轧辊是轧钢生产中的大型消耗性工具，轧制钢材的产量和质量都与轧辊有着极为密切的关系。轧辊的离心浇铸是工艺十分复杂的生产过程，轧辊质量与铸造工艺、化学成分、冷却速度、造型材料、球化处理、浇铸工艺、填芯工艺等很多因素有关。为了克服生产过程中的人为因素，指导工人的现场操作，适应众多规格、品种轧辊的生产，提高成材率，我们研制了离心浇铸轧辊生产工艺专家系统，于1997年初在太钢轧辊厂投入运行。
1 系统结构及设计原理
1.1 系统结构
系统结构框图如图1所示，离心浇铸轧辊的生产过程由配料、冶炼、离心浇铸外层、填芯等几部分组成，其中每一部分都有很多参数需要确定。为此，我们将系统分成配料、冶炼、浇铸、填芯、数据管理、知识维护等部分。配料、冶炼、浇铸与填芯系统离线用于现场工序的咨询与操作指导，它们分别通过各自的知识库，应用推理机，将现场操作中所应采取的步骤及措施显示在屏幕上，实时指导工人进行正确操作，知识采用产生式规则，推理机采用正反向混合推理，共计50余条规则；数据管理系统通过数据查询与统计功能块，使技术人员能够方便灵活地进行生产管理；知识维护系统供专家进行知识的建立、修改和删除以及规则的添加。
配料过程的目的是将原料(回炉铁、平炉铁、低碳铁、铸造铁以及废钢等)按一定比例进行搭配，使原料中的碳(C)、硅(Si)含量及原料的铁性(Mn、P、S、Ni、Cr、Mo)方面达到较理想的状况。
配料部分的知识库包括配料数据库和配料规则库。配料数据库用来存放轧辊的类型、硬度指标值、C和Si含量的合格范围与期望值、各种原料成分、原料总重量、回炉铁重量、铁性要求等数据；配料规则库包括轧辊硬度期望值判断规则库、C和Si含量合格范围规则库、铁性判断规则库等。
配料部分的推理机由以下推理步骤构成：
(1)根据轧辊硬度期望值判断规则库推断硬度期望值是否合理，如果不合理，重新给出期望值。
(2)根据轧辊类型、硬度期望值大小，通过规则库，给出C、Si含量的合格范围，即Cmin％～Cmax％、Simin％～Simax％。
(3)根据各种原料成分、原料总重量、回炉铁重量、C和Si含量期望值，利用数学推理计算平炉铁、低碳铁、铸造铁及废钢的重量。
(4)根据铁性判断规则库判断回炉铁、平炉铁、低碳铁、铸造铁以及废钢是否符合铁性要求，如果符合，转入步骤(7)，结束配料。
(5)调整各原料成分重量直至符合铁性要求，同时重新计算原料中C、Si含量。
(6)判断C、Si含量是否在合格范围之内，如果超出合格范围，转入步骤(5)。
(7)配料结束。
1.2.2 冶炼
冶炼过程主要是根据硬度值要求以及上一工序的配料情况，考虑收得率等因素，通过规则推断出应加Fe－Ni、Fe－Cr、Fe－Mo、Fe－Mn、Fe－P合金的重量，以达到对炉前化学成分的控制。
冶炼知识库由冶炼数据库和冶炼规则库组成。冶炼数据库主要存放轧辊技术指标、上一工序的数据(包括硬度值、原料重量、原料成分等)、本工序检测到的化学成分和合金成分、检测的炉温、期望的化学成分目标值等；冶炼规则库主要有C含量调整规则库、炉前化学成分目标值推理规则库、修正炉前化学成分目标值规则库等。
冶炼过程推理机的推理步骤如下：
(1)根据C含量调整规则库判断原料中C含量是否合适，若不合适，计算出需添加的碳粉重量。
(2)根据轧辊技术指标(硬度、抗拉强度、金相等)、上一工序数据(原料重量、原料成分等)、收得率等参数，运用炉前化学成分目标值推理规则库推断出炉前化学成分目标值。
(3)根据取样分析得到的化学成分实际值、炉前化学成分目标值、合金成分(Fe－Ni、Fe－Cr、Fe－Mo、Fe－Mn、Fe－P)计算出需要添加的各种铁合金重量。
(4)再次取样分析化学成分，判断化学成分是否合适。
(5)若化学成分不合适，则根据当前化学成分实际值，运用修正炉前化学成分目标值规则库推断出新的化学成分目标值，并根据目标值、实际值、合金成分计算出需补加的合金重量。
(6)检测冶炼温度是否达到规定值，若达到，则准备出铁。
1.2.3 浇铸与填芯
浇铸与填芯过程主要是根据轧辊技术指标、上一工序状况逐步推断本过程中所应采取的各项工艺步骤及措施，以确保轧辊具有良好的机械性能。
浇铸与填芯部分知识库也是由数据库与规则库组成。其中数据库主要有轧辊类型及规格、炉前化学成分、辊模参数、浇铸与填芯时间、浇铸与填芯速度等数据；规则库包括孕育量(加矽铁粉量)推断规则库、浇铸温度推断规则库、填芯温度推断规则库、填芯速度推断规则库等。
浇铸与填芯部分的推理机由下述推理过程组成：
(1)根据轧辊类型、规格推出相应的出铁量。
(2)根据炉前化学成分、出铁量，运用孕育量推理规则推断出应加矽铁粉的重量。
(3)根据辊模参数(包括辊模直径、涂料层厚度、涂料模温、浇铸模温等)，运用浇铸模温推理规则，推断出外层浇铸模温的参数值。
(4)根据停转时间、间隔时间等参数，运用填芯温度推理规则，推断出填芯温度的参数值。
(5)根据填芯温度、填芯出铁量等数据，运用填芯速度推理规则，推断出填芯速度的大小。
1.2.4 数据管理
数据管理部分包括查询功能块与统计功能块。运用查询功能块可对已经生产的任一炉次、辊号的数据进行查询，这些数据包括配料数据、冶配，使原料中的碳(C)、硅(Si)含量及原料的铁性(Mn、P、S、Ni、Cr、Mo)方面达到较理想的状况。
配料部分的知识库包括配料数据库和配料规则库。配料数据库用来存放轧辊的类型、硬度指标值、C和Si含量的合格范围与期望值、各种原料成分、原料总重量、回炉铁重量、铁性要求等数据；配料规则库包括轧辊硬度期望值判断规则库、C和Si含量合格范围规则库、铁性判断规则库等。
配料部分的推理机由以下推理步骤构成：
(1)根据轧辊硬度期望值判断规则库推断硬度期望值是否合理，如果不合理，重新给出期望值。
(2)根据轧辊类型、硬度期望值大小，通过规则库，给出C、Si含量的合格范围，即Cmin％～Cmax％、Simin％～Simax％。
(3)根据各种原料成分、原料总重量、回炉铁重量、C和Si含量期望值，利用数学推理计算平炉铁、低碳铁、铸造铁及废钢的重量。
(4)根据铁性判断规则库判断回炉铁、平炉铁、低碳铁、铸造铁以及废钢是否符合铁性要求，如果符合，转入步骤(7)，结束配料。
(5)调整各原料成分重量直至符合铁性要求，同时重新计算原料中C、Si含量。
(6)判断C、Si含量是否在合格范围之内，如果超出合格范围，转入步骤(5)。
(7)配料结束。
1.2.2 冶炼
冶炼过程主要是根据硬度值要求以及上一工序的配料情况，考虑收得率等因素，通过规则推断出应加Fe－Ni、Fe－Cr、Fe－Mo、Fe－Mn、Fe－P合金的重量，以达到对炉前化学成分的控制。
冶炼知识库由冶炼数据库和冶炼规则库组成。冶炼数据库主要存放轧辊技术指标、上一工序的数据(包括硬度值、原料重量、原料成分等)、本工序检测到的化学成分和合金成分、检测的炉温、期望的化学成分目标值等；冶炼规则库主要有C含量调整规则库、炉前化学成分目标值推理规则库、修正炉前化学成分目标值规则库等。
冶炼过程推理机的推理步骤如下：
(1)根据C含量调整规则库判断原料中C含量是否合适，若不合适，计算出需添加的碳粉重量。
(2)根据轧辊技术指标(硬度、抗拉强度、金相等)、上一工序数据(原料重量、原料成分等)、收得率等参数，运用炉前化学成分目标值推理规则库推断出炉前化学成分目标值。
(3)根据取样分析得到的化学成分实际值、炉前化学成分目标值、合金成分(Fe－Ni、Fe－Cr、Fe－Mo、Fe－Mn、Fe－P)计算出需要添加的各种铁合金重量。
(4)再次取样分析化学成分，判断化学成分是否合适。
(5)若化学成分不合适，则根据当前化学成分实际值，运用修正炉前化学成分目标值规则库推断出新的化学成分目标值，并根据目标值、实际值、合金成分计算出需补加的合金重量。
(6)检测冶炼温度是否达到规定值，若达到，则准备出铁。
1.2.3 浇铸与填芯
浇铸与填芯过程主要是根据轧辊技术指标、上一工序状况逐步推断本过程中所应采取的各项工艺步骤及措施，以确保轧辊具有良好的机械性能。
浇铸与填芯部分知识库也是由数据库与规则库组成。其中数据库主要有轧辊类型及规格、炉前化学成分、辊模参数、浇铸与填芯时间、浇铸与填芯速度等数据；规则库包括孕育量(加矽铁粉量)推断规则库、浇铸温度推断规则库、填芯温度推断规则库、填芯速度推断规则库等。
浇铸与填芯部分的推理机由下述推理过程组成：
(1)根据轧辊类型、规格推出相应的出铁量。
(2)根据炉前化学成分、出铁量，运用孕育量推理规则推断出应加矽铁粉的重量。
(3)根据辊模参数(包括辊模直径、涂料层厚度、涂料模温、浇铸模温等)，运用浇铸模温推理规则，推断出外层浇铸模温的参数值。
(4)根据停转时间、间隔时间等参数，运用填芯温度推理规则，推断出填芯温度的参数值。
(5)根据填芯温度
