路俊萍

1 概述

人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器人等新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)加速融合， 引發(fā)了以智能制造為核心的新一輪產(chǎn)業(yè)變革，智能制造正在成為全球制造業(yè)變革和科技創(chuàng)新的制高點(diǎn)。以智能制造引導(dǎo)制造業(yè)高端化發(fā)展，將成為中國經(jīng)濟(jì)由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)，作為制造業(yè)的重要組成部分，智能制造也將是鋼鐵工業(yè)實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)目標(biāo)的突破口。

在制造企業(yè)邁向智能化的轉(zhuǎn)型過程中，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：1）模擬化。主要是測量設(shè)備、基礎(chǔ)儀表的完善，以及模擬信號(hào)的采集；2）自動(dòng)化。主要是產(chǎn)線自動(dòng)控制裝置、動(dòng)力機(jī)械的配備，PLC、DCS 的完善；3）數(shù)字化。主要是測量儀表的數(shù)字化，生產(chǎn)實(shí)績的數(shù)字化，人機(jī)交互的發(fā)展；4）信息化。主要特征是信息流與業(yè)務(wù)流的協(xié)同，上下游生產(chǎn)工序的銜接，產(chǎn)線與產(chǎn)線的信息互聯(lián)；5）智能化。主要特征是信息物理系統(tǒng) CPS 的構(gòu)建，人工智能的應(yīng)用，制造全過程的協(xié)同優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自感知、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)。

2 國內(nèi)鋼企的探索與實(shí)踐

改革開放以來，中國鋼鐵企業(yè)引進(jìn)了先進(jìn)的軋鋼控制系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型和控制軟件、傳動(dòng)控制系統(tǒng)，建設(shè)起許多熱連軋、冷連軋、中厚板、寬厚板生產(chǎn)線，從而使得軋鋼工序具有了 L0 級(jí)傳動(dòng)控制、L1 級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制、L2 級(jí)過程控制、L3 級(jí)生產(chǎn)控制的多級(jí)的、完備的控制系統(tǒng)。以軋鋼自動(dòng)化為先導(dǎo)，帶動(dòng)了行業(yè)全工序生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷發(fā)展。

先進(jìn)鋼鐵企業(yè)已經(jīng)將信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)、計(jì)劃排程、生產(chǎn)制造、質(zhì)量監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)維、能源管控、采購營銷、物流配送、客戶營銷、成本核算、財(cái)務(wù)管理、人力資源、安全環(huán)保、企業(yè)經(jīng)營的各個(gè)流程。重點(diǎn)建設(shè)了 MES、ERP 系統(tǒng)、產(chǎn)銷系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)（EMS），基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)供銷一體、管控銜接和運(yùn)營協(xié)同。近些年，先進(jìn)鋼鐵企業(yè)以 IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）、SaaS（軟件即服務(wù)）的架構(gòu)建設(shè)了企業(yè)的私有云，并且逐步實(shí)施了基于 SaaS模式的客戶關(guān)系管理、供應(yīng)鏈管理和物流管理。在熱連軋、冷連軋、中厚板、加工處理線等工序率先實(shí)現(xiàn)了按照客戶訂單組織生產(chǎn)的模式，即在一些工序中，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化定制。

目前，大中型鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)“工業(yè) 3.0”，具備一定的“工業(yè) 4.0”發(fā)展基礎(chǔ)，寶鋼、武鋼、首鋼、河鋼唐鋼、太鋼、沙鋼、南鋼等企業(yè)在智能制造實(shí)踐中效果突出，并已有 6 個(gè)項(xiàng)目被列入工業(yè)和信息化部智能制造試點(diǎn)示范中。

2.1 寶武集團(tuán)

1）寶鋼股份 1580 熱軋智能工廠試點(diǎn)項(xiàng)目。

1580 智能車間改造以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集成、混合模型與數(shù)據(jù)分析、多目標(biāo)交互優(yōu)化、智能機(jī)器人等為支撐技術(shù)，通過無人化板坯庫、全流程質(zhì)量監(jiān)控、智能點(diǎn)檢、機(jī)器人應(yīng)用等，就熱軋產(chǎn)線開展智能化車間的探索與實(shí)踐，在工藝控制、物質(zhì)能源協(xié)同化、勞動(dòng)效率提升等多個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)管控智能化、預(yù)測預(yù)警前瞻應(yīng)變、業(yè)務(wù)協(xié)同多目標(biāo)優(yōu)化等智能化應(yīng)用，提升產(chǎn)線的制造穩(wěn)定性和靈活性，降低制造成本。

2）寶武韶鋼智慧中心。

韶鋼智慧中心的生產(chǎn)控制包括鐵區(qū)原料、燒結(jié)、焦化、高爐、鐵水運(yùn)輸、環(huán)保 6 大工序的 24個(gè)系統(tǒng)，以及能介煤氣、蒸汽、發(fā)電、鼓風(fēng)等 8 大系統(tǒng)的 38 個(gè)單元。韶鋼智慧中心整合鐵區(qū)和能介全部單元的控制與決策，實(shí)現(xiàn)了 5 公里以上跨工序、跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離、大規(guī)模集控，融合自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能的規(guī)?；?、集中化應(yīng)用，對(duì)鐵區(qū)和能介的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行智能感知、智能分析、智能預(yù)測和智能決策，為安全、協(xié)同、高效、智能生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的保障，也支撐了流程再造，進(jìn)而推動(dòng)了管理創(chuàng)新和組織變革。

3）寶鋼股份高爐控制中心。

寶鋼股份高爐控制中心，由寶鋼股份自主集成建設(shè)，它包含集中控制、智慧維檢、遠(yuǎn)程診斷支持及多基地協(xié)同中心，不僅實(shí)現(xiàn)了 4 座高爐控制室物理意義上的合一，而且注重有機(jī)融合，通過一體化的操作平臺(tái)統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，可強(qiáng)化交流、協(xié)作和互補(bǔ)，有效提高生產(chǎn)效率和操作水平；通過設(shè)置鐵前控制室，實(shí)時(shí)監(jiān)控、收集高爐生產(chǎn)相關(guān)的物流和設(shè)備信息，可實(shí)現(xiàn)及時(shí)預(yù)警和快速響應(yīng)；通過建立遠(yuǎn)程支撐系統(tǒng)及體系，連通各基地網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)專家遠(yuǎn)程集中指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)基地間在線診斷及技術(shù)交流與共享，提高支持效率和指導(dǎo)的及時(shí)性。

4）寶鋼股份湛江鋼鐵 1550 mm 冷軋智能化生產(chǎn)線。

寶鋼股份湛江鋼鐵以構(gòu)建智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的新一代冷軋生產(chǎn)線為主要目標(biāo)，以傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、工業(yè)軟件技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)的交叉融合作為理論依據(jù)，通過 1550mm 冷軋智能化產(chǎn)線的探索實(shí)踐，以及智能化車間的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了智能感知探測、管控智能化、知識(shí)自動(dòng)化、業(yè)務(wù)協(xié)同多目標(biāo)優(yōu)化等涵蓋制造全過程的智能化應(yīng)用，達(dá)到了生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的信息集成、信息資源的開發(fā)利用，使得自動(dòng)化作業(yè)水平得到提升、制造過程的效率和質(zhì)量得到提高、制造成本得到降低。

2.2 首鋼股份公司

首鋼股份公司“硅鋼一冷軋智能工廠”是以擁有酸軋、連退、精整等多產(chǎn)線的冷軋工廠為示范載體，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，以客戶需求為導(dǎo)向，通過工藝、設(shè)備、信息系統(tǒng)的智能化提升，在工藝全過程的關(guān)鍵部位，應(yīng)用機(jī)器人、無人天車、智能檢測、智能磨輥等裝備和制造單元，打通設(shè)備端到端的連接，應(yīng)用新一代工藝控制模型提高控制水平，提升全流程生產(chǎn)穩(wěn)定性及效率。在應(yīng)用層面對(duì)智能工廠進(jìn)一步細(xì)分，構(gòu)建以產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)與工廠柔性化制造和營銷服務(wù)為核心，由能源、質(zhì)量、設(shè)備、綠色安全進(jìn)行支撐的智能工廠應(yīng)用體系。

2.3 太鋼

太鋼“不銹鋼冷連軋智能車間項(xiàng)目”是以全面提升太鋼不銹冷連軋車間的決策水平、管理水平與效率、提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源消耗，保障安全、綠色生產(chǎn)，提高客戶滿意度為目標(biāo)，將智能決策、智能管理、智能控制與智能裝備有機(jī)結(jié)合，打造不銹鋼冷連軋智能車間，并運(yùn)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)化集成、人工智能等新一代信息通信技術(shù)，建設(shè)一個(gè)人、機(jī)器和資源聯(lián)通在一起的網(wǎng)絡(luò)化智能工廠。通過相互溝通協(xié)作，按照智能程序，智能化地組織生產(chǎn)過程，讓整個(gè)制造過程更加智能高效，從而不斷提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)造出智能產(chǎn)品。

2.4 南鋼

南鋼以個(gè)性化定制為主攻方向，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)與生產(chǎn)制造深度融合，將數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為企業(yè)變革戰(zhàn)略的核心，用智能制造思維深入開展企業(yè)的商業(yè)模式、業(yè)務(wù)流程、生產(chǎn)制造、客戶服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的重構(gòu)，打造智能工廠，為用戶提供個(gè)性化定制服務(wù)，推動(dòng)了南鋼智能化制造、個(gè)性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、服務(wù)化轉(zhuǎn)型，促進(jìn)上下游供應(yīng)鏈核心競爭力的提升，實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈增值與高質(zhì)量發(fā)展。南鋼智能工廠項(xiàng)目加速推進(jìn)南鋼智能化轉(zhuǎn)型，依托智能裝備、智能工廠、智能互聯(lián)、智能決策為架構(gòu)的智能制造體系，實(shí)現(xiàn)銷售、財(cái)務(wù)、物流、服務(wù)等業(yè)務(wù)流程的一體化運(yùn)行，整合提取經(jīng)營、生產(chǎn)、能源、設(shè)備、物流等各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為構(gòu)建企業(yè)的大數(shù)據(jù)管理和分析系統(tǒng)提供全方位的數(shù)據(jù)支撐。

3 國外鋼企的探索與實(shí)踐

以 JFE 鋼鐵公司、大河特種鋼鐵廠為代表的先進(jìn)鋼鐵企業(yè)正在大力發(fā)展鋼鐵綠色化、智能化制造的鋼鐵制造新模式。

3.1JFE 鋼鐵公司

IoT、AI、CPS 等技術(shù)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)科學(xué)。JFE 鋼鐵公司很早以來就開始著眼于鋼鐵領(lǐng)域的數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用，推進(jìn)技術(shù)開發(fā)。JFE 鋼鐵公司通過在控制領(lǐng)域的監(jiān)控、調(diào)度中利用大數(shù)據(jù)和先進(jìn)算法的開發(fā)，可提高控制精度和提出最優(yōu)化方案，并將利用不斷進(jìn)步的 AI 技術(shù)，建設(shè)成能實(shí)施自主學(xué)習(xí)、自律實(shí)施最優(yōu)化作業(yè)的“智能化鋼鐵企業(yè)”，從而進(jìn)一步推進(jìn)高品質(zhì)化、高效率化、省力化工作。

3.2 美國大河特種鋼鐵廠

美國大河特種鋼鐵廠是美國北部最先進(jìn)的鋼鐵企業(yè)，主要生產(chǎn)管線鋼種、硅鋼以及用于美國汽車行業(yè)的先進(jìn)高強(qiáng)鋼種。它借助德國西馬克最先進(jìn)的特種鋼生產(chǎn)技術(shù)，并融合了美國本土科技公司 Noodl e.ai 研發(fā)的 AI 算法應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能化工廠。大河特種鋼鐵廠通過廣泛分布的傳感器以收集數(shù)據(jù)發(fā)送 BEAST 平臺(tái)，幫助工廠在維護(hù)計(jì)劃、生產(chǎn)線調(diào)度、物流運(yùn)營和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，致使該廠 600 人滿負(fù)荷每年可生產(chǎn) 300 萬噸鋼鐵。

4 存在問題及建議

雖然我國鋼鐵行業(yè)智能制造取得了一定成績，但與國外鋼鐵企業(yè)的智能制造水平相比，仍然存在一些差距：一是鋼鐵行業(yè)智能制造水平不均，企業(yè)間的差距很大，寶鋼很先進(jìn)，鋼鐵智能制造水平較高，但還有大量的鋼鐵企業(yè)的智能制造基礎(chǔ)有待進(jìn)一步提升。二是行業(yè)基礎(chǔ)薄弱，智能制造整體處于起步階段，智能制造標(biāo)準(zhǔn)、軟件、信息安全機(jī)制還缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)人力資源匹配，還有產(chǎn)品兼容性及集成度方面的問題。三是創(chuàng)新能力不足，我國鋼鐵行業(yè)在信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)開發(fā)、管理集成方面創(chuàng)新能力仍然較弱，產(chǎn)品生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)與智能管理決策支持系統(tǒng)綜合集成業(yè)務(wù)系統(tǒng)向產(chǎn)業(yè)鏈前端延伸，缺乏成熟的行業(yè)解決方案。

智能制造是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，涉及資金、技術(shù)、人力等諸多方面，貫穿原材料采購、設(shè)計(jì)、訂單、生產(chǎn)排程、銷售、財(cái)務(wù)、服務(wù)全流程，每個(gè)企業(yè)甚至同一企業(yè)不同工序的智能化水平都存在差距。因此，鋼鐵企業(yè)不能急功近利、一哄而上，也不能盲目搬用其他類型制造的方法，而要根據(jù)鋼鐵企業(yè)自身的特點(diǎn)，理性認(rèn)識(shí)、分步實(shí)施、有序推進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)流程的智能化升級(jí)。