隨著社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，包含時(shí)間概念的動(dòng)態(tài)軋制理論建立，也就是連軋，這是目前軋鋼中最重要的工藝
   盡管我們國(guó)家引進(jìn)了大量的先進(jìn)裝備和技術(shù)，但由于消化吸收不充分，始終沒(méi)有實(shí)現(xiàn)軋制控制技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化。要改變目前的狀況，應(yīng)該走一條新路

張進(jìn)之

        軋制生產(chǎn)是一種古老而先進(jìn)的材料加工方式，15世紀(jì)的法國(guó)人最先開(kāi)始使用。幾百年來(lái)，其憑借生產(chǎn)方式簡(jiǎn)單、效率高、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)，不管是在古老的人工軋制方式時(shí)期還是如今的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制階段，都在生產(chǎn)、生活各個(gè)領(lǐng)域普遍應(yīng)用。
        軋制理論的建立是在19世紀(jì)初，最初的理論屬于空間軋制理論，沒(méi)有時(shí)間概念。隨著社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，包含時(shí)間概念的動(dòng)態(tài)軋制理論建立，也就是連軋，這是目前軋鋼中最重要的工藝。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代控制論革新了傳統(tǒng)軋制理論，軋制等傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)路線不斷發(fā)生變革。
        中國(guó)的軋制理論研究從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，鋼鐵研究總院教授級(jí)高級(jí)工程師張進(jìn)之就是國(guó)內(nèi)最早研究軋制理論的專(zhuān)家之一。

        “盡管我們國(guó)家引進(jìn)了大量的先進(jìn)裝備和技術(shù)，但由于消化吸收不充分，始終沒(méi)有實(shí)現(xiàn)軋制控制技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化。要改變目前的狀況，應(yīng)該走一條新路。”50多年來(lái)，張進(jìn)之始終致力于軋制理論的創(chuàng)新與技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用，他在研究國(guó)外引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)為手段，將軋制工藝?yán)碚撆c控制論相結(jié)合，在反復(fù)的數(shù)據(jù)分析、計(jì)算推論和試驗(yàn)總結(jié)中，逐步建立了包含軋制過(guò)程中厚度控制、板型控制、張力控制技術(shù)等核心工藝在內(nèi)的全新軋制工藝控制論，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并已經(jīng)在各大鋼廠軋機(jī)中實(shí)際應(yīng)用。
        “厚控理論解決的是張力和厚度的強(qiáng)耦合，板型理論解決板形和厚度的強(qiáng)耦合。運(yùn)用這一理論能夠在比較差的條件下提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制?！睆堖M(jìn)之介紹說(shuō)。

        厚控理論——?jiǎng)討B(tài)設(shè)定型AGC

        1955年，張進(jìn)之考入東北工學(xué)院（即現(xiàn)在的東北大學(xué)）鋼鐵工藝系軋鋼專(zhuān)業(yè)。從那時(shí)起，他開(kāi)始了在軋鋼理論研究領(lǐng)域超過(guò)半個(gè)世紀(jì)的拼搏。
        1959年，還在讀書(shū)的張進(jìn)之利用在鞍鋼第二中板廠搞科研的機(jī)會(huì)，詳細(xì)記錄了100多塊鋼的壓力、力矩等數(shù)據(jù)，并通過(guò)半年多的分析計(jì)算，收獲了他第一項(xiàng)科研成果—綜合等儲(chǔ)備原理的圖表法制定壓下規(guī)程，其技術(shù)關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)了單位軋制壓力可將限制壓下量的各因素（壓力、力矩、功率、電流、咬入角）進(jìn)行統(tǒng)一分析。1978年，中科院梁國(guó)平研究員提出負(fù)荷函數(shù)概念，引用該方法將設(shè)計(jì)壓下規(guī)程解析化，并推廣應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。
        1966年“香山會(huì)議”后，連軋數(shù)學(xué)模型研究班子成立，張進(jìn)之參與其中，開(kāi)始對(duì)連軋張力進(jìn)行深入研究。張力是聯(lián)系各機(jī)架參數(shù)的紐帶，是連軋過(guò)程中最重要的參數(shù)。上世紀(jì)40年代，前蘇聯(lián)兩位院士分別建立了不同的張力微分方程，引發(fā)整個(gè)50年代的爭(zhēng)論，無(wú)果而終。

        張進(jìn)之在張力對(duì)鋼帶的厚度、壓力、力矩、前滑等的影響方面做了大量實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)，前蘇聯(lián)兩位院士的張力微分方程都沒(méi)有將張力自動(dòng)反饋引入，他們建立的連軋理論并不完備。1967年，張進(jìn)之根據(jù)守恒原理，通過(guò)數(shù)據(jù)分析推出了自己的精確連軋張力微分方程，并根據(jù)張力對(duì)厚度、力矩、前滑等的影響規(guī)律推出了多機(jī)架動(dòng)態(tài)張力公式、穩(wěn)態(tài)張力公式和秒流量相等條件，使秒流量相等條件由公理轉(zhuǎn)變?yōu)槎ɡ?。他證明“連軋張力系統(tǒng)是可測(cè)、可控、漸近穩(wěn)定的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，認(rèn)識(shí)到了連軋的自動(dòng)穩(wěn)定調(diào)節(jié)功能，可實(shí)現(xiàn)張力最優(yōu)控制”。此外，他還引入當(dāng)量速度差和連軋慣性常數(shù)等新概念，得出連軋張力與當(dāng)量速度差成正比、與連軋常數(shù)成反比的連軋定律。
        這一理論同傳統(tǒng)的張力理論不同，是運(yùn)用數(shù)學(xué)分析方法研究軋制過(guò)程建立的，這得益于張進(jìn)之對(duì)數(shù)學(xué)的喜愛(ài)和他與科學(xué)院數(shù)學(xué)所的長(zhǎng)期合作。理論一發(fā)表即刻引發(fā)了爭(zhēng)論，初時(shí)并不被我國(guó)軋制界接受，甚至是現(xiàn)在，爭(zhēng)議仍然存在。但是，這些并沒(méi)有影響到張進(jìn)之進(jìn)一步的研究和推廣工作，他也得到了機(jī)械部、一重、二重、天傳所和冶金自動(dòng)化院的支持和推廣應(yīng)用。
        1978年，張進(jìn)之發(fā)現(xiàn)“軋制過(guò)程中引起軋件厚度變化的擾動(dòng)量具有可測(cè)性”的規(guī)律，由張力公式推導(dǎo)出張力間測(cè)厚方法，建立了動(dòng)態(tài)設(shè)定型變剛度厚控方法（簡(jiǎn)稱(chēng)“動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC”），使厚控理論更加完備。
        “動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，消除擾動(dòng)的輥縫調(diào)節(jié)可以一步到位，將厚度自動(dòng)控制從隨機(jī)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為確定性問(wèn)題?！睆堖M(jìn)之介紹，這一厚控方法于1986年在一重實(shí)驗(yàn)連軋機(jī)實(shí)驗(yàn)成功，并通過(guò)機(jī)械委和冶金部組織的專(zhuān)家鑒定。鑒定意見(jiàn)認(rèn)為“動(dòng)態(tài)設(shè)定型變剛度厚度的理論和方法，在國(guó)際上是首創(chuàng)的，具有國(guó)際先進(jìn)水平。鑒于動(dòng)態(tài)設(shè)定型變剛度厚度方法對(duì)板帶材厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試，以及提高板帶材的精度有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，推薦申請(qǐng)國(guó)家科技發(fā)明獎(jiǎng)?！?BR>        之后，動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC先后在哈爾濱101廠 1700，西南鋁加工廠 1400、2800鋁帶軋機(jī)，濟(jì)鋼2500，鞍鋼2350，韶關(guān)2500，美國(guó)citisteel4064等多套中厚板軋機(jī)上推廣應(yīng)用。
        1996年，動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC代替西門(mén)子厚控?cái)?shù)學(xué)模型，在寶鋼2050熱連軋機(jī)上成功應(yīng)用，使2050熱連軋機(jī)的厚控精度提高一倍。同年，動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC獲得國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。
        在寶鋼2050成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，2003年，攀鋼1450熱連軋機(jī)控制系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC替代了原引進(jìn)的GE厚控?cái)?shù)學(xué)模型，改造應(yīng)用成功。這一項(xiàng)目獲得2005年四川省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和2006年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
        實(shí)驗(yàn)證明流量AGC可以自動(dòng)消除（或減少）軋輥偏心的影響，使1450熱連軋機(jī)的厚控精度向冷連軋靠近，寬度精度大幅提高，并能夠簡(jiǎn)化活套控制系統(tǒng)。寶鋼和攀鋼應(yīng)用的極大成功，使之后動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC在川威950、泰鋼950、港陸1250等多套熱連軋機(jī)上的應(yīng)用更加順利。
        張進(jìn)之介紹，動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC 更傾向于在落后設(shè)備上應(yīng)用，因?yàn)椤跋冗M(jìn)設(shè)備的產(chǎn)品精度本來(lái)就很高，有點(diǎn)擾動(dòng)也體現(xiàn)不出來(lái)。在不更換硬件的前提下，在落后軋機(jī)上通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)操作應(yīng)用我們的理論軟件，最終提高產(chǎn)品質(zhì)量，從目前國(guó)內(nèi)的情形來(lái)看更具實(shí)際意義”。
        “現(xiàn)在，動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC在熱連軋機(jī)上的應(yīng)用已基本定型，各個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目現(xiàn)在仍在工作。我現(xiàn)在的推廣重點(diǎn)是在冷連軋機(jī)上，已經(jīng)同宜昌三峽全通涂鍍板股份有限公司在談，爭(zhēng)取在冷連軋機(jī)第一機(jī)架上使用動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC。如果能夠做好，切實(shí)提高產(chǎn)品精度，那就是突破，下一步就好做了?！碧岬竭@套厚控理論未來(lái)的應(yīng)用，張進(jìn)之自信滿(mǎn)滿(mǎn)。

        板形理論——解析板形剛度理論

        厚度控制是壓力的正反饋，成熟厚控理論的廣泛應(yīng)用，使板形控制問(wèn)題突出。板形理論的研究遠(yuǎn)早于厚控理論，但一直沒(méi)有取得重大突破，發(fā)展得也不如厚控理論完備。軋制理論中，板形和板厚的控制一度是矛盾的，日本人提出采用最佳當(dāng)量剛度分配，即適當(dāng)降低厚控精度以提高板形精度。
        1992年，張進(jìn)之開(kāi)始進(jìn)行板形測(cè)量和控制理論研究。軋鋼是軋機(jī)、軋件和軋輥相互作用的系統(tǒng)，必須有軋機(jī)的參數(shù)和軋件的參數(shù)。但張進(jìn)之在研究中發(fā)現(xiàn)，板形理論只有軋機(jī)的參數(shù)，沒(méi)有軋件的參數(shù)。這一突然發(fā)現(xiàn)使他已持續(xù)研究4年的板形理論研究有了突破性進(jìn)展。

        1996年，張進(jìn)之提出軋機(jī)板形剛度和軋件板形剛度新概念，發(fā)展了原有的新日鐵軋件遺傳變形理論，建立了板形測(cè)控?cái)?shù)學(xué)模型。他與經(jīng)典梁撓度理論相聯(lián)系，應(yīng)用微分法推導(dǎo)出了軋件參數(shù)計(jì)算公式，包括板形剛度方程和軋件感度系數(shù)等，最終建立了自己的解析板形剛度理論。
        張進(jìn)之在論文中詳細(xì)介紹了這一理論建立的不同階段：“第一階段，從美國(guó)的軋件剛度及數(shù)學(xué)表達(dá)式、日本的板形遺傳數(shù)學(xué)模型，推出了軋機(jī)板形剛度的表達(dá)式；第二階段，得益于陳先霖院士‘美國(guó)軋件剛度表達(dá)式不適合作為軋件的板形剛度’的啟發(fā)，將軋機(jī)的板形剛度定義為軋機(jī)的橫向剛度除以軋件寬度，推出了軋件板形剛度的數(shù)學(xué)表達(dá)式；第三階段，進(jìn)一步簡(jiǎn)化解析板形剛度理論，運(yùn)用數(shù)學(xué)變換消掉了軋機(jī)和軋件板形剛度參數(shù)，將板形和板厚統(tǒng)一起來(lái)?！?BR>        解析板形剛度理論微分表達(dá)式能夠以動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配方式同時(shí)提高板形和板厚的精度。2004年，這一理論方法在新余中板軋機(jī)上應(yīng)用，取得了良好的效果，獲得了江西省和鋼鐵協(xié)會(huì)的獎(jiǎng)勵(lì)。
        2010年，突破層層波折和困難，在“試驗(yàn)成功才給錢(qián)，差旅費(fèi)都沒(méi)有”的“不平等條約”下，張進(jìn)之終于將自己的板形理論推廣到攀鋼最新的1450軋機(jī)上應(yīng)用。2010年各項(xiàng)試驗(yàn)已基本成功，今年評(píng)估鑒定通過(guò)即可投產(chǎn)使用。
        “科研就是到處跑，哪個(gè)點(diǎn)成功了算哪個(gè)?！爆F(xiàn)在，“貪心”的張進(jìn)之已經(jīng)開(kāi)始在寶鋼調(diào)研，尋求合作的機(jī)會(huì)。就在采訪前一天，他剛從寶鋼回來(lái)，“這次去主要是同作業(yè)長(zhǎng)們交流，這個(gè)要慢慢來(lái)?！崩先苏f(shuō)話有些謹(jǐn)慎，但了解他的人都清楚，這么多年，他都是通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)和執(zhí)著感動(dòng)別人，獲得認(rèn)可。相信這一次，也不會(huì)例外。
        
        創(chuàng)新共贏 期冀明天

        回首50多年的研究之路，張進(jìn)之說(shuō)自己取得成功的關(guān)鍵是合作。“我主要是同數(shù)學(xué)和控制合作，和數(shù)學(xué)合作發(fā)展理論，和控制合作推進(jìn)理論轉(zhuǎn)化為應(yīng)用。多年的工作中我建立了龐大的合作網(wǎng)絡(luò)，與鋼廠企業(yè)建立了最大程度的信任。”
        “另一個(gè)就是機(jī)遇。國(guó)營(yíng)企業(yè)的幾次引進(jìn)我都參與其中，做了一些工作，掌握了一些數(shù)據(jù)，打下了很好的基礎(chǔ)。我能做到創(chuàng)新是因?yàn)闄C(jī)遇好。”張進(jìn)之說(shuō)。但現(xiàn)在他的理論仍不算大范圍的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)的軋制工業(yè)總體還是在“跟著國(guó)外的路子走”。
        “現(xiàn)在的引進(jìn)都是成批量的，大中小企業(yè)一窩蜂地引進(jìn)，引進(jìn)以后卻不能很好地消化吸收。各家都不太懂，還互相保密。主要還是因?yàn)殇撹F產(chǎn)業(yè)發(fā)展太快，利潤(rùn)很高。”提到設(shè)備和技術(shù)的盲目引進(jìn)，老人充滿(mǎn)無(wú)奈?！艾F(xiàn)在大家都說(shuō)，要看好設(shè)備到中國(guó)。但是中國(guó)生產(chǎn)的鋼板質(zhì)量比日本和德國(guó)要差一些，設(shè)備不如我們，質(zhì)量卻趕不上人家。以前都認(rèn)為是管理不行，實(shí)際上最關(guān)鍵的在于技術(shù)?！?BR>        “按國(guó)外的路子走，始終是跟在別人后邊。從目前的情況來(lái)看，要趕上國(guó)外，必須走一條新路，這就是我70多歲還老是往鋼廠跑的原因?！睆堖M(jìn)之說(shuō)，我們要建立新的路徑和平臺(tái)，“中國(guó)不能老引進(jìn)”。但是，要突破目前局面還需要一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程，用先進(jìn)理論方法改造舊設(shè)備進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量，不失為一條可行之路。