創新平臺／數位雙生系統 協助轉爐出鋼

鋼鐵是工業之母，而在鍊鋼製程當中，決定鋼鐵品質的「轉爐出鋼」這項環節，目前還是須以人工操作的方式傾倒轉爐，將鋼液倒出，經驗難以傳承。爲了解決這項難題，工研院與中鋼（2002）攜手開發「轉爐出鋼製程數位雙生系統」，以虛實整合的介面數位模擬最佳出鋼參數，讓傳統的出鋼製程順利進階至數位化。

由於高溫工作環境的關係，「出鋼手」僅能在轉爐前，對着像A4大小的視窗觀察轉爐狀況，但小窗視也僅有一小部分，無法監看全貌。

而鍊鋼過程會產生鋼渣，倒得太快，會將鋼渣一同倒出，倒得太慢，又會讓鋼液凝固。在控制上，不只要操作轉爐，當鋼液落在底下的盛鋼桶上時，也要稍微左右搖晃，避免鋼液凝固，「出鋼手」難以複製的經驗，就在能精準判斷傾倒的速度、角度、鋼液量、落渣量和噴濺量。

工研院電光系統所組長劉建志表示，「轉爐出鋼製程數位雙生系統」以虛實整合的介面模擬最佳出鋼參數，使傳統的出鋼製程數位化，但開發初期卻是遇到相當大的挑戰。

一開始研發團隊模擬液體有點像水，即便導入各項參數，但每一次測試結果總是不相同，出鋼手也難以具體的量化經驗，若中鋼導入後卻無法達到精準控制，面臨的將是整批鋼液都須報廢的窘境，影響甚大。

既然參數項目都沒有問題，模擬成果還是不到位，團隊就再深入廠區觀察，發現操作轉爐的出鋼手，會依照當天鋼液的噴濺狀態、流速以及鋼液掉落的情形來做判斷依據，那鋼液就是核心關鍵了。

工研院研發團隊透過與中鋼團隊密切討論下，藉由高達600萬顆粒子凝聚來模擬鋼液，並建立模型參數，精細模擬鋼液的運動狀態與流速，貼近實際鋼液的流動情況，整出符合實際出鋼影像的視覺模型，果然再重新測試，模擬出鋼的正確率高達90%以上。

此套系統可視覺化的數位雙生影像，讓出鋼手既能看到現場實際狀況，又能參考以實際影像模擬出鋼畫面，協助出鋼手以更直觀的方式，實現更智慧、更高效的操作與管理。

工研院與中鋼公司合作開發的「轉爐出鋼製程數位雙生系統」可精確模擬複雜動態流，且能同時掌握實際操作與虛擬建模結果，以進行高精度操作，未來可應用於航空業、重工業、汽車等其他高技術領域，引領產業進入數位化新時代。