近日，2023华为开发者大赛
全球总决赛及颁奖典礼
在华为松山湖基地圆满落幕
由我校自动化学院郭腾宇牵头
刘子卓、陈丹丹、袁浩洲
万家祺等研究生共同完成
李擎、崔家瑞、杨旭、高晶晶
作为校内指导教师的作品
“基于华为云IoT的铝电解能耗监测管理系统”
经过初筛、北京赛区决赛、北部区域赛
一路冲进全球总决赛
获得中国赛区学生赛道唯一的金奖！
华为开发者大赛作为华为ICT领域的顶级开发者赛事，旨在面向开发者全面开放华为各领域的技术成果，用ICT技术解决问题、创造价值。本次大赛以“Spark Infinity 创想无限”为主题，旨在激发开发者的创新潜能。大赛覆盖中国以及亚太、拉美、欧洲、土耳其等区域，吸引了来自全球30多个国家和地区的19000多名开发者、3000多支团队报名参赛。
大赛分为中国赛区学生赛道、中国赛区企业赛道及亚太赛区，在颁奖典礼上华为颁发了3个金奖、6个银奖、9个铜奖、7个创新奖，其中中国赛区学生赛道最终评出金奖1项、银奖2项、铜奖3项及创新奖2项，我校团队最终获得了该赛道的最高奖项！
项目背景
金属铝在我国国民经济建设中发挥着重要作用，广泛应用于建材、航空、航天、汽车制造等领域，电解铝的产量也呈现出供不应求的趋势。去年我国的电解铝产量更是达到了历史新高，已占到全球总产量的55%。
但铝电解行业的能耗情况并不乐观，2022年铝电解行业的总耗电量和总碳排放量都占到全国总量的6-7%，同时总碳排放量也是整个有色金属行业的83.3%，可以说是工业领域中最严重的耗能大户！
项目初心
经过团队调研，阳极效应是在铝电解生产过程中非常容易发生的一种异常情况，会导致铝电解槽内的电压快速增大。团队根据现场数据进行分析，发现发生阳极效应后电压的增幅非常明显，并且人为控制后，电压需要3-5分钟的时间恢复至正常水平，这期间会产生大约500度电的巨大耗能！因此，团队想开发一款针对铝电解工业的能耗智能监测管理系统，提前预测阳极效应，并采取先进的控制策略抑制阳极效应的发生！
项目负责人郭腾宇前期参与到铝电解的科研项目中，曾多次到铝电解厂生产实习，在现场了解到了企业的真实痛点与需求，开展了基于全要素模型的铝电解过程可视化技术研究，将所学知识应用到创新实践中，同时，依托工业过程知识自动化教育部重点实验室，在导师的支持下，郭腾宇带领团队开展了工业过程智能感知、建模控制、监测诊断与自主决策的相关研究，为项目的推进奠定了坚实的基础。项目的前期成果已转化为国家级一流本科课程“自动化生产实训”的实训内容，并写入到《工业自动化生产线实训（第2版）》（冶金工业出版社）教材中，为提升学生的实践能力和创新意识提供了有力的支撑 。
项目难点
铝电解现场环境恶劣、工况复杂，传统通信方法的问题层出不穷，于是团队想到可以将现场的监控设备连到华为云上，基于此进行应用侧的监测与操控。
同时，我国铝电解产业遍布全国各地，应用华为云可以将多企业多厂区的数据进行汇总，各地的专家经验也可以在平台上进行知识迁移，服务于整个行业。
项目开发
团队搭建的技术架构以华为云为核心，并依托团队自主研发的智能网关与预测模型算法进行开发。首先是网关设备接入，通过在网关程序中配置与华为IoTDA服务相匹配的设备参数，数据以如图方式上传到华为云平台，实现海量设备数据上云。
然后是团队自主研发的氧化铝浓度与阳极效应预测模型，可以根据电解槽的过程参数来预测阳极效应发生情况，预测精度领先国内已有技术。
经过预测模型判定后，平台会采取相应的控制策略，可以成功抑制住阳极效应的发生。团队基于预测模型开发了一套铝电解槽智能管控平台。操作人员可以手动操控，平台也可以主动预测，如果预测到即将发生阳极效应，那么平台就会自主决策并下发相应的控制策略，有效解决大滞后性带来的能耗问题。团队将算法封装成了动态链接库，主流编程语言都可以调用，更加便捷地完成了本地到华为云上的部署。
不断迭代
团队使用华为云数据可视化服务，开发了一套供现场和集团总部观看的数字化可视化平台，可以宏观掌握铝电解生产过程监测数据以及加入节能策略前后的能耗对比。
上层应用平台的开发也离不开下层节点的硬件支撑，团队自主研发了传感器节点与智能边缘网关，实现了对铝电解槽的实时监控。团队的硬件与算法已经形成了相应的知识产权，在行业的评估检测报告中评价我们的硬件在铝电解智能化领域中处于国际领先水平。
团队构建了一套“云-边-端”三层架构的铝电解能耗监测管理平台。在硬件侧，采用团队自主研发的若干传感器节点，采集实时数据；在边缘侧，团队自主研发了智能边缘网关，汇总节点层数据，并将数据接入至华为云IoT平台；在应用侧，团队完全采用华为云服务的相关技术，并将预测算法与控制策略嵌入到相关服务中，实现对铝电解过程的能耗监测与管理。
应用实践
在可行性方面，学校给予了团队大力的资源支持，学校与多家铝业公司签订了战略合作协议，为团队与铝电解企业的合作保驾护航。团队已经在现场部署了本地平台，经过现场实验与测算，将现场设备连接到华为云平台上后，可以进一步节省能源、人工、维修等成本近3000万/年，并且在全国范围内应用后，不仅可以节省各地本地平台的开发成本，整个铝电解行业的能耗水平也会有效降低。
项目负责人郭腾宇负责对接铝电解企业，同时多次联系华为云技术专家交流，并完成了华为开发者认证，推动团队技术在华为云平台上顺利部署。4位团队成员，在项目中各司其职，充分发挥了自主创新精神，深入企业现场实地考察与项目部署，将所学知识转化为项目实践成果。团队已经完成核心技术研发，计划未来两年在铝电解行业内大范围应用，努力在未来推广至大部分工业场景，为我国制造业绿色低碳流程再造提供核心技术支撑，助力制造业的高端绿色低碳发展！
近年来
学校结合“摇篮杯”竞赛
积极与华为公司搭建竞赛育人平台
共同开展了“摇篮杯”华为产业命题竞赛
同时推荐项目参加华为举办的各项竞赛
鼓励学生学以致用、服务产业需求
本次参赛的项目获得了北京科技大学第24届“摇篮杯”华为产业命题竞赛一等奖，并代表学校参加了第九届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛产业命题赛道（华为命题）北京赛区的比赛，校团委于2023年5月与项目所在实验室共建了第二课堂教育实践基地（高水平创新创业竞赛），联合实验室的力量培育高水平科创人才！同时，校团委聘请华为云开发者联盟产品部高校生态总监罗静担任学校“鼎新计划”创新创业导师。
学校团委持续加大与华为的交流合作，11月30日华为云开发者生态运营总监阚金龙及4位华为云开发者生态团队专家来访，针对第二课堂活动育人、竞赛育人进行深入交流。12月2日，华为云HCSD（学生开发者计划）校园沙龙在学校教职工活动中心举办，北京昇腾创新中心解决方案部部长关琦、华为云开发者服务专家张浩奇为学生讲解人工智能技术的相关特点及发展前景，共同为学校人才培养、华为云开发者生态添砖加瓦。
USTB | 北京科技大学
