自上世紀(jì)50年代起，許多研究玻璃窯爐的學(xué)者對熔化過程的數(shù)學(xué)模型發(fā)生了極大興趣。他們認(rèn)為通過建立數(shù)學(xué)模型設(shè)計窯爐，在窯爐運行中的調(diào)整具有重大意義。但是數(shù)十年來，真正能用于實際的數(shù)學(xué)模型并不是十分完善，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于CFD（計算的流體動力學(xué)）的數(shù)學(xué)模型才越來越有實用價值?，F(xiàn)代控制理論早已非常成熟，但在玻璃工業(yè)上的應(yīng)用，卻十分罕見，這是因為玻璃工藝過程十分復(fù)雜，人們只能將其視為黑匣子，借助于玻璃窯爐數(shù)學(xué)模型和仿真器，我們正在找到玻璃生產(chǎn)過程先進(jìn)控制的突破口。
在玻璃生產(chǎn)的自動控制中，我們必須十分了解工藝過程的條件與玻璃產(chǎn)品質(zhì)量（按不同產(chǎn)品的合格率分）之間的關(guān)系。目前，過程仿真早已被采用，以預(yù)估各種工藝過程的影響，例如，窯爐內(nèi)的燃燒狀態(tài)、火焰分布、加料及配合料分布、電助熔對液流的影響、溫度分布以及氧化還原的影響等情況。而仿真結(jié)果可以清楚地告訴玻璃廠家生產(chǎn)過程的水平，而工藝水平的提高會相應(yīng)提高玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量。由于有了詳細(xì)的監(jiān)控信息，玻璃廠家就可以輕松地了解工藝過程與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系，并且?guī)椭麄冊谧罴训纳a(chǎn)條件下生產(chǎn)出最佳質(zhì)量的產(chǎn)品。
LEONARDO軟件套裝是專門為玻璃工藝生產(chǎn)過程設(shè)計的。多年來，該軟件在運轉(zhuǎn)的窯爐上進(jìn)行離線評估和硬件設(shè)計上已得到廣泛應(yīng)用，而且這個軟件工具也是工程設(shè)計和安裝在線操作支持系統(tǒng)（玻璃過程仿真器）的基礎(chǔ)，并能夠支持高性能控制系統(tǒng)（基于嚴(yán)格模型的預(yù)估控制系統(tǒng)）。有專家認(rèn)為LEONARDO的技術(shù)突破翻開了窯爐優(yōu)化設(shè)計和過程控制的的新篇章。這套軟件的核心部分由GTM-X（玻璃池爐模型）和INCA（IPCOS新穎的控制結(jié)構(gòu)）組成。GTM-X可以在不同的生產(chǎn)線上根據(jù)不同的玻璃類型建立數(shù)學(xué)模型，而INCA則是控制系統(tǒng)的內(nèi)核軟件，它可以用于互相關(guān)聯(lián)的多變量控制系統(tǒng)，是許多先進(jìn)過程控制系統(tǒng)（APC）的基石，它可以和現(xiàn)存的PID、PLC、DCS等整合在一起，在不需改變操作界面的情況下，監(jiān)督控制生產(chǎn)過程，同時便于操作員的操作。
玻璃工藝過程數(shù)學(xué)模型：GTM-X在過去的20年中，實質(zhì)性的程序研究、軟件開發(fā)、工業(yè)應(yīng)用與驗證已經(jīng)使最新的玻璃工藝過程數(shù)學(xué)模型GTM-X這個最專業(yè)的、最精確的玻璃窯爐仿真軟件現(xiàn)實可用。這套玻璃離線工具軟件，包括以CFD（計算的流體動力學(xué)）為基礎(chǔ)的全方位嚴(yán)格的工藝過程模型。GTM-X不僅可以對穩(wěn)態(tài)過程進(jìn)行仿真，同時還可以對窯爐的動態(tài)行為進(jìn)行仿真，并為包括燃燒過程、熔化過程、均化過程、澄清過程，以及料道溫度調(diào)整過程等提供出詳細(xì)的可顯示的信息。而該軟件的另一大優(yōu)勢是適用于任何窯爐和料道類型上以及任何的玻璃類型。GTM-X包含了專用的模型和數(shù)據(jù)庫，其中有玻璃模型、燃燒模型、耐火材料模型和實用窯爐技術(shù)模型，可方便地用于窯爐的設(shè)計、優(yōu)化和解決故障等。因為它是模塊化組態(tài)的，用戶可根據(jù)不同需求自由組態(tài)。
LEONARDO軟件套裝中，GTM-X是第一個層次的軟件。通常客戶提供其窯爐的技術(shù)圖紙，包括一些材料的性質(zhì)以及玻璃成分等必要的數(shù)據(jù)，GTM工程師們根據(jù)這些數(shù)據(jù)建立模型，然后進(jìn)行仿真，最后對模擬出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。GTM-X不僅可以對窯爐內(nèi)部的溫度液流情況給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，同時對鼓泡、攪拌情況、電助熔的性能給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示，GTM-X還可以計算出玻璃液的駐留時間。另外，玻璃生產(chǎn)廠商都很在意耐材的情況，GTM-X同樣可以向用戶顯示出窯爐內(nèi)耐火材料的侵蝕程度。
玻璃工藝過程仿真器：GPS GTM-X軟件并不能滿足運行中的窯爐故障診斷和工藝調(diào)整的需要，GPS（玻璃工藝過程仿真器）可以彌補這一不足。GPS是以數(shù)學(xué)計算方法在GTM-X模型基礎(chǔ)上的窯爐快速仿真器。在線應(yīng)用的GPS可被看成是提供液流、溫度、氧化還原和駐留時間的“軟傳感器”。那些更重要的操作條件，例如：發(fā)泡區(qū)的溫度和位置、最少駐留時間以及玻璃的顏色也會被自動測定出來。
GPS的監(jiān)視系統(tǒng)連接到DCS/PLC/SCADA系統(tǒng)上使用與GMT-X窯爐仿真軟件相結(jié)合。在控制室，雖然沒有直接的硬件傳感器或者在線測量工藝過程的條件，但是操作人員可以實時地看到重要的工藝過程的信息。在監(jiān)視的模式下，這個三維仿真的軟傳感器，根據(jù)可得到的測量值來推測相關(guān)的信息。在預(yù)估模式下，該系統(tǒng)可用來檢查窯爐對于生產(chǎn)工藝參數(shù)的改變和其他擾動時所做出反應(yīng)的未來的行為和表現(xiàn)；GPS系統(tǒng)可很快地預(yù)估并模擬參數(shù)變化對于工藝過程和玻璃質(zhì)量的影響，因此，耗資費時的反復(fù)試驗方法再也不需要了。
而GPS玻璃工藝過程仿真器在全部操作范圍內(nèi)對窯爐進(jìn)行三維仿真。這一最新的玻璃工藝過程數(shù)學(xué)模型仿真器將原來的零維過程信息詳細(xì)到三維狀態(tài)：如玻璃溫度、氧化還原、廢氣中含氧量、爐壓等這樣的零維數(shù)據(jù)發(fā)展到三維溫度分布、三維氧化還原分布、熱點位置和溫度、氧化氮排放水平、能耗平衡和效率、三維液流、駐留時間分布、三維玻璃顏色、蓄熱室效率及顯示窯爐和料道性能特征等的詳細(xì)數(shù)據(jù)。
在傳統(tǒng)的玻璃生產(chǎn)工藝過程中，玻璃的生產(chǎn)過程通常被稱為“黑匣子”，對于生產(chǎn)過程中所遇到和將要遇到的各種情況，完全借助于相關(guān)的實際經(jīng)驗來判斷和解決。盡管多年來人們非常希望能了解玻璃窯爐的內(nèi)部情況和玻璃熔化的過程以及其他相關(guān)內(nèi)容，但是卻無法實現(xiàn)。然而現(xiàn)在有了這個玻璃工藝過程仿真器，我們使這個曾經(jīng)的“黑匣子”變成透明了。玻璃窯爐內(nèi)部的窯爐情況、玻璃熔化過程以及其他所有相關(guān)的內(nèi)容，我們都可以通過這個以一個主模型為主的仿真器進(jìn)行模擬而得出，從而對玻璃生產(chǎn)過程做出全面的判斷和理解，并以事實為依據(jù)，以知識為保證對生產(chǎn)中的問題做出正確決定。從而實現(xiàn)了對玻璃工藝的改善，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
模型預(yù)估控制系統(tǒng)：RMPC在過去的幾年里，控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于窯爐或料道的一點或者多點溫度的自動控制。如果想在長時間滯后情況下，以及多變量相關(guān)的情況下正確地控制生產(chǎn)過程的動態(tài)，那么就需要借助于RMPC（基于嚴(yán)格模型的預(yù)估控制）控制系統(tǒng)。這一高性能的控制系統(tǒng)在其性質(zhì)上是獨一無二的，它使用GTM-X為多變量控制器INCA提供所需的預(yù)估過程信息。
常規(guī)的模型預(yù)估控制器采用現(xiàn)場測試而建立的模型，即在生產(chǎn)線上用階躍測試的方法獲得數(shù)據(jù)而建立數(shù)學(xué)模型，從而對生產(chǎn)產(chǎn)生較大的擾動，使生產(chǎn)受損；而高性能的基于嚴(yán)格模型的預(yù)估控制系統(tǒng)采用的是快速仿真模型，因而避免了為建模而影響生產(chǎn)。因此在建模的速度上和設(shè)計的范圍上都大大優(yōu)于傳統(tǒng)方法。
RMPC處在監(jiān)控層并置于任何型號的PID/DCS/PLC/SCADA系統(tǒng)之上；它取代了操作員的工作，由RMPC控制器來動態(tài)地改變底層的PID控制回路設(shè)定值并能實實在在地實現(xiàn)最高的控制性能。
在過去一段時間里，RMPC控制系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地在窯爐或者料道上測試過。以容器玻璃生產(chǎn)為例，熔化池控制器的主要任務(wù)是穩(wěn)定流液洞的平均溫度以及溫度分布，也就是穩(wěn)定而均勻地提供熔化池出口的玻璃溫度以此來提高玻璃的質(zhì)量。而玻璃的質(zhì)量很大程度上取決于玻璃液的粘度，也就是取決于玻璃熔化的溫度及溫度分布。
要控制溫度的穩(wěn)定性，溫度將由9個均勻分布在料道的熱電偶進(jìn)行測量，料道的溫度擾動主要來自于玻璃液溫度從工作池進(jìn)入料道的大幅度變化。在人工控制模式下，9點溫差超過+/-2.5度，有些時候更高。當(dāng)RMPC控制器投入運行，料道的溫度很顯然就變得穩(wěn)定了（+/-0.5度），而熱電偶測出的溫度的最小變化只有0.2度，由此可更清楚地看出RMPC控制器的作用。除了提高溫度穩(wěn)定性以外，由于產(chǎn)品規(guī)格的改變而改變，設(shè)定值也可以在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)，甚至可以實現(xiàn)自動由一個操作工作點到另一個操作工作點的過渡（例如：95噸/每天～135噸/每天，或者不同的玻璃料滴溫度）。
基本上，RMPC是目前玻璃窯爐和料道可用的最先進(jìn)的過程控制技術(shù)，RMPC技術(shù)可在以下方面達(dá)到杰出的水平：窯爐過程的穩(wěn)定性、工藝過程的靈活性、生產(chǎn)可控性、能源效率、提高產(chǎn)出、延長爐齡。
這套最新玻璃工藝過程LEONARDO工業(yè)軟件套裝由荷蘭TNO玻璃集團(tuán)開發(fā)。其GPS軟件系統(tǒng)同窯爐的DCS系統(tǒng)聯(lián)合使用，作為軟傳感器以提供給操作員和玻璃工藝員額外的三維信息，更加內(nèi)在地了解玻璃的熔化過程、玻璃質(zhì)量、能耗、氧化還原狀況，并規(guī)范窯爐操作，使生產(chǎn)更加穩(wěn)定，窯爐操作更加簡便。
過渡過程（在產(chǎn)品/出料量變化期間）的信息用于多變量INCA控制器，該方法可使改變產(chǎn)品規(guī)格的過程更加順暢，更加靈活，更加有效。在實際生產(chǎn)中，改變產(chǎn)品規(guī)格是以最優(yōu)化的方式完成得更加快捷。
系統(tǒng)中采用的RMPC系統(tǒng)，完全不需要在實際生產(chǎn)線上干擾和打亂生產(chǎn)進(jìn)行建模測試。根據(jù)工藝和設(shè)備設(shè)計數(shù)據(jù)和在運行的生產(chǎn)線上的歷史工藝數(shù)據(jù)，過程模型就可以在辦公桌上生成并驗證。
過程模型在整個操作范圍內(nèi)都已驗證有效，RMPC控制器在任何可能的操作點上都具有最佳的控制性能。
GTM-X數(shù)學(xué)模型適用于窯爐和料道，因此在同一公司內(nèi)的相似窯爐或料道上應(yīng)用將會非常有效，并且節(jié)約成本。同樣，系統(tǒng)的測試、設(shè)計和驗證可通過遠(yuǎn)程操作來實現(xiàn)，以使在現(xiàn)場工期縮短。
GTM-X仿真軟件承載了詳細(xì)的工藝過程的行為特征，這些寶貴的工藝過程信息被安全地保存在模型中并在現(xiàn)在和將來都永久地保留在企業(yè)內(nèi)部。該工藝過程具體的專業(yè)技術(shù)將不再涉及到有經(jīng)驗的工程師和操作員，一旦他們離開公司也將不會產(chǎn)生任何影響。
