華為開(kāi)發(fā)者大賽作為華為ICT領(lǐng)域的頂級(jí)開(kāi)發(fā)者賽事，旨在面向開(kāi)發(fā)者全面開(kāi)放華為各領(lǐng)域的技術(shù)成果，用ICT技術(shù)解決問(wèn)題、創(chuàng)造價(jià)值。本次大賽以“Spark Infinity 創(chuàng)想無(wú)限”為主題，旨在激發(fā)開(kāi)發(fā)者的創(chuàng)新潛能。大賽覆蓋中國(guó)以及亞太、拉美、歐洲、土耳其等區(qū)域，吸引了來(lái)自全球30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的19000多名開(kāi)發(fā)者、3000多支團(tuán)隊(duì)報(bào)名參賽。

大賽分為中國(guó)賽區(qū)學(xué)生賽道、中國(guó)賽區(qū)企業(yè)賽道及亞太賽區(qū)，在頒獎(jiǎng)典禮上華為頒發(fā)了3個(gè)金獎(jiǎng)、6個(gè)銀獎(jiǎng)、9個(gè)銅獎(jiǎng)、7個(gè)創(chuàng)新獎(jiǎng)，其中中國(guó)賽區(qū)學(xué)生賽道最終評(píng)出金獎(jiǎng)1項(xiàng)、銀獎(jiǎng)2項(xiàng)、銅獎(jiǎng)3項(xiàng)及創(chuàng)新獎(jiǎng)2項(xiàng)，我校團(tuán)隊(duì)最終獲得了該賽道的最高獎(jiǎng)項(xiàng)！

金屬鋁在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，廣泛應(yīng)用于建材、航空、航天、汽車制造等領(lǐng)域，電解鋁的產(chǎn)量也呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的趨勢(shì)。去年我國(guó)的電解鋁產(chǎn)量更是達(dá)到了歷史新高，已占到全球總產(chǎn)量的55%。

但鋁電解行業(yè)的能耗情況并不樂(lè)觀，2022年鋁電解行業(yè)的總耗電量和總碳排放量都占到全國(guó)總量的6-7%，同時(shí)總碳排放量也是整個(gè)有色金屬行業(yè)的83.3%，可以說(shuō)是工業(yè)領(lǐng)域中最嚴(yán)重的耗能大戶！

經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)調(diào)研，陽(yáng)極效應(yīng)是在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中非常容易發(fā)生的一種異常情況，會(huì)導(dǎo)致鋁電解槽內(nèi)的電壓快速增大。團(tuán)隊(duì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)后電壓的增幅非常明顯，并且人為控制后，電壓需要3-5分鐘的時(shí)間恢復(fù)至正常水平，這期間會(huì)產(chǎn)生大約500度電的巨大耗能！因此，團(tuán)隊(duì)想開(kāi)發(fā)一款針對(duì)鋁電解工業(yè)的能耗智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，提前預(yù)測(cè)陽(yáng)極效應(yīng)，并采取先進(jìn)的控制策略抑制陽(yáng)極效應(yīng)的發(fā)生！

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人郭騰宇前期參與到鋁電解的科研項(xiàng)目中，曾多次到鋁電解廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)，在現(xiàn)場(chǎng)了解到了企業(yè)的真實(shí)痛點(diǎn)與需求，開(kāi)展了基于全要素模型的鋁電解過(guò)程可視化技術(shù)研究，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到創(chuàng)新實(shí)踐中，同時(shí)，依托工業(yè)過(guò)程知識(shí)自動(dòng)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在導(dǎo)師的支持下，郭騰宇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了工業(yè)過(guò)程智能感知、建模控制、監(jiān)測(cè)診斷與自主決策的相關(guān)研究，為項(xiàng)目的推進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。項(xiàng)目的前期成果已轉(zhuǎn)化為國(guó)家級(jí)一流本科課程“自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)”的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，并寫入到《工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)（第2版）》（冶金工業(yè)出版社）教材中，為提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)提供了有力的支撐  。

鋁電解現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、工況復(fù)雜，傳統(tǒng)通信方法的問(wèn)題層出不窮，于是團(tuán)隊(duì)想到可以將現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備連到華為云上，基于此進(jìn)行應(yīng)用側(cè)的監(jiān)測(cè)與操控。

同時(shí)，我國(guó)鋁電解產(chǎn)業(yè)遍布全國(guó)各地，應(yīng)用華為云可以將多企業(yè)多廠區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，各地的專家經(jīng)驗(yàn)也可以在平臺(tái)上進(jìn)行知識(shí)遷移，服務(wù)于整個(gè)行業(yè)。

團(tuán)隊(duì)搭建的技術(shù)架構(gòu)以華為云為核心，并依托團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的智能網(wǎng)關(guān)與預(yù)測(cè)模型算法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。首先是網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入，通過(guò)在網(wǎng)關(guān)程序中配置與華為IoTDA服務(wù)相匹配的設(shè)備參數(shù)，數(shù)據(jù)以如圖方式上傳到華為云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)海量設(shè)備數(shù)據(jù)上云。

然后是團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的氧化鋁濃度與陽(yáng)極效應(yīng)預(yù)測(cè)模型，可以根據(jù)電解槽的過(guò)程參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生情況，預(yù)測(cè)精度領(lǐng)先國(guó)內(nèi)已有技術(shù)。

經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)模型判定后，平臺(tái)會(huì)采取相應(yīng)的控制策略，可以成功抑制住陽(yáng)極效應(yīng)的發(fā)生。團(tuán)隊(duì)基于預(yù)測(cè)模型開(kāi)發(fā)了一套鋁電解槽智能管控平臺(tái)。操作人員可以手動(dòng)操控，平臺(tái)也可以主動(dòng)預(yù)測(cè)，如果預(yù)測(cè)到即將發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)，那么平臺(tái)就會(huì)自主決策并下發(fā)相應(yīng)的控制策略，有效解決大滯后性帶來(lái)的能耗問(wèn)題。團(tuán)隊(duì)將算法封裝成了動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，主流編程語(yǔ)言都可以調(diào)用，更加便捷地完成了本地到華為云上的部署。

團(tuán)隊(duì)使用華為云數(shù)據(jù)可視化服務(wù)，開(kāi)發(fā)了一套供現(xiàn)場(chǎng)和集團(tuán)總部觀看的數(shù)字化可視化平臺(tái)，可以宏觀掌握鋁電解生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及加入節(jié)能策略前后的能耗對(duì)比。

上層應(yīng)用平臺(tái)的開(kāi)發(fā)也離不開(kāi)下層節(jié)點(diǎn)的硬件支撐，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了傳感器節(jié)點(diǎn)與智能邊緣網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋁電解槽的實(shí)時(shí)監(jiān)控。團(tuán)隊(duì)的硬件與算法已經(jīng)形成了相應(yīng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在行業(yè)的評(píng)估檢測(cè)報(bào)告中評(píng)價(jià)我們的硬件在鋁電解智能化領(lǐng)域中處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一套“云-邊-端”三層架構(gòu)的鋁電解能耗監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)。在硬件側(cè)，采用團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的若干傳感器節(jié)點(diǎn)，采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；在邊緣側(cè)，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了智能邊緣網(wǎng)關(guān)，匯總節(jié)點(diǎn)層數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)接入至華為云IoT平臺(tái)；在應(yīng)用側(cè)，團(tuán)隊(duì)完全采用華為云服務(wù)的相關(guān)技術(shù)，并將預(yù)測(cè)算法與控制策略嵌入到相關(guān)服務(wù)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁電解過(guò)程的能耗監(jiān)測(cè)與管理。

 

 

本次參賽的項(xiàng)目獲得了北京科技大學(xué)第24屆“搖籃杯”華為產(chǎn)業(yè)命題競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，并代表學(xué)校參加了第九屆中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽產(chǎn)業(yè)命題賽道（華為命題）北京賽區(qū)的比賽，校團(tuán)委于2023年5月與項(xiàng)目所在實(shí)驗(yàn)室共建了第二課堂教育實(shí)踐基地（高水平創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽），聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的力量培育高水平科創(chuàng)人才！同時(shí)，校團(tuán)委聘請(qǐng)華為云開(kāi)發(fā)者聯(lián)盟產(chǎn)品部高校生態(tài)總監(jiān)羅靜擔(dān)任學(xué)校“鼎新計(jì)劃”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師。

學(xué)校團(tuán)委持續(xù)加大與華為的交流合作，11月30日華為云開(kāi)發(fā)者生態(tài)運(yùn)營(yíng)總監(jiān)闞金龍及4位華為云開(kāi)發(fā)者生態(tài)團(tuán)隊(duì)專家來(lái)訪，針對(duì)第二課堂活動(dòng)育人、競(jìng)賽育人進(jìn)行深入交流。12月2日，華為云HCSD（學(xué)生開(kāi)發(fā)者計(jì)劃）校園沙龍?jiān)趯W(xué)校教職工活動(dòng)中心舉辦，北京昇騰創(chuàng)新中心解決方案部部長(zhǎng)關(guān)琦、華為云開(kāi)發(fā)者服務(wù)專家張浩奇為學(xué)生講解人工智能技術(shù)的相關(guān)特點(diǎn)及發(fā)展前景，共同為學(xué)校人才培養(yǎng)、華為云開(kāi)發(fā)者生態(tài)添磚加瓦。