鋼鐵：提高產(chǎn)能利用率 實現(xiàn)智能化生產(chǎn)

張朝

鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可實時采集高爐等高價值設備的運行數(shù)據(jù)，，實現(xiàn)設備預測性維護。

鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可將工業(yè)知識顯性化為工業(yè)機理模型，結合采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

賽迪智庫信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所

鋼鐵行業(yè)當今正面臨設備維護成本高、工業(yè)知識隱形程度高、下游需求日益?zhèn)€性化、環(huán)保壓力增大等挑戰(zhàn)，亟須圍繞設備管理、生產(chǎn)管控、供應鏈管理、環(huán)保管理等方面開展數(shù)字化轉型。連接全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，正是鋼鐵行業(yè)進行數(shù)字化轉型的首選路徑，但是在落地應用中存在諸多問題?；诖?，研究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺如何在鋼鐵行業(yè)中規(guī)模化落地具有重要意義，有利于推動我國鋼鐵行業(yè)關鍵生產(chǎn)設備管理、生產(chǎn)工藝全過程管控、全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同以及能耗管理向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉型升級，深化鋼鐵行業(yè)供給側結構性改革，開創(chuàng)鋼鐵行業(yè)高質量發(fā)展新局面，實現(xiàn)從鋼鐵大國向鋼鐵強國的轉變。

四大趨勢引領鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉型

（一）設備管理由傳統(tǒng)維護向智能維護轉變

鋼鐵企業(yè)通常部署有高爐等眾多高價值設備，以往只能采取事后維護或者基于主觀經(jīng)驗判斷和固定失效周期的定期維護，很難準確識別設備故障并維修，容易造成產(chǎn)線停滯和生產(chǎn)安全等重大問題。隨著智能傳感器和通信技術的興起，實時監(jiān)測高爐等設備的溫度、壓力、流量等各種工況數(shù)據(jù)成為了現(xiàn)實，基于此可實現(xiàn)設備故障的自感知、自分析和自決策，做好設備的預測性維護，減少維護成本，提高設備的可靠性，并保障生產(chǎn)的通暢運轉。

（二）生產(chǎn)工藝由黑箱式向透明化轉變

鋼鐵行業(yè)是典型的長流程行業(yè)。很長一段時間，鋼鐵企業(yè)的冶煉工藝、冶煉配方、設備維護、經(jīng)營管理等環(huán)節(jié)的正常運轉，只能依靠隱形程度很高的人工經(jīng)驗，容易造成工人技術水平參差不齊和產(chǎn)品質量波動。隨著信息技術在鋼鐵企業(yè)的深度滲透，隱形的生產(chǎn)經(jīng)驗被挖掘、提煉，并封裝顯性化軟件模型，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝透明化，更有效指導實際生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和安全水平。

（三）供應鏈體系由局部協(xié)同向全局協(xié)同轉變

庫存一直是鋼鐵行業(yè)的一大管理痛點，家電、汽車等下游產(chǎn)業(yè)對鋼材的需求日益?zhèn)€性化，加大了作出科學高效采銷決策的難度。鋼鐵行業(yè)傳統(tǒng)的供應鏈只能靠契約合同保障，信息孤島化問題突出，物料信息難以在供應鏈中實現(xiàn)跨環(huán)節(jié)的自由流通，大大增加了企業(yè)運營成本。鋼鐵企業(yè)可將ERP、SCM等信息系統(tǒng)集成用于供應鏈整合，構建上下游信息流通渠道，結合產(chǎn)品需求、原料供給和產(chǎn)能配置，及時調整生產(chǎn)計劃，提高產(chǎn)能利用率，減少庫存積壓。

（四）環(huán)保管理由粗放型向清潔型轉變

鋼鐵行業(yè)是高耗能、高污染、高排放的代表性行業(yè)，在國家大力治理環(huán)境污染時，行業(yè)面臨的環(huán)保成本急劇上升。鋼鐵行業(yè)急需轉變發(fā)展理念，重視環(huán)保管理水平提升，加快由以前單純追求產(chǎn)量擴張的粗放型生產(chǎn)方式向追求優(yōu)質低碳的清潔型生產(chǎn)方式轉變。而物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術的出現(xiàn)，可以幫助鋼鐵企業(yè)實時采集、監(jiān)測、分析各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗和排污情況，集中企業(yè)資源對重點環(huán)節(jié)進行工藝優(yōu)化或設備升級，提高企業(yè)清潔型發(fā)展水平。

具有四大典型應用場景

（一）設備全生命周期管理

鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可實時采集高爐等高價值設備的運行數(shù)據(jù)，結合設備故障診斷模型，自動預警設備故障并確定最優(yōu)設備維護方案，實現(xiàn)設備預測性維護。一是設備狀態(tài)監(jiān)測。鋼鐵企業(yè)通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實時采集高爐等設備工作溫度、工作環(huán)境和應力分布等狀態(tài)數(shù)據(jù)，并做可視化處理，增強設備狀態(tài)監(jiān)測的可靠程度。二是設備故障診斷。綜合利用采集的設備數(shù)據(jù)，結合設備故障診斷模型，對設備故障進行分析和預警，避免設備故障引發(fā)的生產(chǎn)停滯和安全問題。三是設備維護仿真。根據(jù)設備故障位置和重要性，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在賽博空間中仿真模擬維護方案，并選出可靠的維護方案，保障企業(yè)正常生產(chǎn)。四是設備創(chuàng)新設計。將高爐等生產(chǎn)設備運行監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋至設備生產(chǎn)商，結合性能需求和應用環(huán)境，全方位模擬設備運行狀態(tài)，確定最佳設備生產(chǎn)方案，形成良性的設備迭代優(yōu)化閉環(huán)。

（二）智能化生產(chǎn)

鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可將生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)過程管控、產(chǎn)品質量管理等領域涉及的工業(yè)知識顯性化為工業(yè)機理模型，結合實際采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。一是生產(chǎn)工藝優(yōu)化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可應用人工智能等先進技術，在賽博空間對鋼鐵的工藝配方、工藝流程等方面進行全方位、超逼真的模擬仿真，得到產(chǎn)品最佳生產(chǎn)工藝方案，縮短產(chǎn)品上市周期。二是生產(chǎn)過程管控。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可將生產(chǎn)過程中涉及的工藝知識、工業(yè)經(jīng)驗等技術要素封裝化并顯性化為可調用的機理模型，結合采集的設備、環(huán)境、材料等參數(shù)，確定最優(yōu)加工計劃，提升生產(chǎn)效率。三是產(chǎn)品質量管控。通過在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺部署生產(chǎn)質量分析模型，可采用機器視覺等技術，采集和分析產(chǎn)品全過程質量數(shù)據(jù)，持續(xù)迭代優(yōu)化閉環(huán)控制體系，實現(xiàn)全流程產(chǎn)品質量跟蹤及自動控制，提升產(chǎn)品質量控制精度。

（三）供應鏈協(xié)同

鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可匯聚整理產(chǎn)業(yè)鏈物料信息和產(chǎn)能信息，結合下游實際需求和企業(yè)生產(chǎn)能力，制定科學的生產(chǎn)計劃，滿足零庫存運營要求，實現(xiàn)供應鏈協(xié)同。一是產(chǎn)業(yè)鏈物料流通協(xié)同。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可與上下游企業(yè)建立互通互聯(lián)的數(shù)據(jù)通道，動態(tài)監(jiān)測上游原材料供給情況，輔助原材料采購決策;搜集整理下游企業(yè)訂單和產(chǎn)品定制信息，自動生成生產(chǎn)計劃，對產(chǎn)品進行個性化加工和精準化配送。二是社會范圍生產(chǎn)能力協(xié)同。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺整理訂單信息和其他鋼鐵企業(yè)的基本信息，動態(tài)匹配產(chǎn)品性能要求和鋼廠的生產(chǎn)工藝水平，通過訂單共享實現(xiàn)產(chǎn)能共享，提高鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能利用率。

（四）綠色化生產(chǎn)

鋼鐵行業(yè)的能耗和環(huán)保問題日益突出，鋼鐵企業(yè)可采集各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗和污染物排放數(shù)據(jù)，找出問題嚴重的環(huán)節(jié)，并進行工藝優(yōu)化和設備升級，降低能耗成本和環(huán)保成本，實現(xiàn)清潔低碳的綠色化生產(chǎn)。一是節(jié)能降耗。貫穿鋼鐵企業(yè)整個生產(chǎn)過程的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過建設能源管控中心，實現(xiàn)能源生產(chǎn)、能源消耗數(shù)據(jù)的自動實時采集、集中監(jiān)視，并基于數(shù)據(jù)進行能源智能管理、能源供需平衡、能源預測優(yōu)化，生成高效的能源利用方案。二是治污減排。鋼鐵企業(yè)可在各工藝設備的排污口設置智能監(jiān)測傳感器，將實時采集的排污數(shù)據(jù)傳輸至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，綜合分析鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中的有毒有害物質的排放情況，確定工藝優(yōu)化和設備升級方案，減少對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。

推進應用場景落地的著力點

（一）聚焦數(shù)據(jù)流通質量，打造高效邊云協(xié)同體系

一是增設智能傳感器，通過在設備、車間等區(qū)域部署熱成像儀、壓力傳感器、振動傳感器、軌跡識別傳感器等具備邊緣計算能力的智能終端，提前過濾無用的冗余數(shù)據(jù)，精準采集數(shù)據(jù)。二是完善數(shù)據(jù)解析體系，面向鋼鐵企業(yè)中的關系數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)等海量異構數(shù)據(jù)，建立高效的數(shù)據(jù)解析體系，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式.實現(xiàn)數(shù)據(jù)跨領域流通。三是建立大數(shù)據(jù)共享中心，在云端匯聚設備、生產(chǎn)、供應鏈等數(shù)據(jù)資源，根據(jù)實際業(yè)務需求，通過跨領域數(shù)據(jù)的互相調用，激發(fā)數(shù)據(jù)資產(chǎn)活力，以數(shù)據(jù)的全局自由流動帶動資源配置的全局優(yōu)化。

（二）圍繞工藝流程優(yōu)化，提高機理模型供給能力

一是圍繞設備管理，開發(fā)鋼鐵行業(yè)設備狀態(tài)監(jiān)測類模型、設備維護類模型等，提高設備資產(chǎn)管理水平。二是圍繞產(chǎn)線管理，開發(fā)鋼鐵行業(yè)物料管理類模型、質量管控類模型、生產(chǎn)工藝優(yōu)化糞模型、生產(chǎn)配方優(yōu)化類模型、全流程排程優(yōu)化模型、節(jié)能降耗類模型等，優(yōu)化生產(chǎn)過程管控能力。三是圍繞企業(yè)經(jīng)營管理，開發(fā)鋼鐵行業(yè)供應鏈管理模型、訂單管理模型、財務管理模型等，構建高效供應鏈協(xié)同體系。四是開發(fā)模型綜合管理平臺，匯聚機理模型資源，實現(xiàn)模型的標簽化管理、智能化搜索和精準化調用。

（三）堅持行業(yè)痛點導向，完善特定場景解決方案

一是圍繞設備全生命周期管理，梳理鋼鐵行業(yè)各機械設備在狀態(tài)監(jiān)測、故障分析、維護作業(yè)等環(huán)節(jié)的痛點，針對特定問題，綜合調用機理模型，形成特定設備專用預測性維護方案。二是圍繞智能化生產(chǎn)，挖掘鋼鐵行業(yè)在工藝設計、流程排程、質量管理等環(huán)節(jié)的痛點，按需調用機理模型形成特定場景的解決方案。三是圍繞供應鏈協(xié)同，分析鋼鐵行業(yè)傳統(tǒng)供應鏈中信息流通堵點和供需錯配問題，結臺企業(yè)硬件設施和運營環(huán)境，構建供應鏈管理解決方案。四是圍繞綠色化生產(chǎn)，整合鋼鐵行業(yè)在能耗和排污方面粗放型管理的問題，明確環(huán)保監(jiān)測、分析等環(huán)節(jié)的痛點，集成機理模型，形成提高環(huán)保管理水平的解決方案。

（四）重視平臺安全防護，建立高度可靠安全系統(tǒng)

一是夯實設施安全。圍繞鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)設備、服務器、主機等基礎硬件設施的安全接入，部署網(wǎng)絡安全協(xié)議和容災備份系統(tǒng)。二是強化數(shù)據(jù)安全。明確鋼鐵行業(yè)設備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、供應鏈數(shù)據(jù)在收集、存儲、處理、轉移、刪除等環(huán)節(jié)的安全保護要求。三是建立安全管理體系，圍繞鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺安全監(jiān)督檢查、風險評估、數(shù)據(jù)保護等方面建立健全安全管理制度。