鋼鐵行業作為國內社會經濟發展的基礎產業，在產業競爭中面臨著碳中和、提質增效等挑戰。隨著工業互聯網、5G等一系列信息化科技的深入發展，鋼鐵行業積極擁抱新的自動化與信息化科技，為綠色發展、提升市場競爭力帶來新的思路與出路。于2021年底發布的《工業互聯網與鋼鐵行業融合應用參考指南(2021)》正是基于鋼鐵“十四五”規劃而推進出的鋼鐵數字化轉型發展的實施步驟與目標;2022年2月，《關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》指出，要 “推進5G、工業互聯網、人工智能、數字孿生等(deng)技術在(zai)(zai)鋼(gang)鐵行(xing)業(ye)的應(ying)用”;2022年(nian)4月，《工(gong)業(ye)互聯網專(zhuan)項工(gong)作組2022年(nian)工(gong)作計(ji)劃(hua)》進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)出，要“制定鋼(gang)鐵行(xing)業(ye)工(gong)業(ye)互聯網應(ying)用標準”。在(zai)(zai)國家政策支持(chi)與市場競爭的推動下，以降(jiang)本(ben)、提(ti)質、增(zeng)效為核心價值點(dian)，鋼(gang)鐵企(qi)(qi)業(ye)積極采用“工(gong)業(ye)互聯網+鋼(gang)鐵”數字化(hua)(hua)轉(zhuan)型應(ying)用，在(zai)(zai)鋼(gang)鐵行(xing)業(ye)基(ji)礎自動化(hua)(hua)、過程控制、制造執(zhi)行(xing)、企(qi)(qi)業(ye)管理、決(jue)策支持(chi)等(deng)系(xi)統建設的數字化(hua)(hua)轉(zhuan)型成效初現，為下一(yi)步(bu)鋼(gang)鐵行(xing)業(ye)智(zhi)能化(hua)(hua)質的飛躍孕育著強大的量(liang)的儲備。
一、工業互聯網在鋼鐵行業中的應用情況
鋼(gang)鐵(tie)制(zhi)造是一(yi)個(ge)龐大(da)的(de)產(chan)業鏈體系，橫向(xiang)涉(she)及(ji)礦業采(cai)選、冶煉、軋(ya)鋼(gang)、壓延、加(jia)工、消費，縱向(xiang)涉(she)及(ji)采(cai)購(gou)、生產(chan)(能源、物流(liu)(liu)、質(zhi)(zhi)量、維護、勞力)、銷售、供應鏈等多(duo)個(ge)環節，具有(you)對(dui)信(xin)息(xi)實(shi)時(shi)性要求高、生產(chan)流(liu)(liu)程變量多(duo)、采(cai)銷兩端(duan)要素雜(za)等特點，長期受“孤島(dao)控(kong)制(zhi)”“條線分割”“界(jie)面有(you)縫”“銜接粗放”等難題(ti)困擾。基于(yu)綠色發(fa)展、提質(zhi)(zhi)增效的(de)發(fa)展目標，近年(nian)來，鋼(gang)鐵(tie)產(chan)業積極(ji)采(cai)用工業互(hu)聯(lian)網(wang)、5G、大(da)數據(ju)、云計算、人工智能等新(xin)(xin)一(yi)代(dai)信(xin)息(xi)技術邁向(xiang)數字化轉型，不(bu)斷(duan)探索(suo)推進(jin)工業互(hu)聯(lian)網(wang)建設(she)與創(chuang)新(xin)(xin)實(shi)踐。
至2021年，共有13家鋼鐵(tie)企業應(ying)用(yong)案例(li)入(ru)圍“2021年工(gong)(gong)業互(hu)聯(lian)網平(ping)(ping)臺(tai)創新(xin)領(ling)航應(ying)用(yong)案例(li)”，8家企業入(ru)選 “2021年工(gong)(gong)業互(hu)聯(lian)網試(shi)點示范項目”，為鋼鐵(tie)企業如何走向綠色制造的(de)數(shu)字化(hua)轉型提供了(le)(le)良(liang)好的(de)范本，并(bing)涌現出了(le)(le)如寶鋼利(li)用(yong)工(gong)(gong)業互(hu)聯(lian)網平(ping)(ping)臺(tai)實(shi)現 “一總部多(duo)基(ji)地”管(guan)控、酒泉鋼鐵(tie)基(ji)于(yu)工(gong)(gong)業互(hu)聯(lian)網平(ping)(ping)臺(tai)的(de)設備狀態監測和工(gong)(gong)藝優(you)化(hua)方案、鞍鋼與中國移動合作開(kai)展(zhan)了(le)(le)“基(ji)于(yu)5G的(de)機(ji)器視覺帶(dai)鋼表面檢測平(ping)(ping)臺(tai)研發(fa)與應(ying)用(yong)”等行業應(ying)用(yong)，開(kai)啟了(le)(le)國內工(gong)(gong)業互(hu)聯(lian)網賦(fu)能鋼鐵(tie)產業提質(zhi)、增效、降本的(de)綠色發(fa)展(zhan)新(xin)征程。
二、工業互聯網在鋼鐵行業中的典型應用
(1)寶鋼股份武鋼打造 “5G+鐵鋼界面智慧管控平臺”
2021年11月(yue)9日，由中冶(ye)賽迪(di)承建(jian)的武鋼(gang)(gang)(gang)“5G+AI鐵(tie)(tie)鋼(gang)(gang)(gang)界面智(zhi)慧管(guan)控系統”一次(ci)性成功(gong)上線(xian)，標志著(zhu)國(guo)內業已建(jian)成的最(zui)大規模的5G企業內網上，無線(xian)“信(xin)息高鐵(tie)(tie)”正式全線(xian)貫通(tong)，寶(bao)鋼(gang)(gang)(gang)股份武鋼(gang)(gang)(gang)首次(ci)實(shi)現“鐵(tie)(tie)、運、鋼(gang)(gang)(gang)”5G扁平(ping)化管(guan)控及鐵(tie)(tie)水(shui)智(zhi)能調度(du)。
在武鋼5G+鐵鋼界面智慧管控平臺上，能夠看到六種應用場景：實時定位跟蹤、設備在線監測、運輸作業管控、邊緣計算數據回傳、道口安全管控，未來還將實現鐵水運輸無人駕駛。這些場(chang)景的(de)實現(xian)，得(de)益于AI、5G及工業互(hu)聯網技(ji)術的(de)加持。
鐵(tie)鋼界面智(zhi)慧(hui)管(guan)控平臺以全(quan)流程智(zhi)能(neng)跟蹤、全(quan)流程狀(zhuang)態管(guan)理為(wei)基礎，將智(zhi)能(neng)模型及算法與(yu)鐵(tie)水運輸生產工藝深度結合(he)，建(jian)立智(zhi)慧(hui)鐵(tie)水調度系統(tong)，實現(xian)鐵(tie)水自(zi)(zi)動(dong)分配、路徑自(zi)(zi)動(dong)規劃(hua)、微機聯鎖自(zi)(zi)動(dong)控制、道(dao)口自(zi)(zi)動(dong)開閉、作(zuo)業(ye)實績自(zi)(zi)動(dong)生成(cheng)等核心(xin)功能(neng)，為(wei)鐵(tie)鋼界面構(gou)建(jian)“AI大腦”。特別是首創的容錯二(er)維(wei)編(bian)碼技術，打破傳統(tong)二(er)維(wei)碼識別模式，創新(xin)編(bian)解碼技術，將二(er)維(wei)碼與(yu)深度學(xue)習相(xiang)結合(he)，從根本上(shang)解決(jue)了惡劣作(zuo)業(ye)條(tiao)件(jian)下物(wu)流跟蹤識別問題。
該項目完成廠(chang)區內5座高爐、4個煉鋼(gang)廠(chang)、20輛鐵(tie)(tie)水(shui)運(yun)(yun)輸(shu)機車(che)、67臺(tai)魚雷罐(guan)車(che)、100臺(tai)敞口鐵(tie)(tie)水(shui)罐(guan)車(che)、12個道口的智能化(hua)升級改造，及400余條鐵(tie)(tie)水(shui)運(yun)(yun)輸(shu)線路的智能化(hua)管控(kong)。預(yu)期將使鐵(tie)(tie)鋼(gang)界面崗位作業人員優化(hua)20%，鐵(tie)(tie)水(shui)運(yun)(yun)輸(shu)效率提升10%，鐵(tie)(tie)水(shui)溫降降低(di)10℃，初(chu)步估算(suan)，僅運(yun)(yun)輸(shu)環節產(chan)生的直接經濟(ji)效益每年逾4000萬元(yuan)，推動(dong)武鋼(gang)轉型升級和(he)高質量發展。
(2)酒泉鋼鐵基于工業互聯網平臺實現設備狀態監測與工藝優化
酒泉鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)集團是我國(guo)西北(bei)地(di)區最大的碳鋼(gang)(gang)(gang)和(he)不銹鋼(gang)(gang)(gang)生(sheng)產(chan)基(ji)地(di)，擁有從采礦(kuang)(kuang)、選礦(kuang)(kuang)、燒結、焦 化到煉(lian)鐵(tie)、煉(lian)鋼(gang)(gang)(gang)、熱軋、冷軋等完整生(sheng)產(chan)工藝流程(cheng)。一直(zhi)以來，在生(sheng)產(chan)過程(cheng)中(zhong)，由于煉(lian)鐵(tie)主(zhu)反應器(qi)高(gao)(gao)爐(lu)(lu)具有巨(ju)大、高(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)壓(ya)(ya)、密閉、連續生(sheng)產(chan)的“黑箱”特性(xing)，存(cun)在復雜物理化學反應，給技術(shu)操(cao)(cao)作帶來巨(ju)大壓(ya)(ya)力。高(gao)(gao)爐(lu)(lu)類型多樣化，部分高(gao)(gao)爐(lu)(lu)冷卻壁損壞嚴(yan)重，存(cun)在安全生(sheng)產(chan)隱患。對此(ci)，傳統(tong)解決方案是企(qi)業生(sheng)產(chan)操(cao)(cao)作和(he)工況(kuang)分析以人工經驗和(he)主(zhu)觀判(pan)斷為(wei)主(zhu)，“白(bai)頭發(fa)”和(he)“盲人摸象”式操(cao)(cao)作在整個煉(lian)鐵(tie)行業普遍存(cun)在。
酒泉鋼鐵采用(yong)基于工(gong)業互(hu)聯網平臺進行設備(bei)狀(zhuang)態(tai)監測與工(gong)藝優化(hua)，其解決方案如下：
1. 基(ji)于高爐(lu)(lu)(lu)仿(fang)真(zhen)與機(ji)理(li)模(mo)型實現(xian)“黑(hei)箱(xiang)(xiang)”可(ke)視化： 通(tong)過高爐(lu)(lu)(lu)仿(fang)真(zhen)建(jian)(jian)立高爐(lu)(lu)(lu)數字孿生，對爐(lu)(lu)(lu)料(liao)運動及受(shou)力方程進行建(jian)(jian)模(mo)計算，從傳熱(re)學(xue)、煉鐵學(xue)等機(ji)理(li)層面建(jian)(jian)立預警(jing)標(biao)準，實時顯示當前高爐(lu)(lu)(lu)“黑(hei)箱(xiang)(xiang)”布料(liao)情況，實現(xian)對高爐(lu)(lu)(lu)生產的虛擬-現(xian)實映射與智能監(jian)控;
2. 對上(shang)部(bu)調(diao)劑(ji)進行操(cao)作指(zhi)導，實(shi)現工藝優化： 通過爐體(ti)煤(mei)氣(qi)流分(fen)布(bu)模擬仿真、上(shang)部(bu)調(diao)劑(ji)量化和(he)可視化，建立(li)上(shang)部(bu)調(diao)劑(ji)標準，有效幫(bang)助操(cao)作人員實(shi)現高爐更加(jia)合理、及時(shi)的(de)操(cao)作，促使煤(mei)氣(qi)流的(de)分(fen)布(bu)更適宜當前爐況。
該(gai)項目的成(cheng)功實施(shi)， 有效(xiao)提升(sheng)鐵水質(zhi)量穩定性20%;單座高爐(lu)每年降低成(cheng)本(ben)2400萬元，減少碳排放20000噸;冶(ye)煉(lian)效(xiao)率(lv) 提升(sheng)10%。
(3)鞍鋼與中國移動合作開展“基于5G的機器視覺帶鋼表面檢測平臺研發與應用”項目
鞍鋼與中國(guo)移(yi)動合(he)作，在遼寧省(sheng)開展了“基于5G的(de)機器視覺帶鋼表面(mian)檢測(ce)平臺研(yan)發與應用(yong)”項(xiang)目(mu)建設(she)，實現了機器視覺質(zhi)檢與生產現場(chang)監測(ce)場(chang)景(jing)的(de)應用(yong)，并(bing)入選《“5G+工(gong)業互聯網(wang)”十個典型應用(yong)場(chang)景(jing)和五個重點行(xing)業實踐(jian)》中鋼鐵行(xing)業重點行(xing)業實踐(jian)。
在機器視覺質(zhi)檢(jian)(jian)方(fang)面(mian)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)部(bu)署工(gong)業相機拍攝(she)高清圖(tu)片、采(cai)集(ji)(ji)質(zhi)檢(jian)(jian)數據，利用5G網絡將采(cai)集(ji)(ji)到的(de)(de)(de)冷軋(ya)現(xian)場(chang)4K/8K等高清圖(tu)像(xiang)數據回傳至操(cao)作(zuo)室平(ping)(ping)臺(tai)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)平(ping)(ping)臺(tai)的(de)(de)(de)視覺AI分(fen)(fen)析能力對(dui)圖(tu)像(xiang)進(jin)(jin)行處理分(fen)(fen)析，完(wan)(wan)成(cheng)帶(dai)鋼表面(mian)缺陷(xian)的(de)(de)(de)實時(shi)(shi)檢(jian)(jian)測(ce);同(tong)時(shi)(shi)，帶(dai)鋼軋(ya)制速度極高，通(tong)(tong)過(guo)(guo)帶(dai)鋼表面(mian)的(de)(de)(de)反光斑馬條紋(wen)反饋帶(dai)鋼的(de)(de)(de)平(ping)(ping)整度，用于(yu)帶(dai)鋼生(sheng)產質(zhi)量的(de)(de)(de)實時(shi)(shi)檢(jian)(jian)測(ce)，為張力輥等調節提供依據。方(fang)案部(bu)署完(wan)(wan)成(cheng)后，帶(dai)鋼常規缺陷(xian)檢(jian)(jian)出(chu)率(lv)(lv)達95%以(yi)上(shang)，在線(xian)綜合(he)缺陷(xian)分(fen)(fen)類(lei)率(lv)(lv)超過(guo)(guo)90%，提高成(cheng)材率(lv)(lv)的(de)(de)(de)同(tong)時(shi)(shi)減少了帶(dai)鋼缺陷(xian)造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)斷(duan)帶(dai)和傷(shang)輥換輥停(ting)機時(shi)(shi)間。通(tong)(tong)過(guo)(guo)現(xian)場(chang)采(cai)集(ji)(ji)的(de)(de)(de)圖(tu)片分(fen)(fen)析，檢(jian)(jian)測(ce)準確率(lv)(lv)達99.99%以(yi)上(shang);同(tong)時(shi)(shi)對(dui)攝(she)像(xiang)頭進(jin)(jin)行單(dan)獨分(fen)(fen)析，判斷(duan)攝(she)像(xiang)頭是否(fou)存在大量粉塵覆(fu)蓋，及(ji)時(shi)(shi)進(jin)(jin)行鏡頭清理，每年(nian)可(ke)節省皮帶(dai)維修費約100萬元。
“基于(yu)5G的(de)機器視覺帶鋼(gang)表面檢(jian)測平臺”項目(mu)在(zai)鞍(an)鋼(gang)股份冷軋(ya)廠應用(yong)，不僅(jin)實現(xian)了(le)分布式(shi)、長期、穩定、在(zai)線識(shi)別(bie)及存儲帶鋼(gang)表面缺陷(xian)信息(xi)，而且實現(xian)了(le)分系統數據共享，每(mei)(mei)套(tao)系統每(mei)(mei)年可(ke)為(wei)用(yong)戶帶來180余萬元的(de)經濟效益(yi)。
另外，隨著工業(ye)互聯網在(zai)鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)融合(he)創(chuang)新的(de)不斷深入，工業(ye)互聯網將在(zai)鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)數字化、網絡(luo)化、智能(neng)(neng)化轉型中發(fa)揮出(chu)越來(lai)越重(zhong)要的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，各鋼(gang)鐵(tie)企業(ye)在(zai)不同領域都有著良(liang)好的(de)行(xing)業(ye)應用(yong)(yong)(yong)。如湛江鋼(gang)鐵(tie)與(yu)中國(guo)聯通(tong)合(he)作(zuo)(zuo)(zuo)，基(ji)于(yu) “5G+工業(ye)互聯網”打造智慧鋼(gang)廠，利(li)用(yong)(yong)(yong)5G超高可(ke)靠(kao)低時延特(te)性，遠程(cheng)(cheng)控(kong)制端(duan)到(dao)端(duan)時延降低至10毫(hao)秒(miao)級，實現(xian)智能(neng)(neng)頭盔智能(neng)(neng)巡(xun)檢、在(zai)線監(jian)測運(yun)維、設備遠程(cheng)(cheng)控(kong)制、AI行(xing)為分(fen)析等典型場景應用(yong)(yong)(yong)。AR巡(xun)檢故障排除(chu)率(lv)提(ti)升65%、在(zai)線監(jian)測故障預警率(lv)提(ti)升90%、運(yun)維時效(xiao)提(ti)升50%、作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)效(xiao)率(lv)增加30%。天津鋼(gang)鐵(tie)建設超低排放全生命(ming)(ming)周(zhou)期信息化系統(tong)(tong)，通(tong)過智能(neng)(neng)裝備應用(yong)(yong)(yong)、精益現(xian)場管(guan)理、信息技術與(yu)集團業(ye)務的(de)深度融合(he)，提(ti)升了能(neng)(neng)源管(guan)控(kong)系統(tong)(tong)運(yun)行(xing)和協調效(xiao)率(lv)，全年噸鋼(gang)綜合(he)電耗、水耗同比降低14%和13%，回收轉爐(lu)煤氣同比增加2%。太鋼(gang)通(tong)過碳數據管(guan)理平(ping)臺，實現(xian)企業(ye)級碳數據管(guan)控(kong)和包含鐵(tie)礦石(shi)等10余個產品在(zai)內(nei)的(de)全生命(ming)(ming)周(zhou)期碳足跡實時計算。
三、鋼鐵產業數字化轉型仍然任重道遠
以數(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)推動鋼(gang)鐵行業(ye)(ye)重新啟程，在(zai)目前(qian)來看，國(guo)內(nei)鋼(gang)鐵企(qi)業(ye)(ye)以工(gong)(gong)業(ye)(ye)互聯(lian)網平臺為(wei)主戰場的(de)數(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)實踐探索，取得了(le)矚目的(de)成績(ji)。但從整(zheng)體行業(ye)(ye)的(de)發(fa)展(zhan)來看，我國(guo)鋼(gang)鐵行業(ye)(ye)智能(neng)化(hua)(hua)(hua)發(fa)展(zhan)依然還(huan)有很多不足，例如科技自主創新能(neng)力不強，核心技術對外依存度較高;企(qi)業(ye)(ye)信(xin)息化(hua)(hua)(hua)、數(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)建設(she)沒有統一標準;工(gong)(gong)業(ye)(ye)大數(shu)(shu)據(ju)應用價值未充分挖(wa)掘;數(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)領(ling)軍人(ren)才、專業(ye)(ye)人(ren)才缺(que)乏;智能(neng)裝備制造相關(guan)的(de)現(xian)代服務業(ye)(ye)發(fa)展(zhan)滯后等。“十(shi)四五”鋼(gang)鐵工(gong)(gong)業(ye)(ye)數(shu)(shu)字(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)(hua)轉型的(de)重點(dian)，是(shi)實現(xian)設(she)備維護的(de)高效化(hua)(hua)(hua)管理、生產(chan)過(guo)程中工(gong)(gong)藝模型和(he)數(shu)(shu)據(ju)模型的(de)優化(hua)(hua)(hua)升級(ji)、滿足下游用戶的(de)個性化(hua)(hua)(hua)需求以及國(guo)家對鋼(gang)鐵企(qi)業(ye)(ye)低碳節能(neng)降耗等環(huan)保(bao)要求，這些同樣也是(shi)難點(dian)，需要全行業(ye)(ye)共同努力推進。
在產業(ye)數(shu)字化(hua)時(shi)代，對于鋼鐵(tie)企(qi)(qi)業(ye)而言，數(shu)據(ju)將成為(wei)核心生產資料和(he)最重要的(de)(de)資產。企(qi)(qi)業(ye)需要的(de)(de)，就是做好對技術與管理兩大(da)維度變革的(de)(de)應對，要把握好技術推進(jin)(jin)的(de)(de)節奏，以價值(zhi)創造為(wei)前提(ti)，技術的(de)(de)先(xian)進(jin)(jin)性則要適度。企(qi)(qi)業(ye)數(shu)字化(hua)轉型必須結合企(qi)(qi)業(ye)自身的(de)(de)特點，并與社會經濟的(de)(de)發展(zhan)程度相適應。
“工業(ye)(ye)互聯(lian)網+鋼鐵(tie)”融(rong)合創新是(shi)一(yi)個長期、持(chi)續的(de)過程(cheng)，雖然(ran)在國家政策與行業(ye)(ye)支持(chi)方面，都從(cong)深度發(fa)展工業(ye)(ye)互聯(lian)網給(gei)出(chu)了積極的(de)推動(dong)措施，但這(zhe)仍(reng)然(ran)是(shi)一(yi)個建(jian)設投(tou)入大、周期長，關乎國家長遠發(fa)展的(de)未來大業(ye)(ye)，需要開展多方“團體賽”，不斷(duan)深化(hua)高校、科研院所(suo)、企業(ye)(ye)間的(de)協同創新，加速推動(dong)OT、IT、CT、DT深度融(rong)合，為(wei)制(zhi)造強(qiang)國、網絡強(qiang)國建(jian)設作出(chu)積極貢獻。
注：本文來源中央企業工業互聯網融通平臺。
