□ 王晶瑩

當(dāng)前以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)日新月異，隨著新一輪智能制造、信息化技術(shù)的快速發(fā)展，鋼鐵、石化、汽車制造、航空航天、飛機(jī)制造、機(jī)械裝備制造等行業(yè)紛紛開啟建設(shè)智能工廠的探索之路，鋼鐵行業(yè)智能工廠建設(shè)步伐明顯加快。智能工廠不僅是技術(shù)問題，體現(xiàn)在應(yīng)用信息通信等技術(shù)層面；更是經(jīng)濟(jì)議題，關(guān)鍵在創(chuàng)新商業(yè)模式、再造業(yè)務(wù)流程和轉(zhuǎn)變企業(yè)管理方式。

一、智能鋼廠的驅(qū)動(dòng)力

1.推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展，實(shí)現(xiàn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換

自“十九大”提出經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展以來，行業(yè)內(nèi)外已達(dá)成推動(dòng)我國(guó)工業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的共識(shí)。鋼鐵工業(yè)作為基礎(chǔ)性原材料工業(yè)，只有通過不斷創(chuàng)造高質(zhì)量、高性能的鋼鐵產(chǎn)品，才能滿足經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的訴求。未來，實(shí)體經(jīng)濟(jì)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)加速深度融合，以5G網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)中心等為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速成長(zhǎng)，并為我國(guó)新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)注入新動(dòng)能，為鋼鐵行業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級(jí)注入新動(dòng)力。

2.推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

鋼鐵行業(yè)周期屬性強(qiáng)、同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)激烈、生產(chǎn)流程長(zhǎng)，涉及設(shè)備量大。從長(zhǎng)期看，更低的綜合成本、更高的產(chǎn)品附加值及差異化的服務(wù)更能成為企業(yè)突出重圍的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

中國(guó)鋼鐵業(yè)理應(yīng)抓住智能制造這個(gè)機(jī)遇期，實(shí)現(xiàn)從大到強(qiáng)的蛻變。從本質(zhì)上說，鋼鐵企業(yè)的智能升級(jí)并不是簡(jiǎn)單的自動(dòng)化和信息化，也不是單純地把線下商業(yè)模式遷移到線上，其需要的是將各方要素融合在一起，重構(gòu)整個(gè)商業(yè)架構(gòu)、供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建新的數(shù)字生態(tài)共同體，從而推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

3.助力降本增效

智能工廠的戰(zhàn)略重要性毋庸置疑，早期實(shí)踐表明，智能工廠助力提高企業(yè)運(yùn)營(yíng)效率，提升盈利水平。僅在美國(guó)，高達(dá)86%的制造商認(rèn)為，截至2025年，智能工廠必將成為提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的主要驅(qū)動(dòng)力。

各項(xiàng)研究不斷表明，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、機(jī)器人流程自動(dòng)化（RPA）、人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)、視覺系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等功能相結(jié)合的智能工廠技術(shù)可降低企業(yè)成本，提高生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、安全性和收益。

鋼鐵行業(yè)的智能制造體現(xiàn)在從機(jī)械化、自動(dòng)化向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，從計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)向云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能方向演進(jìn)。十余年來，鋼鐵行業(yè)智能制造蓬勃發(fā)展，助力鋼廠有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗、改善員工工作環(huán)境等。但另一方面，多數(shù)鋼鐵企業(yè)缺乏系統(tǒng)性的數(shù)字化、智能化信息平臺(tái)，產(chǎn)業(yè)鏈采購(gòu)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)之間的銜接存在數(shù)據(jù)壁壘，這直接導(dǎo)致了大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等人工智能技術(shù)未能完全發(fā)揮出作用，絕大部分鋼鐵企業(yè)的智能工廠尚未實(shí)現(xiàn)巨大且顯著的價(jià)值。

二、智能鋼廠體系架構(gòu)

按照橫向（產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈）、縱向（裝備—自動(dòng)化—信息化—管理）、端到端（生產(chǎn)—研發(fā)—銷售—服務(wù)）的維度，構(gòu)建全面智能制造系統(tǒng)架構(gòu)，通過各維度的系統(tǒng)集成，構(gòu)建戰(zhàn)略競(jìng)合數(shù)字生態(tài)，打造具有無限潛力的鋼鐵智能工廠。

1.智能決策支持

在智能決策層，對(duì)國(guó)內(nèi)大數(shù)據(jù)建設(shè)技術(shù)方案和實(shí)例進(jìn)行整合，夯實(shí)大數(shù)據(jù)機(jī)房系統(tǒng)開發(fā)硬件基礎(chǔ)，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)治理貫穿到全工藝流程和生產(chǎn)過程。結(jié)合冶金行業(yè)通用指標(biāo)及生產(chǎn)專用指標(biāo)，構(gòu)建全方位生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)KPI體系。并在管理駕駛艙系統(tǒng)中，對(duì)生產(chǎn)過程中各單元的產(chǎn)量、生產(chǎn)庫(kù)存、制造成本、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等方面進(jìn)行可視化顯示，并對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)KPI體系進(jìn)行建模。以上措施有利于高層管理人員直觀、高效地監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況，有力地支撐合理管控與風(fēng)險(xiǎn)控制。如，鞍鋼集團(tuán)一方面在冶金生產(chǎn)過程中，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、工業(yè)機(jī)器人集群應(yīng)用等技術(shù)和智能裝備，達(dá)成冶金制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制和自適應(yīng)、自決策控制；另一方面，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的構(gòu)建，推進(jìn)產(chǎn)品全生命周期、用戶服務(wù)、供應(yīng)鏈一體化協(xié)同應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能管控、信息聯(lián)動(dòng)、智能決策。

2.智能生產(chǎn)資源管理

以“降本、提質(zhì)、增效”為目標(biāo)，貫徹“資源共享，強(qiáng)化協(xié)同”的原則，堅(jiān)持“信息化、模型化、智能化”的升級(jí)路徑，深度融合新一代信息通信技術(shù)于鋼鐵工藝流程、操作技術(shù)、運(yùn)營(yíng)管理中。推動(dòng)人工智能、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺、5G等前沿技術(shù)在關(guān)鍵場(chǎng)景應(yīng)用的單點(diǎn)突破，聚焦智能產(chǎn)線、智能運(yùn)維、智能料場(chǎng)、智慧物流、智慧服務(wù)、智慧園區(qū)等領(lǐng)域，全面補(bǔ)齊產(chǎn)線自動(dòng)化、信息化短板，強(qiáng)化產(chǎn)線模型化基礎(chǔ)。其中，智能排產(chǎn)子系統(tǒng)在充分考慮客戶個(gè)性化需求的基礎(chǔ)上，追求規(guī)?；a(chǎn)和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)批量，有效協(xié)調(diào)產(chǎn)銷矛盾。通過生產(chǎn)訂單的優(yōu)化排序和生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置，系統(tǒng)可以靈活地應(yīng)對(duì)緊急訂單、特殊訂單及訂單變更，不僅實(shí)現(xiàn)訂單交貨期的快速響應(yīng)，提高產(chǎn)品交付時(shí)間的精準(zhǔn)程度，還優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏，提高設(shè)備的利用率和熱送熱裝率。如，包鋼集團(tuán)生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)的集成，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了由經(jīng)驗(yàn)判斷模式向數(shù)據(jù)支撐的決策判斷模式轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定順暢。

3.智能產(chǎn)銷研過程協(xié)同

從產(chǎn)銷研智能協(xié)同角度，基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)，集成營(yíng)銷、實(shí)際銷售、生產(chǎn)質(zhì)量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行銷量建模，將“基于訂單歷史的人工預(yù)測(cè)”改變?yōu)椤盎趯?shí)際銷量的智能預(yù)測(cè)”，提升預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。在精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，利用針對(duì)企業(yè)內(nèi)部機(jī)制打造的定制化智能排產(chǎn)解決方案，可以在銷量預(yù)測(cè)結(jié)果上，根據(jù)實(shí)際訂單對(duì)排產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)迭代，縮短排產(chǎn)周期。從顧客需求出發(fā)，強(qiáng)化市場(chǎng)營(yíng)銷導(dǎo)向作用，基于知識(shí)庫(kù)手段，構(gòu)建產(chǎn)品研發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)數(shù)字化，對(duì)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行根本性的思考和再設(shè)計(jì)，縮短研發(fā)周期、精確識(shí)別并引領(lǐng)需求。根據(jù)大數(shù)據(jù)建模計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)營(yíng)銷資源布局、工廠生產(chǎn)資源布局、配送資源布局的通盤考慮，實(shí)現(xiàn)物流網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)建設(shè)。智能產(chǎn)銷研從銷售、排產(chǎn)、物流、研發(fā)、技術(shù)質(zhì)量等方面深入進(jìn)行智能化改造，構(gòu)建以產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)協(xié)同為核心的產(chǎn)品協(xié)同制造管理系統(tǒng)，協(xié)同支持產(chǎn)銷銜接、訂單管理、質(zhì)量設(shè)計(jì)、計(jì)劃調(diào)度等業(yè)務(wù)部分，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)效率的顯著改善。如，日照鋼鐵通過信息系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)，促進(jìn)產(chǎn)品全生命周期、用戶服務(wù)、供應(yīng)鏈一體化協(xié)同應(yīng)用，使先進(jìn)的信息技術(shù)與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的要素實(shí)現(xiàn)充分協(xié)同和融合。

4.智能質(zhì)量過程管控

從全生命周期產(chǎn)品質(zhì)量管控角度，通過各工序質(zhì)量信息的完善、質(zhì)量信息顆粒度的增大，整合多工序關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，為質(zhì)量管理數(shù)據(jù)夯實(shí)基礎(chǔ)；建立基于產(chǎn)品性能預(yù)測(cè)模型的工藝控制標(biāo)記體系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)質(zhì)量設(shè)計(jì)和精細(xì)化質(zhì)量控制，不僅排程得到了優(yōu)化，也縮小了成品質(zhì)量波動(dòng)范圍；從客戶需求、產(chǎn)品開發(fā)、制造、物流、客戶使用、廢品回收等方面對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量管理，極大地滿足了用戶的個(gè)性化需求。

通過利用智能工廠的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，準(zhǔn)確定位產(chǎn)品全流程中各生產(chǎn)工序的尺寸、性能、表面質(zhì)量等綜合判定結(jié)果。對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量全過程進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整異常狀態(tài)，廢品率和修正率進(jìn)一步降低，從而實(shí)現(xiàn)品質(zhì)最優(yōu)化。通過實(shí)現(xiàn)在線質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別缺陷數(shù)量和發(fā)現(xiàn)的位置等，找出缺陷率高的多發(fā)工序，從而幫助企業(yè)及時(shí)排查產(chǎn)線問題和優(yōu)化工藝流程，大大提高了判定精度。同時(shí)，結(jié)合客戶的訂單要求，指導(dǎo)崗位自動(dòng)執(zhí)行智能分切，從而實(shí)現(xiàn)成品的準(zhǔn)確分切。在數(shù)字化、模塊化管理工具的幫助下，質(zhì)量工程師根據(jù)質(zhì)量改進(jìn)支持、質(zhì)量過程強(qiáng)化和質(zhì)量設(shè)計(jì)補(bǔ)充的管理控制過程，推動(dòng)完善產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量控制。如，首鋼股份的軋鋼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軋輥在線診斷、過程指標(biāo)自動(dòng)監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量自動(dòng)判定。

5.智能設(shè)備互聯(lián)互通

從裝備智能化角度，結(jié)合鋼鐵制造工藝和產(chǎn)品特點(diǎn)，應(yīng)用新技術(shù)和新理念，重點(diǎn)通過補(bǔ)充和完善采集傳感裝置，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，建設(shè)智能裝備管理系統(tǒng)，打造智能化裝備，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的信息深度感知、智能優(yōu)化決策和精準(zhǔn)協(xié)調(diào)控制。

從設(shè)備狀態(tài)智能診斷角度， 開發(fā)一套智能化的控制系統(tǒng)對(duì)鋼鐵企業(yè)來說非常重要。智能工廠設(shè)備監(jiān)控與智能診斷系統(tǒng)的監(jiān)控范圍包括各部件的運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)電壓、電機(jī)電流、氣體壓力、保養(yǎng)參數(shù)、能耗、振動(dòng)、溫度等情況，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的工作情況、后期的維護(hù)保養(yǎng)及其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行有效的判斷和管理，實(shí)現(xiàn) “遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)”“設(shè)備狀態(tài)大數(shù)據(jù)平臺(tái)”和“系統(tǒng)智能診斷”的變革。

為有效規(guī)避運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化業(yè)務(wù)和集中運(yùn)維、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，須進(jìn)行自動(dòng)化功能升級(jí)、智能視頻監(jiān)控、智能設(shè)備互聯(lián)互通、設(shè)備狀態(tài)診斷系統(tǒng)配備。通過實(shí)現(xiàn)人員與操作的集中，使業(yè)務(wù)進(jìn)一步整合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的質(zhì)變，即生產(chǎn)操作模式從現(xiàn)場(chǎng)多點(diǎn)位操作分散監(jiān)控到自動(dòng)運(yùn)行集中監(jiān)控，工作重點(diǎn)從關(guān)注操作運(yùn)行到監(jiān)控運(yùn)行專注工藝質(zhì)量管控，實(shí)現(xiàn)減員增效、管理效率提升。如，河鋼集團(tuán)推出設(shè)備全生命周期管理、設(shè)備狀態(tài)在線診斷，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制系統(tǒng)智能自診斷管理和設(shè)備狀態(tài)智能化管理。

三、預(yù)計(jì)實(shí)施效果

1.直接經(jīng)濟(jì)效益

智能鋼廠的建設(shè)可能產(chǎn)生下列直接經(jīng)濟(jì)效益：合理利用原材料、燃料、勞動(dòng)力資源，最優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃，提高生產(chǎn)能力、產(chǎn)量和產(chǎn)品附加值；提高產(chǎn)品質(zhì)量和成材率；保持物料儲(chǔ)備和制品數(shù)量在最佳水平；通過減少工時(shí)損失和設(shè)備事故，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；節(jié)約生產(chǎn)和非生產(chǎn)勞動(dòng)；降低成本和消耗；減少生產(chǎn)和非生產(chǎn)費(fèi)用。例如，通過智能生產(chǎn)資源管理，可以縮減供應(yīng)周期、減少庫(kù)存，并可以根據(jù)時(shí)間的縮短和庫(kù)存的減少定量計(jì)算由此產(chǎn)生的收入和支出的增加；通過節(jié)省的人力，可以計(jì)算出節(jié)省的人工成本等。

2.管理效益

管理效益主要是指因企業(yè)管理上的一系列變革而帶來的管理水平、管理效率的提升等。通過智能鋼廠的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，從技術(shù)層面，對(duì)企業(yè)平臺(tái)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，由傳統(tǒng)的信息技術(shù)支撐轉(zhuǎn)變?yōu)橄驍?shù)字技術(shù)引領(lǐng)；從生產(chǎn)組織層面，構(gòu)建智能制造示范生產(chǎn)線，有機(jī)融合物理實(shí)體與數(shù)字虛體；從業(yè)務(wù)管理層面，通過共享服務(wù)平臺(tái)的建立，獲取全方位、全過程、全領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與業(yè)務(wù)管理的有機(jī)結(jié)合；改革和重構(gòu)管理思維、發(fā)展理念、組織結(jié)構(gòu)、技術(shù)能力、對(duì)外合作等，以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代和智能時(shí)代的需要。例如，幫助管理人員及時(shí)、準(zhǔn)確決策；通過引入數(shù)學(xué)模型，決策支持系統(tǒng)大量、靈活地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，使決策更加科學(xué)化；優(yōu)化信息流通結(jié)構(gòu)；更好地達(dá)成企業(yè)目標(biāo)；提高企業(yè)信譽(yù)與知名度，擴(kuò)大影響力，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力；等等。

3.社會(huì)效益

傳統(tǒng)制造企業(yè)是實(shí)現(xiàn)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要載體，通過建設(shè)智能鋼廠，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游業(yè)務(wù)協(xié)同與信息共享，培育壯大新業(yè)態(tài)新模式，為鋼鐵行業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型指明方向和路徑，高標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。

以一個(gè)處于行業(yè)平均水平的400萬噸熱軋帶鋼生產(chǎn)廠為例（行業(yè)平均大部分處于自動(dòng)化、信息化車間水平，且一定程度上實(shí)現(xiàn)智能化），假設(shè)智能化升級(jí)改造不影響企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)運(yùn)轉(zhuǎn)，以打造成寶鋼股份1580智能車間為愿景，預(yù)計(jì)建設(shè)投資約4億元。由于只考慮新增投入所帶來的產(chǎn)出與成本費(fèi)用，因此項(xiàng)目實(shí)施后新增直接成本主要為因設(shè)備升級(jí)等固定資產(chǎn)投入而增加的折舊費(fèi)和攤銷費(fèi)等。通過機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)線等智能化部署提高生產(chǎn)效率，提升的效率按營(yíng)業(yè)收入增加5%假定；通過先進(jìn)加工手段、信息化系統(tǒng)減少人員，降低能源消耗、原材料損耗及廢物率等，節(jié)省的運(yùn)行成本按營(yíng)業(yè)成本降低15%假定。（其中，熱軋帶鋼廠的收入和成本參考鋼協(xié)統(tǒng)計(jì)行業(yè)平均水平。）

基于以上假定與參數(shù)，經(jīng)過測(cè)算、分析，得到智能鋼廠建設(shè)后10年新增經(jīng)濟(jì)效益與成本費(fèi)用數(shù)據(jù)（見表1），預(yù)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施后每年平均產(chǎn)生新增效益為622元/t。

表1 實(shí)施效果預(yù)測(cè)

為考察單因素對(duì)每噸產(chǎn)品利潤(rùn)的影響程度，假設(shè)在提升效率比例、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本比例、投資變化的條件下，對(duì)噸鋼利潤(rùn)的變化情況進(jìn)行敏感性分析（見圖2），敏感程度由大到小的順序是提升效率、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本、建設(shè)投資。

表2 項(xiàng)目敏感性分析

四、結(jié)束語

鋼鐵行業(yè)順應(yīng)智能制造發(fā)展契機(jī)，探索智能鋼廠建設(shè)。基于“5G+大數(shù)據(jù)”技術(shù)與平臺(tái)的構(gòu)建，引入智能決策支持、智能生產(chǎn)資源管理、智能產(chǎn)銷研過程協(xié)同、智能質(zhì)量過程管控、智能設(shè)備互聯(lián)互通“五位一體”協(xié)同機(jī)制，賦能鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，全方位提升鋼鐵企業(yè)智能生產(chǎn)、管控、服務(wù)等能力，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。