鋼鐵行業(yè)智能制造現(xiàn)狀及發(fā)展途徑

白俊麗

(天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院，天津300400)

0 引言

智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，將大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、5G移動(dòng)技術(shù)等信息技術(shù)應(yīng)用貫穿在制造全生命周期(產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、倉(cāng)儲(chǔ)、物流、管理等)，是具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行和自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式[1]。

鋼鐵行業(yè)目前面臨著產(chǎn)能過(guò)剩、結(jié)構(gòu)失衡、能源環(huán)境等巨大壓力，急需進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)。 鋼鐵行業(yè)正面臨著從高污染、高能耗到低排放、高質(zhì)量的轉(zhuǎn)型升級(jí)，智能制造模式的應(yīng)用起到重要作用。 智能制造是鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的現(xiàn)實(shí)需要， 也是鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的有力保障[2]。 鋼鐵行業(yè)在基礎(chǔ)設(shè)備自動(dòng)化、 生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和經(jīng)營(yíng)管理體系方面的快速發(fā)展，為鋼鐵行業(yè)智能制造提供較好基礎(chǔ)。

1 鋼鐵行業(yè)智能制造現(xiàn)狀

到目前為止， 鋼鐵行業(yè)智能制造裝備水平提升明顯， 各企業(yè)正逐步由點(diǎn)到面的推進(jìn)智能制造進(jìn)程，智能制造成果初步顯現(xiàn)。

1.1 已形成一定數(shù)量智能制造試點(diǎn)

鋼鐵行業(yè)積極布局智能制造項(xiàng)目， 參與工信部實(shí)施的智能制造試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)。 工信部網(wǎng)站發(fā)布的《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于開(kāi)展2018年智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目推薦的通知》中提到，鋼鐵行業(yè)現(xiàn)已打造了包含寶鋼、鞍鋼、河鋼、南鋼、太鋼等7 家企業(yè)共9 個(gè)項(xiàng)目智能制造試點(diǎn)， 涵蓋智能車間、智慧礦山、大規(guī)模定制等試點(diǎn)示范項(xiàng)目。

1.2 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用廣泛

投料機(jī)器人、砌爐拆爐機(jī)器人、焊接機(jī)器人、切割機(jī)器人、圖像自動(dòng)識(shí)別機(jī)器人、連鑄加渣機(jī)器人、測(cè)溫取樣機(jī)器人、撈渣機(jī)器人、專用剪切工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)去除棒材毛刺機(jī)器人、自動(dòng)拆捆機(jī)器人、自動(dòng)噴號(hào)貼標(biāo)簽機(jī)器人、鋼包受包側(cè)機(jī)器人、中間罐作業(yè)機(jī)器人、拉力檢測(cè)機(jī)器人、檢修機(jī)器人等專用機(jī)器人得到了快速發(fā)展[3-5]。

以減少人力和工位為目的，在工作條件惡劣、職業(yè)危害和安全風(fēng)險(xiǎn)高(高溫、粉塵、噪聲、有毒有害氣體) 勞動(dòng)強(qiáng)度大的崗位運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人替代標(biāo)準(zhǔn)化、重載的人工工作已成趨勢(shì)。 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在有效克服高污染、高溫、高粉塵以及其他各種惡劣環(huán)境對(duì)人的危害的同時(shí)， 還能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的精準(zhǔn)穩(wěn)定以及智能化，勞動(dòng)生產(chǎn)率有所提高。

1.3 無(wú)人化智能生產(chǎn)車間、 倉(cāng)儲(chǔ)車間應(yīng)用實(shí)現(xiàn)突破

倉(cāng)儲(chǔ)無(wú)人化、 智能車間等無(wú)人化應(yīng)用及遠(yuǎn)程控制應(yīng)用實(shí)現(xiàn)突破。 寶鋼冷軋車間基本形成了從基層自動(dòng)化、過(guò)程控制系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃到?jīng)Q策支持的功能相對(duì)齊全的信息系統(tǒng)，通過(guò)各個(gè)系統(tǒng)間信息傳遞，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝全程數(shù)字化控制，“一鍵下單式組織生產(chǎn)” 的全流程智能制造生產(chǎn)線、無(wú)人化智能車間已投入運(yùn)行。

無(wú)人智能行車將先進(jìn)的傳感技術(shù)、PLC 處理技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)深度融合，采用5G 網(wǎng)絡(luò)、精確定位、路徑自動(dòng)優(yōu)化、激光三維掃描成像、電子防搖、多臺(tái)行車協(xié)調(diào)作業(yè)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)卷下線、包裝、盤庫(kù)、移庫(kù)、發(fā)貨等各種作業(yè)任務(wù)需求[6]。 工人只需在中央控制室里通過(guò)電子顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)車間實(shí)現(xiàn)無(wú)人化。

1.4 智能物料管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用

智能化物料管理、原料取樣、備品備件庫(kù)存管理系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。 攀鋼的物資計(jì)量集中值守系統(tǒng)采用二維碼掃描、紅外定位、遠(yuǎn)程對(duì)講、視頻等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人計(jì)量、 遠(yuǎn)程集中值守和智能取樣目標(biāo)[7]。 該系統(tǒng)能夠完成來(lái)料信息自動(dòng)采集、取樣智能化、存樣全自動(dòng)掃碼等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)量無(wú)紙化。 河鋼承鋼的智能化備品備件庫(kù)存管理系統(tǒng)包含物料管理、合同管理、出庫(kù)管理、庫(kù)存管理、報(bào)表管理和系統(tǒng)管理等部分，實(shí)現(xiàn)備品備件的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)化管控[8]。

智能物料管理系統(tǒng)為企業(yè)原料管理提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，提高物料管理效率，降低了崗位職業(yè)道德風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)成本管理費(fèi)用。

1.5 智慧物流云平臺(tái)

柳鋼智慧物流云平臺(tái)[9]利用智慧物流云提供運(yùn)輸定位監(jiān)管、物流管理服務(wù)、自動(dòng)化結(jié)算、智能倉(cāng)儲(chǔ)、智慧金融、貿(mào)易服務(wù)等智慧物流(供應(yīng)鏈)一站式服務(wù)。 運(yùn)行車輛安裝北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)管理貨物和追蹤物流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、 內(nèi)部物流管控全面化、客戶的服務(wù)體驗(yàn)感最佳化。

1.6 基于大數(shù)據(jù)和多種監(jiān)控設(shè)施的生產(chǎn)智能化控制系統(tǒng)投入應(yīng)用

煉鐵工序基于大數(shù)據(jù)支撐的高爐、 燒結(jié)智能化主控室，實(shí)現(xiàn)一體化智能集控、大數(shù)據(jù)智能分析及決策、智能化功能模型應(yīng)用[10]。對(duì)高爐、燒結(jié)運(yùn)行過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制，調(diào)取、匯總、分析數(shù)據(jù)更加簡(jiǎn)便、全面，操作的針對(duì)性、準(zhǔn)確性更強(qiáng)，為高爐高產(chǎn)、穩(wěn)定、低耗奠定基礎(chǔ)。

煉鋼工序智能出鋼控制系統(tǒng)集成多種自動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)一鍵出鋼[11]，對(duì)整個(gè)出鋼過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能判斷、動(dòng)態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的智能出鋼， 有利于轉(zhuǎn)爐鋼水質(zhì)量控制的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

1.7 智能管理系統(tǒng)

多家鋼鐵企業(yè)基于大數(shù)據(jù)構(gòu)建覆蓋制造全流程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與可視化智能質(zhì)量、 能源、管理、生產(chǎn)管控系統(tǒng)，形成一套針對(duì)全流程、全工序、全產(chǎn)品的質(zhì)量、能源管控平臺(tái)。 智能管理系統(tǒng)采用新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)劃、投料、能耗、工藝過(guò)程、 產(chǎn)品質(zhì)量、 倉(cāng)儲(chǔ)物流等方面的一體化管控，達(dá)到生產(chǎn)可管控、異?？深A(yù)警、過(guò)程可追溯、缺陷可診斷、能力可評(píng)價(jià)、質(zhì)量可預(yù)測(cè)、研發(fā)可推理[2]，大幅提升生產(chǎn)管理的精細(xì)化程度和協(xié)同效率。

2 鋼鐵行業(yè)智能制造存在的問(wèn)題

2.1 智能制造水平不均衡

鋼鐵智能制造正處于起步階段， 按照智能制造能力成熟度分析， 各鋼鐵企業(yè)智能制造水平相差較大， 一些先進(jìn)鋼鐵企業(yè)智能制造水平發(fā)展較高， 但仍存在大量鋼鐵企業(yè)工業(yè)化和信息化融合水平不高，智能化應(yīng)用處于初級(jí)階段。

2.2 智能制造基礎(chǔ)有待提高

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，鋼鐵行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、 企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)等方面有較大提升，為鋼鐵行業(yè)智能制造提供了較好基礎(chǔ)。 但冶煉智能控制系統(tǒng)模型對(duì)外在因素變化的適應(yīng)性有待提高，且無(wú)法形成閉環(huán)控制。 全流程計(jì)劃調(diào)度水平有待加強(qiáng)，多數(shù)生產(chǎn)管控需要人工干預(yù)，未從分廠擴(kuò)展到全流程，上下游、生產(chǎn)-能源-物流等動(dòng)態(tài)協(xié)同調(diào)度有待加強(qiáng)。 動(dòng)態(tài)、閉環(huán)的全生命周期質(zhì)量管控尚待形成，能夠?qū)崿F(xiàn)信息、資源、業(yè)務(wù)、市場(chǎng)協(xié)同的供應(yīng)鏈協(xié)同存在較大差距， 企業(yè)信息化系統(tǒng)缺少信息融合和功能集成， 管控一體化水平待提高。

2.3 智能制造創(chuàng)新力有待提高

鋼鐵行業(yè)在信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、管理、集成方面的創(chuàng)新能力仍然較弱，產(chǎn)品生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)與智能決策支持系統(tǒng)的綜合集成、 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[12]。核心技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱，產(chǎn)品質(zhì)量可靠性低，缺乏懂鋼鐵工藝流程、先進(jìn)信息技術(shù)、企業(yè)管理等多專業(yè)知識(shí)復(fù)合型技術(shù)技能人才。

2.4 智能制造服務(wù)機(jī)構(gòu)水平有待提升

目前為鋼鐵行業(yè)提供智能制造專項(xiàng)服務(wù)的機(jī)構(gòu)較多，但機(jī)構(gòu)服務(wù)能力差異較大。 專業(yè)服務(wù)能力強(qiáng)、 能夠有效支撐服務(wù)鋼鐵行業(yè)智能制造發(fā)展的智能制造領(lǐng)軍服務(wù)機(jī)構(gòu)較少。

3 鋼鐵行業(yè)智能制造解決途徑

為助力鋼鐵行業(yè)在新時(shí)代實(shí)現(xiàn)智能轉(zhuǎn)型與升級(jí)， 鋼鐵行業(yè)智能制造要在完善鋼鐵行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系、加強(qiáng)智能制造基礎(chǔ)建設(shè)、智能制造平臺(tái)建設(shè)、加快人才培養(yǎng)等方面著力。

3.1 智能制造發(fā)展必須與標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)緊密結(jié)合

鋼鐵企業(yè)智能制造的總體思路應(yīng)當(dāng)是以智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建、平臺(tái)建設(shè)，提升鋼鐵企業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，打造鋼鐵行業(yè)智能制造解決方案為著力點(diǎn)[2]。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是企業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用、 智能制造發(fā)展的基礎(chǔ)，是鋼鐵產(chǎn)業(yè)智能制造發(fā)展的動(dòng)力。 標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)與標(biāo)準(zhǔn)推廣將為鋼鐵行業(yè)智能制造發(fā)展提供強(qiáng)力支撐。 現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已不能完全滿足智能制造發(fā)展要求， 必須完善符合智能制造發(fā)展要求的標(biāo)準(zhǔn)體系， 特別要加強(qiáng)建設(shè)前沿領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)齊標(biāo)準(zhǔn)化體系的短板。 另外，需要在標(biāo)準(zhǔn)化組織建設(shè)、人才培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化貫標(biāo)的廣度和深度等方面推進(jìn)，以夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化工作的基礎(chǔ)支撐體系。

3.2 加強(qiáng)智能制造基礎(chǔ)建設(shè)， 推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展應(yīng)用

為推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在鋼鐵制造中的應(yīng)用，鋼鐵企業(yè)要在完善基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)、 生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)四級(jí)信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，抓住5G 發(fā)展機(jī)遇，大力發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”模式，推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人、數(shù)字化智能化高端裝備、智能控制技術(shù)和柔性制造工藝技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的融合連接應(yīng)用。 積極研究鋼鐵制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合路徑，為鋼鐵企業(yè)精準(zhǔn)制造提供服務(wù)。

3.3 建設(shè)行業(yè)智能制造平臺(tái)， 把智能制造融入鋼鐵全流程

智能制造是系統(tǒng)工程， 數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是基礎(chǔ)，智能化才是技術(shù)深水區(qū)[2]。 企業(yè)在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化完備的基礎(chǔ)上，以實(shí)事求是的態(tài)度通盤考慮，整體規(guī)劃，做好技術(shù)積累，按需實(shí)施智能制造。積極探索工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)在企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、能源管控、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制、銷售服務(wù)、經(jīng)營(yíng)管理等全流程和產(chǎn)業(yè)鏈的綜合集成應(yīng)用，構(gòu)建制造過(guò)程智能化、企業(yè)決策智能化、生產(chǎn)服務(wù)智能化、大數(shù)據(jù)集成應(yīng)用的鋼鐵工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，逐步構(gòu)建集約精準(zhǔn)、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、安全、環(huán)保、實(shí)時(shí)優(yōu)化的智能生產(chǎn)新體系，支撐行業(yè)整體制造水平和能力的提升。

3.4 加快人才培養(yǎng)， 建設(shè)鋼鐵行業(yè)智能制造公共服務(wù)平臺(tái)

智能制造業(yè)發(fā)展的根本是人才，社會(huì)各級(jí)全力合作加強(qiáng)人才的培養(yǎng)和引進(jìn)，建立實(shí)訓(xùn)基地，培養(yǎng)懂鋼鐵制造、信息技術(shù)、企業(yè)管理的高層次復(fù)合型人才，逐步形成專業(yè)化智能制造人才隊(duì)伍。

創(chuàng)新合作機(jī)制和方式， 建設(shè)鋼鐵行業(yè)智能制造公共服務(wù)平臺(tái)， 整合各方資源為鋼鐵企業(yè)提供管理咨詢、技術(shù)服務(wù)、知識(shí)共享、供應(yīng)鏈協(xié)同等高質(zhì)量高水平服務(wù)。 引導(dǎo)社會(huì)資源集聚鋼鐵智能制造領(lǐng)域，加快輸出先進(jìn)理念、共享先進(jìn)技術(shù)、推廣成熟的智能制造經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

3.5 推進(jìn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同應(yīng)用

鋼鐵企業(yè)打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈的原料供給與產(chǎn)品需求，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)深度挖掘客戶需求，通過(guò)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的共同作用， 發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的個(gè)性化定制等新制造模式， 形成基于消費(fèi)需求動(dòng)態(tài)感知的研發(fā)制造和產(chǎn)業(yè)組織的智能制造體系，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷管理、智能監(jiān)測(cè)、 全產(chǎn)業(yè)鏈追溯的基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新應(yīng)用的互聯(lián)互通產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同[13]。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的智能制造在我國(guó)鋼鐵行業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景，鋼鐵行業(yè)要以智能制造發(fā)展為契機(jī)，提高智能生產(chǎn)、管控、服務(wù)等能力，提升鋼鐵工業(yè)智能化、數(shù)字化、綠色化水平，賦能鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。