Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Le contrôle de procédé est une tâche difficile. C'est particulièrement le cas lorsque le système possède des non-linéarités, comme des réactions chimiques ou des imprévus. Nous retrouvons ce genre de procédé dans les fours à arc qui sont utilisés notamment dans la production d'acier et de ferrosilicium. En plus de faire face à plusieurs sources de nonlinéarités, nous sommes dans l'impossibilité de connaître et mesurer exactement ce qui se passe à l'intérieur du four. Le manque de contrôle et d'automatisme lié à ces problèmes amène les opérateurs à devoir prendre des décisions importantes qui auront un impact sur le déroulement du procédé. Puisqu'elles se basent la plupart du temps sur l'expérience et l'intuition des travailleurs, il est facile de déduire que les décisions prises ne seront pas toujours les plus efficaces. Par contre, la probabilité d'être en erreur est diminuée plus l'opérateur possède de l'expertise. Or, ce n'est pas tout le monde qui possède la même expertise et les ressources expérimentées sont rares et coûteuses. De plus, lors du départ à la retraite d'un employé, cette connaissance est souvent perdue. Dans le but d'améliorer le contrôle et l'automatisation du procédé, des auteurs proposent des solutions liées au contrôle de sous-systèmes. Ainsi, nous retrouvons un nombre assez limité de modèles qui permettent de contrôler la position des électrodes, d'améliorer l'efficacité énergétique, d'estimer la température du métal en fusion, etc. Mais ceux-ci sont limités à leurs soussystèmes respectifs. De plus, ils n'utilisent pas l'expertise des opérateurs et ils ne permettent pas de la conserver. Aussi, les solutions qui permettent d'améliorer le contrôle de façon globale se font très rares. Un système expert pourrait formaliser, codifier et conserver l'expertise du domaine des fours à arc (provenant entre autres des opérateurs) dans une base de connaissance. En la combinant avec de l'information comme des données du procédé en temps réel, nous l'utilisons dans le but de fournir des indications, de déduire des phénomènes et de devenir un puissant outil d'aide à la décision qui permet d'améliorer le contrôle du procédé dans son ensemble.

Ce mémoire fournit la méthodologie et la connaissance requise pour mettre en oeuvre un système expert qui sert d'outil d'aide à la décision pour améliorer le contrôle de procédé dans les fours à arc. Elle propose des règles de production décrites à l'aide d'un formalisme de codification de l'expertise des opérateurs et des modèles s'appuyant sur des équations mathématiques. Ces derniers utilisent des données historiques et en temps réel comme les paramètres électriques. Ces deux éléments sont utilisés par le système expert dans le but de faire un diagnostic de l'état interne du four et de son mélange. Il permet entre autres de déduire s'il y a accumulation de métal, s'il y a la nécessité d'ajouter du carbone ou non dans le mélange et la position des électrodes. Ainsi, il permet d'améliorer le contrôle global du procédé, de conserver l'expertise du domaine et de l'utiliser pour effectuer ses déductions. Enfin, le système a été implémenté et validé concrètement en milieu industriel où nous produisons du ferrosilicium dans un four à arc. Ainsi, les modèles ont été validés individuellement en comparant le résultat obtenu avec la réalité sur une période de douze jours et les règles ont été testées par validation apparente et comparées avec les décisions prises par les experts.