外，在设计时还应将功能区进一步细分，逐层显示提示信息以及相关的功能内容、操作要点等，提高用户界面层的易操作性。

第四，面向对象原则。由于工业企业中管理者具体岗位以及重要性存在显著差异性，因而在设计之初就需要考虑其身份特征以及相应的工作性质，并在不同界面中采取弹出式窗口显示提示、引导和帮助信息的方式提升系统交互水平[1]。

1.2 功能层

功能层是整个系统的核心部分，其主要包括各个子系统功能模块、参数化设置模块、知识管理模块以及用户管理模块。各个模块的具体功能描述如下：

子系统功能模块。在文章设计的基于知识工程的余热锅炉智能设计系统中除了包括机械本体部分受热面管理外，还包括了数据信息采集系统、传输系统、报警系统等子系统模块，所以设计的结构应在一级系统单元下预设二级甚至是三级子系统应用模块并预留出足够的升级改进空间，以待未来科学技术进一步发展而对其进行现代化升级。子系统功能模块最终所要实现的功能是为操作人员提供便捷服务，使得操作人员可以足不出户即可掌控整个余热锅炉工作全过程。同时，依据工业企业具体生产计划来及时变更设置参数，确保其所获得的经济收益能够达到最大化。

参数化设置模块。在该模块中参数设置页面分为了参数说明、参数数值以及变量名称三个显示项目。而变量名称可以采用global+变量名进行调用。其所起到的功能是操作人员根据日常生产计划安排及时调整余热锅炉工作状态以及电力能源供给功率，使得系统运营过程中相关参数能够与工业企业生产计划相一致，既不过多浪费电力能源，又不会降低废弃物质发热效率，经济效益与环保工作能够实现有效平衡，最终达到“双赢”的目的。

知识管理模块。知识管理模块主要是将余热锅炉日常运营过程中反馈回来的各项数据信息进行备份存储，同时将特定文件存放在数据库之中以方便用户日常检索与利用。同时该模块还添加了余热锅炉故障问题信息以及解决措施的提示功能，一旦当余热锅炉在使用过程中发生机械故障或者电路故障，系统可以根据预先设置的相关资料及时判断故障位置并将其提示给操作人员，从而促使其在最短时间内解决存在的故障问题，恢复余热锅炉的正常工作。

用户管理模块。用户管理模块主要是针对工业企业不同岗位人员的具体职能以及权限进行管理，从而赋予其与身份相匹配的工作权限。以高层管理者为例，其拥有查看整个系统任何功能模块以及数据库信息的权利，并根据余热锅炉工作成果来反推日常生产中存在的问题，继而实施针对性的改进。而基层的操作人员或者维修人员则实施具有基本的操作、查看/设置相关参数、维修的权限，并不能进一步对核心数据心信息进行检索，以此来保障工业企业核心数据安全以及系统运行的安全系数。

1.3 基础资源层

基础资源层是该系统功能层的支持部分，涵盖了余热锅炉各种故障实例、相应参数的设置规则、故障信息运算处理模型、数据信息存储的数据库等方面内容[2]。其所起到的具体功能则是辅助系统运行以及相应故障问题的解决，并作为新增实例信息更新存储部位。

2 基于知识工程的余热锅炉智能设计系统关键技术解析

在文章针对基于知识工程的余热锅炉智能设计系统进行设计过程中，其所使用的关键技术为基于实例的推理技术（Case Base Reasoning，CBR）。其主要是根据以往余热锅炉各种故障以及设计成功实例来检索出与当前该锅炉使用过程中发生问题最为接近的实例作为初始解，经过不断对初始解进行修改，以此来符合现有存在的问题，以此来为新问题发生后的解决提供帮助。具体操作步骤为用户根据相应特征将信息输入到系统之中与已经存在的实例进行匹配，例如：锅炉结构形式、余热烟气量/温度、额定蒸发量/蒸汽压力等[3]。系统通过运算模型进行处理，计算灰关联系数。当灰关联系数大于阈值时，即将提示匹配成功，从而得到相应问题的相似解。之后结合操作人员干预调整之后的参数得出最终解决方案，以此来提升其处理效率及能力。

3 结束语

综上所述，基于知识工程的余热锅炉智能设计系统是当前工业企业提升经济效率的有效途径之一，因而需要引起足够的重视并加大科研投入支持力度，以此来不断推陈出新，设计出更加适合其生产与发展的余热锅炉智能系统。希望此次研究能够为该系统的推广应用略尽绵薄之力。

参考文献

[1]谭尚拓，仲梁维.基于模块化的余热锅炉快速机械设计系统开发[J].东华大学学报（自然科学版），2013，14（4）：432-435.

[2]王国珍.贵冶闪速炉余热锅炉改造[J].铜业工程，2014，11（6）：22-25.

[3]贾礼凤，赵高晖，仲梁维.基于模块化的余热锅炉快速设计研究[J].机械工程与自动化，2015，25（2）：34-36.