在鋼鐵冶金領(lǐng)域，仿真模型和過程控制二級模型是應(yīng)用最廣的兩類模型技術(shù)。仿真模型是采用計算機(jī)數(shù)值模擬手段研究燃燒、流動、溫度、變形、焊接及材料等冶金特性規(guī)律，是支撐工藝參數(shù)設(shè)計和設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有效方法；而過程控制模型則是通過數(shù)學(xué)模型和自動化手段實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的自動控制，過程控制模型的優(yōu)劣決定著生產(chǎn)過程指標(biāo)的精度控制水平。

仿真是以專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)和仿真軟件為工具，利用數(shù)學(xué)模型對實(shí)際或設(shè)想系統(tǒng)進(jìn)行模擬試驗研究的一種綜合性技術(shù)。仿真不僅可以減少實(shí)驗次數(shù)，縮短研發(fā)周期，而且還可以進(jìn)行實(shí)驗難以實(shí)現(xiàn)的高溫、高速、大變形等復(fù)雜工況條件下的材料流動、變形、微觀組織演化等行為規(guī)律研究，支撐著冶金企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、工藝優(yōu)化由經(jīng)驗試錯型向精益研發(fā)方向發(fā)展，并在降低排放、減量化生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量提高等方面發(fā)揮重要作用。

在首鋼，仿真技術(shù)起步較晚，始于2002年的熱風(fēng)爐燃燒CFD數(shù)值模擬技術(shù)研究。但在發(fā)展初期，首鋼作為老牌傳統(tǒng)鋼鐵制造企業(yè)，經(jīng)驗和“眼見為實(shí)”的生產(chǎn)試錯方式根深蒂固，對于新技術(shù)新方法接受程度不高，最初幾年發(fā)展并不順利，但至今已經(jīng)逐步發(fā)展到煉鋼、軋鋼、材料及用戶服務(wù)技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域中，并取得了多項研究成果。2009年，首秦連鑄坯“夾雜物超標(biāo)”壓力大，影響了管線鋼等新產(chǎn)品開發(fā)，首鋼技術(shù)研究院開發(fā)了數(shù)值RTD示蹤技術(shù)，用于首秦2號板坯鑄機(jī)中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，該技術(shù)是在數(shù)模中引入水模RTD思想，據(jù)此自主設(shè)計了新型穩(wěn)流器結(jié)構(gòu)并獲得專利，采用新控流裝置使中間包活塞流從原來的39%提高到了78%。由于產(chǎn)線需求急迫，優(yōu)化設(shè)計出的控流方案沒有進(jìn)行水模驗證直接進(jìn)行了生產(chǎn)試驗，并一舉獲得成功。優(yōu)化的中間包結(jié)構(gòu)生產(chǎn)應(yīng)用后，經(jīng)“鑄坯大樣電解”和“定量金相”檢驗，不僅鑄坯內(nèi)夾雜物總量和尺寸比原中間包結(jié)構(gòu)顯著降低，而且澆次鑄余降低后，尾坯夾雜物控制水平也達(dá)到了正常坯質(zhì)量，當(dāng)年該項目為首秦創(chuàng)造2513.4萬元的年經(jīng)濟(jì)效益。該成果的取得不僅是仿真技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用成功范例，還顯著提升了課題組成員信心，并為仿真技術(shù)的推廣應(yīng)用打下了扎實(shí)基礎(chǔ)。隨后，技術(shù)研究院又開展了氣、渣、液多相界面VOF跟蹤技術(shù)，應(yīng)用于鋼包底吹氬、RH循環(huán)流量、結(jié)晶器多物理場耦合等問題研究，為底吹磚位置的優(yōu)化布置、結(jié)晶器工藝參數(shù)優(yōu)化提供技術(shù)支撐，為合金化混勻效率提高、降低夾雜物含量和翹皮卷渣等提供理論指導(dǎo)。2010年又開始進(jìn)行材料熱力學(xué)動力學(xué)仿真技術(shù)研究工作，2012年開發(fā)出首鋼鋼鐵材料組織轉(zhuǎn)變及微合金析出模型和材料數(shù)據(jù)庫，建立了CCT曲線的計算模型，可部分替代實(shí)驗方法確定CCT曲線相變點(diǎn)，不僅提高研發(fā)效率減少生產(chǎn)試錯，還降低了研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期等。在用戶技術(shù)方面，針對自卸車等大型專用車輕量化的發(fā)展趨勢，課題組對車廂、車架等進(jìn)行了高強(qiáng)等代的靜/動態(tài)加載的強(qiáng)度及模態(tài)CAE分析，為首鋼主動引導(dǎo)用戶進(jìn)行車輛輕量化設(shè)計提供了重要的理論支撐。

相比仿真模型，二級過程控制模型對產(chǎn)線工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量的影響則更直接。以自動化程度最高的熱連軋生產(chǎn)線為例，對于各條國外先進(jìn)熱軋生產(chǎn)線，過程控制模型往往是外商技術(shù)競爭力和報價的關(guān)鍵。而軋制模型屬于整個軋線的“大腦”，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程中各項工藝參數(shù)的設(shè)定，其設(shè)定準(zhǔn)確性直接影響產(chǎn)品的寬度、厚度、凸度、平直度、溫度等控制精度，決定了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性。但模型也不是萬能的，需要結(jié)合所生產(chǎn)的產(chǎn)品和產(chǎn)線特點(diǎn)，不斷對模型進(jìn)行研究與開發(fā)，使其更“聰明”，才能生產(chǎn)出更高質(zhì)量、技術(shù)獨(dú)有和無法“復(fù)制”的有競爭力的產(chǎn)品。

寶鋼作為中國鋼鐵龍頭企業(yè)，在1998年通過成立自動化研究所最早開始系統(tǒng)地進(jìn)行自動化技術(shù)研究，研發(fā)工作起步就從二級過程控制模型開始，5年后開始成規(guī)模地向基礎(chǔ)自動化、生產(chǎn)控制、企業(yè)管理層級的核心技術(shù)研發(fā)拓展。到2009年，寶鋼已經(jīng)具備各類煉鋼爐模型、各種連鑄及各種不同工藝規(guī)格的熱軋過程控制模型的研發(fā)能力。首鋼近幾年快速擴(kuò)張，在遷鋼、京唐引進(jìn)了多條具有國際先進(jìn)裝備水平的熱軋、冷軋生產(chǎn)線。但首鋼在自動化模型領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)快速培養(yǎng)自動化人才和團(tuán)隊建設(shè)方面，與先進(jìn)企業(yè)相比還有一定差距。在產(chǎn)線建設(shè)初期的模型調(diào)試和培訓(xùn)期，技術(shù)研究院科研力量沒有獲得學(xué)習(xí)和熟悉系統(tǒng)的機(jī)會，等產(chǎn)線驗收后，眾多生產(chǎn)控制問題逐步暴露出來，技研院又作為主要科研力量去產(chǎn)線攻關(guān)，這就容易理解為什么大多數(shù)模型工作歸零從新開始的原因。

近年來，薄規(guī)格帶鋼熱軋板形控制問題一直困擾產(chǎn)線，板形質(zhì)量異議也頻發(fā)。2011年，公司成立大板形攻關(guān)組，技研院板形課題組重點(diǎn)圍繞遷鋼1580二級控制系統(tǒng)開始進(jìn)行系統(tǒng)的模型攻關(guān)工作，在完成了精軋模型FSU、板形模型GSM、軋輥模型ROP、公共模塊MDS等解析工作的基礎(chǔ)上，于2014年初在首自信協(xié)助下首次搭建完成了首鋼第一套可以離線運(yùn)行的GSM板形仿真分析系統(tǒng)，大幅提升了首鋼科研人員對板形問題的分析、優(yōu)化和控制系統(tǒng)調(diào)控能力，對解決軋制板形控制問題具有非常重要戰(zhàn)略意義。利用該平臺解決了1580產(chǎn)線一直存在的熱平衡持續(xù)不收斂的問題，使機(jī)架間浪形得到明顯改善。自2014年8月底二次熱膨脹優(yōu)化方案實(shí)施后，馬口鐵、SPHC、硅鋼等鋼種的C40全長命中率有較大幅度提高，如9月份冷軋基料C40全長命中率較實(shí)驗前提高了2.3個百分點(diǎn)，硅鋼S23的C25命中率較實(shí)驗前提高了18個百分點(diǎn)以上。目前課題組與遷鋼熱軋產(chǎn)線一起正在繼續(xù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)和模型設(shè)定策略等方面的模型優(yōu)化工作，而且，基于1580板形調(diào)試經(jīng)驗，2160板形模型攻關(guān)也開始有序展開。

首鋼經(jīng)過10年努力，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)已由傳統(tǒng)長材轉(zhuǎn)向高端板材，但軋鋼核心技術(shù)（二級模型）均為引進(jìn)。引進(jìn)是捷徑，重要是創(chuàng)新。只有在引進(jìn)基礎(chǔ)上，開發(fā)、創(chuàng)新出自主的先進(jìn)工藝、裝備及技術(shù)，才能使企業(yè)和產(chǎn)品具有市場差異性競爭力。對于過程控制模型解析優(yōu)化工作，雖然首鋼目前也取得了一些進(jìn)展，但由于前期技術(shù)積累和人力資源儲備不足，攻關(guān)工作還不能在每條產(chǎn)線上都全面展開，因此，板形及整個二級過程控制模型系統(tǒng)的解析優(yōu)化工作任重道遠(yuǎn)，是一項長期持續(xù)性的技術(shù)攻關(guān)工作。