工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺賦能鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法論

信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所

鋼鐵行業(yè)作為我國重要的原材料流程制造行業(yè)，具備生產(chǎn)流程長、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、供應(yīng)鏈冗長等典型特征，當今正面臨設(shè)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)，亟需圍繞設(shè)備管理、生產(chǎn)管控、供應(yīng)鏈管理、環(huán)保管理等方面開展數(shù)字化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)型的首選路徑，但是在落地應(yīng)用中存在諸多問題。基于此，研究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺如何在鋼鐵行業(yè)中規(guī)?；涞鼐哂兄匾饬x，有利于推動我國鋼鐵行業(yè)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)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(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級，深化鋼鐵行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，開創(chuàng)鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展新局面，實現(xiàn)從鋼鐵大國向鋼鐵強國的轉(zhuǎn)變。

鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

趨勢分析

設(shè)備管理由傳統(tǒng)維護向智能維護轉(zhuǎn)變。鋼鐵企業(yè)通常部署有高爐等眾多高價值設(shè)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(shè)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(shù)的興起，實時監(jiān)測高爐等設(shè)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(shè)備故障的自感知、自分析和自決策，做好設(shè)備的預(yù)測性維護，減少維護成本，提高設(shè)備的可靠性，并保障生產(chǎn)的通暢運轉(zhuǎn)。

生產(chǎn)工藝由黑箱式向透明化轉(zhuǎn)變。鋼鐵行業(yè)是典型的長流程行業(yè)，生產(chǎn)環(huán)節(jié)眾多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，對工藝知識的依賴程度很高。很長一段時間，鋼鐵企業(yè)的冶煉工藝、冶煉配方、設(shè)備維護、經(jīng)營管理等環(huán)節(jié)的正常運轉(zhuǎn)，只能依靠隱形程度很高的人工經(jīng)驗，容易造成工人技術(shù)水平參差不齊和產(chǎn)品質(zhì)量波動。隨著信息技術(shù)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(dǎo)實際生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和安全水平。

供應(yīng)鏈體系由局部協(xié)同向全局協(xié)同轉(zhuǎn)變。庫存一直是鋼鐵行業(yè)的一大管理痛點，主要源于對上下游產(chǎn)業(yè)的信息盲區(qū)，并且家電、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(xué)高效采銷決策的難度。鋼鐵行業(yè)傳統(tǒng)的供應(yīng)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(yīng)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(yīng)鏈整合，構(gòu)建上下游信息流通渠道，結(jié)合產(chǎn)品需求、原料供給和產(chǎn)能配置，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，提高產(chǎn)能利用率，減少庫存積壓，保障訂單穩(wěn)定到期兌現(xiàn)。

環(huán)保管理由粗放型向清潔型轉(zhuǎn)變。作為我國支柱產(chǎn)業(yè)的鋼鐵行業(yè)也是高耗能、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(zhuǎn)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(zhì)低碳的清潔型生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。而物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)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(shè)備升級，提高企業(yè)清潔型發(fā)展水平。

鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

典型應(yīng)用場景及實踐

設(shè)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(shè)備的運行數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備故障診斷模型，自動預(yù)警設(shè)備故障并確定最優(yōu)設(shè)備維護方案，實現(xiàn)設(shè)備預(yù)測性維護。一是設(shè)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(shè)備工作溫度、工作環(huán)境和應(yīng)力分布等狀態(tài)數(shù)據(jù)，并做可視化處理，增強設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的可靠程度。二是設(shè)備故障診斷。綜合利用采集的設(shè)備數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備故障診斷模型，對設(shè)備故障進行分析和預(yù)警，避免設(shè)備故障引發(fā)的生產(chǎn)停滯和安全問題。三是設(shè)備維護仿真。根據(jù)設(shè)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(shè)備創(chuàng)新設(shè)計。將高爐等生產(chǎn)設(shè)備運行監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋至設(shè)備生產(chǎn)商，結(jié)合性能需求和應(yīng)用環(huán)境，全方位模擬設(shè)備運行狀態(tài)，確定最佳設(shè)備生產(chǎn)方案，形成良性的設(shè)備迭代優(yōu)化閉環(huán)。

例如，寶鋼集團面向鋼鐵行業(yè)設(shè)備遠程運維建立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，促進了設(shè)備維修實現(xiàn)從被動處理到主動管控、從單一數(shù)據(jù)專項分析到大數(shù)據(jù)綜合分析、從基于經(jīng)驗的預(yù)防性維修到基于數(shù)據(jù)的預(yù)測性維修、從單純反饋設(shè)備狀態(tài)到提供整體解決方案的四個轉(zhuǎn)變，為企業(yè)帶來了顯著經(jīng)濟效益，使設(shè)備運維成本降低5%以上、檢修作業(yè)效率提升10%以上、設(shè)備整體效率提升5%以上、備件使用效率提升10%，并每年為企業(yè)帶來基于平臺增加的社會市場技術(shù)服務(wù)費超過2000萬元。

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(zhì)量管理等領(lǐng)域涉及的工業(yè)知識顯性化為工業(yè)機理模型，結(jié)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(yīng)用人工智能技術(shù)等先進技術(shù)，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(shù)要素封裝化并顯性化為可調(diào)用的機理模型，結(jié)合采集的設(shè)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(zhì)量管控。通過在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺部署生產(chǎn)質(zhì)量分析模型，可采用機器視覺等技術(shù)，采集和分析產(chǎn)品全過程質(zhì)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(zhì)量跟蹤及自動控制，提升產(chǎn)品質(zhì)量控制精度。

例如，東方國信利用在機理模型和大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域積累的技術(shù)優(yōu)勢，開發(fā)了適用于煉鐵行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，在工藝優(yōu)化、生產(chǎn)管控和質(zhì)量管理等環(huán)節(jié)為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)了降本增效的經(jīng)濟目標。酒鋼集團在實施煉鐵平臺之后，鐵水質(zhì)量穩(wěn)定性提高了20%，單座高爐每年成本降低了2400萬元，冶煉效率提升了10%。

供應(yīng)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(jié)合下游實際需求和企業(yè)生產(chǎn)能力，制定科學(xué)的生產(chǎn)計劃，滿足零庫存運營要求，實現(xiàn)供應(yīng)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。

例如，南京鋼鐵積極適應(yīng)下游個性化需求，通過構(gòu)建面向供應(yīng)鏈管理的制造云平臺，提供“JIT+C2M模型的定制服務(wù)”，尋找“個性化定制”和“大規(guī)模生產(chǎn)”之間的最佳平衡點，使企業(yè)設(shè)計成材率提高0.15%、每噸產(chǎn)品附加值提升近百元、整票合同兌現(xiàn)率提升至98.94%、用戶滿意度提升至94.26%。

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(shè)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(shè)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(yù)測優(yōu)化，生成高效的能源利用方案，減少能耗成本。二是治污減排。鋼鐵企業(yè)可在各工藝設(shè)備的排污口設(shè)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(zhì)的排放情況，確定工藝優(yōu)化和設(shè)備升級方案，減少對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。

例如，酒鋼集團是我國西部最大的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其原燃料主要依賴自產(chǎn)，原燃料質(zhì)量差并且質(zhì)量波動幅度大，高爐類型多樣化，因反應(yīng)器“黑箱”特性，其能耗成本和環(huán)保成本一直居高不下。在實施了東方國信煉鐵平臺后，酒鋼集團單座高爐每年減少碳排放2萬噸。東方國信預(yù)期整個鋼鐵行業(yè)推行Cloudiip平臺后，每年將為我國鋼鐵行業(yè)降低100億元成本和1000萬噸碳排放。