近日，2023華為開發者大賽
全球總決賽及頒獎典禮
在華為松山湖基地圓滿落幕
由我校自動化學院郭騰宇牽頭
劉子卓、陳丹丹、袁浩洲
萬家祺等研究生共同完成
李擎、崔家瑞、楊旭、高晶晶
作為校內指導教師的作品
“基于華為云IoT的鋁電解能耗監測管理系統”
經過初篩、北京賽區決賽、北部區域賽
一路沖進全球總決賽
獲得中國賽區學生賽道唯一的金獎！
華為開發者大賽作為華為ICT領域的頂級開發者賽事，旨在面向開發者全面開放華為各領域的技術成果，用ICT技術解決問題、創造價值。本次大賽以“Spark Infinity 創想無限”為主題，旨在激發開發者的創新潛能。大賽覆蓋中國以及亞太、拉美、歐洲、土耳其等區域，吸引了來自全球30多個國家和地區的19000多名開發者、3000多支團隊報名參賽。
大賽分為中國賽區學生賽道、中國賽區企業賽道及亞太賽區，在頒獎典禮上華為頒發了3個金獎、6個銀獎、9個銅獎、7個創新獎，其中中國賽區學生賽道最終評出金獎1項、銀獎2項、銅獎3項及創新獎2項，我校團隊最終獲得了該賽道的最高獎項！
項目背景
金屬鋁在我國國民經濟建設中發揮著重要作用，廣泛應用于建材、航空、航天、汽車制造等領域，電解鋁的產量也呈現出供不應求的趨勢。去年我國的電解鋁產量更是達到了歷史新高，已占到全球總產量的55%。
但鋁電解行業的能耗情況并不樂觀，2022年鋁電解行業的總耗電量和總碳排放量都占到全國總量的6-7%，同時總碳排放量也是整個有色金屬行業的83.3%，可以說是工業領域中最嚴重的耗能大戶！
項目初心
經過團隊調研，陽極效應是在鋁電解生產過程中非常容易發生的一種異常情況，會導致鋁電解槽內的電壓快速增大。團隊根據現場數據進行分析，發現發生陽極效應后電壓的增幅非常明顯，并且人為控制后，電壓需要3-5分鐘的時間恢復至正常水平，這期間會產生大約500度電的巨大耗能！因此，團隊想開發一款針對鋁電解工業的能耗智能監測管理系統，提前預測陽極效應，并采取先進的控制策略抑制陽極效應的發生！
項目負責人郭騰宇前期參與到鋁電解的科研項目中，曾多次到鋁電解廠生產實習，在現場了解到了企業的真實痛點與需求，開展了基于全要素模型的鋁電解過程可視化技術研究，將所學知識應用到創新實踐中，同時，依托工業過程知識自動化教育部重點實驗室，在導師的支持下，郭騰宇帶領團隊開展了工業過程智能感知、建模控制、監測診斷與自主決策的相關研究，為項目的推進奠定了堅實的基礎。項目的前期成果已轉化為國家級一流本科課程“自動化生產實訓”的實訓內容，并寫入到《工業自動化生產線實訓（第2版）》（冶金工業出版社）教材中，為提升學生的實踐能力和創新意識提供了有力的支撐 。
項目難點
鋁電解現場環境惡劣、工況復雜，傳統通信方法的問題層出不窮，于是團隊想到可以將現場的監控設備連到華為云上，基于此進行應用側的監測與操控。
同時，我國鋁電解產業遍布全國各地，應用華為云可以將多企業多廠區的數據進行匯總，各地的專家經驗也可以在平臺上進行知識遷移，服務于整個行業。
項目開發
團隊搭建的技術架構以華為云為核心，并依托團隊自主研發的智能網關與預測模型算法進行開發。首先是網關設備接入，通過在網關程序中配置與華為IoTDA服務相匹配的設備參數，數據以如圖方式上傳到華為云平臺，實現海量設備數據上云。
然后是團隊自主研發的氧化鋁濃度與陽極效應預測模型，可以根據電解槽的過程參數來預測陽極效應發生情況，預測精度領先國內已有技術。
經過預測模型判定后，平臺會采取相應的控制策略，可以成功抑制住陽極效應的發生。團隊基于預測模型開發了一套鋁電解槽智能管控平臺。操作人員可以手動操控，平臺也可以主動預測，如果預測到即將發生陽極效應，那么平臺就會自主決策并下發相應的控制策略，有效解決大滯后性帶來的能耗問題。團隊將算法封裝成了動態鏈接庫，主流編程語言都可以調用，更加便捷地完成了本地到華為云上的部署。
不斷迭代
團隊使用華為云數據可視化服務，開發了一套供現場和集團總部觀看的數字化可視化平臺，可以宏觀掌握鋁電解生產過程監測數據以及加入節能策略前后的能耗對比。
上層應用平臺的開發也離不開下層節點的硬件支撐，團隊自主研發了傳感器節點與智能邊緣網關，實現了對鋁電解槽的實時監控。團隊的硬件與算法已經形成了相應的知識產權，在行業的評估檢測報告中評價我們的硬件在鋁電解智能化領域中處于國際領先水平。
團隊構建了一套“云-邊-端”三層架構的鋁電解能耗監測管理平臺。在硬件側，采用團隊自主研發的若干傳感器節點，采集實時數據；在邊緣側，團隊自主研發了智能邊緣網關，匯總節點層數據，并將數據接入至華為云IoT平臺；在應用側，團隊完全采用華為云服務的相關技術，并將預測算法與控制策略嵌入到相關服務中，實現對鋁電解過程的能耗監測與管理。
應用實踐
在可行性方面，學校給予了團隊大力的資源支持，學校與多家鋁業公司簽訂了戰略合作協議，為團隊與鋁電解企業的合作保駕護航。團隊已經在現場部署了本地平臺，經過現場實驗與測算，將現場設備連接到華為云平臺上后，可以進一步節省能源、人工、維修等成本近3000萬/年，并且在全國范圍內應用后，不僅可以節省各地本地平臺的開發成本，整個鋁電解行業的能耗水平也會有效降低。
項目負責人郭騰宇負責對接鋁電解企業，同時多次聯系華為云技術專家交流，并完成了華為開發者認證，推動團隊技術在華為云平臺上順利部署。4位團隊成員，在項目中各司其職，充分發揮了自主創新精神，深入企業現場實地考察與項目部署，將所學知識轉化為項目實踐成果。團隊已經完成核心技術研發，計劃未來兩年在鋁電解行業內大范圍應用，努力在未來推廣至大部分工業場景，為我國制造業綠色低碳流程再造提供核心技術支撐，助力制造業的高端綠色低碳發展！
近年來
學校結合“搖籃杯”競賽
積極與華為公司搭建競賽育人平臺
共同開展了“搖籃杯”華為產業命題競賽
同時推薦項目參加華為舉辦的各項競賽
鼓勵學生學以致用、服務產業需求
本次參賽的項目獲得了北京科技大學第24屆“搖籃杯”華為產業命題競賽一等獎，并代表學校參加了第九屆中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽產業命題賽道（華為命題）北京賽區的比賽，校團委于2023年5月與項目所在實驗室共建了第二課堂教育實踐基地（高水平創新創業競賽），聯合實驗室的力量培育高水平科創人才！同時，校團委聘請華為云開發者聯盟產品部高校生態總監羅靜擔任學校“鼎新計劃”創新創業導師。
學校團委持續加大與華為的交流合作，11月30日華為云開發者生態運營總監闞金龍及4位華為云開發者生態團隊專家來訪，針對第二課堂活動育人、競賽育人進行深入交流。12月2日，華為云HCSD（學生開發者計劃）校園沙龍在學校教職工活動中心舉辦，北京昇騰創新中心解決方案部部長關琦、華為云開發者服務專家張浩奇為學生講解人工智能技術的相關特點及發展前景，共同為學校人才培養、華為云開發者生態添磚加瓦。
USTB | 北京科技大學
