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、數字孿生等技術在(zai)鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)的(de)(de)(de)應用(yong)”;2022年4月，《工業(ye)互(hu)聯網(wang)(wang)專項工作組2022年工作計劃》進一(yi)步(bu)提出，要“制(zhi)定鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)工業(ye)互(hu)聯網(wang)(wang)應用(yong)標(biao)準”。在(zai)國家政策支(zhi)持與市場競爭(zheng)的(de)(de)(de)推動下，以降本(ben)、提質、增(zeng)效為(wei)核心價值(zhi)點，鋼(gang)鐵(tie)企業(ye)積極采用(yong)“工業(ye)互(hu)聯網(wang)(wang)+鋼(gang)鐵(tie)”數字化轉(zhuan)型應用(yong)，在(zai)鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)基礎(chu)自動化、過程控制(zhi)、制(zhi)造(zao)執行(xing)、企業(ye)管理、決策支(zhi)持等系統建(jian)設(she)的(de)(de)(de)數字化轉(zhuan)型成效初(chu)現，為(wei)下一(yi)步(bu)鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)智(zhi)能化質的(de)(de)(de)飛(fei)躍孕育著強大(da)的(de)(de)(de)量的(de)(de)(de)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(zao)是一個(ge)龐大的(de)產(chan)業(ye)鏈體(ti)系，橫(heng)向(xiang)涉及(ji)礦業(ye)采(cai)選、冶煉(lian)、軋鋼(gang)、壓延、加(jia)工(gong)(gong)、消(xiao)費，縱向(xiang)涉及(ji)采(cai)購、生產(chan)(能源、物流、質(zhi)量、維(wei)護、勞力(li))、銷售、供(gong)應鏈等(deng)多個(ge)環(huan)節，具有對信息(xi)實時性要(yao)求高、生產(chan)流程變量多、采(cai)銷兩端要(yao)素雜等(deng)特(te)點，長期受(shou)“孤島控(kong)制(zhi)”“條線分割”“界面(mian)有縫”“銜接粗(cu)放”等(deng)難題困(kun)擾(rao)。基(ji)于綠(lv)色發(fa)展(zhan)、提質(zhi)增效的(de)發(fa)展(zhan)目標，近年(nian)來，鋼(gang)鐵(tie)產(chan)業(ye)積極采(cai)用工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯網、5G、大數(shu)據(ju)、云計算、人工(gong)(gong)智能等(deng)新一代信息(xi)技術邁向(xiang)數(shu)字化轉型，不斷探索推進(jin)工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯網建(jian)設與創新實踐(jian)。
至2021年，共有13家鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)企業(ye)應用(yong)案例入圍(wei)“2021年工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網(wang)平(ping)臺創(chuang)新領航應用(yong)案例”，8家企業(ye)入選 “2021年工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網(wang)試點示范項(xiang)目”，為鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)企業(ye)如何(he)走向綠(lv)色制造的(de)數字化(hua)轉型提供了(le)良好的(de)范本(ben)，并涌現出了(le)如寶鋼(gang)(gang)(gang)利用(yong)工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網(wang)平(ping)臺實現 “一總部多基地”管控、酒泉(quan)鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)基于工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網(wang)平(ping)臺的(de)設備狀態監測(ce)和工(gong)(gong)藝優化(hua)方案、鞍鋼(gang)(gang)(gang)與(yu)中國移動合(he)作(zuo)開展(zhan)了(le)“基于5G的(de)機器視覺(jue)帶(dai)鋼(gang)(gang)(gang)表面(mian)檢測(ce)平(ping)臺研發與(yu)應用(yong)”等行業(ye)應用(yong)，開啟了(le)國內工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網(wang)賦能鋼(gang)(gang)(gang)鐵(tie)(tie)產業(ye)提質、增效、降本(ben)的(de)綠(lv)色發展(zhan)新征程。
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9日，由中冶賽(sai)迪承建的武(wu)鋼(gang)“5G+AI鐵鋼(gang)界面智慧管(guan)控(kong)系(xi)統(tong)”一次性成(cheng)(cheng)功上線(xian)，標志著國(guo)內業已(yi)建成(cheng)(cheng)的最大規(gui)模的5G企業內網(wang)上，無線(xian)“信息高鐵”正式全線(xian)貫通，寶鋼(gang)股(gu)份(fen)武(wu)鋼(gang)首次實現“鐵、運、鋼(gang)”5G扁平化(hua)管(guan)控(kong)及(ji)鐵水智能(neng)調度。
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。這些場景的實現，得(de)益(yi)于AI、5G及工業互聯網技術(shu)的加持。
鐵(tie)(tie)鋼(gang)界面智(zhi)慧管(guan)控(kong)平臺以全(quan)(quan)流(liu)程智(zhi)能跟(gen)蹤、全(quan)(quan)流(liu)程狀態管(guan)理為(wei)(wei)基(ji)礎，將智(zhi)能模型及算(suan)法與(yu)(yu)鐵(tie)(tie)水運(yun)輸(shu)生產工(gong)藝(yi)深度(du)結合(he)(he)，建(jian)立智(zhi)慧鐵(tie)(tie)水調度(du)系統，實(shi)現(xian)鐵(tie)(tie)水自(zi)動(dong)(dong)(dong)分配、路徑(jing)自(zi)動(dong)(dong)(dong)規劃(hua)、微機(ji)聯鎖自(zi)動(dong)(dong)(dong)控(kong)制、道口自(zi)動(dong)(dong)(dong)開閉、作業(ye)實(shi)績自(zi)動(dong)(dong)(dong)生成等核心(xin)功(gong)能，為(wei)(wei)鐵(tie)(tie)鋼(gang)界面構建(jian)“AI大腦(nao)”。特(te)別是首創(chuang)的容錯(cuo)二(er)(er)(er)維(wei)(wei)編(bian)碼(ma)(ma)技術，打(da)破傳統二(er)(er)(er)維(wei)(wei)碼(ma)(ma)識別模式，創(chuang)新編(bian)解碼(ma)(ma)技術，將二(er)(er)(er)維(wei)(wei)碼(ma)(ma)與(yu)(yu)深度(du)學習(xi)相(xiang)結合(he)(he)，從根本上解決了(le)惡劣作業(ye)條(tiao)件下物流(liu)跟(gen)蹤識別問題。
該項目完成廠(chang)區內5座高(gao)爐(lu)、4個(ge)煉鋼廠(chang)、20輛鐵(tie)水運輸(shu)機車(che)、67臺(tai)魚雷罐車(che)、100臺(tai)敞(chang)口鐵(tie)水罐車(che)、12個(ge)道(dao)口的智(zhi)能化(hua)升(sheng)級改(gai)造(zao)，及(ji)400余條鐵(tie)水運輸(shu)線(xian)路的智(zhi)能化(hua)管控。預(yu)期將使鐵(tie)鋼界(jie)面崗(gang)位作(zuo)業人(ren)員優(you)化(hua)20%，鐵(tie)水運輸(shu)效率提升(sheng)10%，鐵(tie)水溫降(jiang)降(jiang)低10℃，初步估(gu)算，僅運輸(shu)環節產生的直接經濟(ji)效益(yi)每(mei)年逾(yu)4000萬元，推(tui)動武鋼轉型(xing)升(sheng)級和高(gao)質量發展(zhan)。
(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(jiu)泉(quan)鋼(gang)鐵集團是我國(guo)西北(bei)地區最大(da)的(de)(de)碳鋼(gang)和(he)不銹鋼(gang)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)基地，擁有(you)從采(cai)礦、選礦、燒結、焦(jiao) 化到煉(lian)鐵、煉(lian)鋼(gang)、熱軋、冷軋等完整生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)工(gong)藝流程。一直以(yi)來，在生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)過程中，由于(yu)煉(lian)鐵主反應(ying)器高(gao)爐(lu)(lu)具(ju)有(you)巨(ju)大(da)、高(gao)溫(wen)、高(gao)壓、密(mi)閉、連(lian)續生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)的(de)(de)“黑箱”特性，存在復雜物理(li)化學反應(ying)，給(gei)技(ji)術操作(zuo)(zuo)帶來巨(ju)大(da)壓力。高(gao)爐(lu)(lu)類型多樣化，部分高(gao)爐(lu)(lu)冷卻壁損壞嚴重，存在安全生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)隱患。對此，傳(chuan)統(tong)解決方案是企業(ye)(ye)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)操作(zuo)(zuo)和(he)工(gong)況分析(xi)以(yi)人工(gong)經驗和(he)主觀(guan)判斷(duan)為主，“白頭(tou)發”和(he)“盲人摸象”式操作(zuo)(zuo)在整個煉(lian)鐵行業(ye)(ye)普遍存在。
酒泉鋼鐵采用基(ji)于工業互聯網(wang)平(ping)臺進行(xing)設備狀態監測與工藝優化，其解(jie)決方案如(ru)下：
1. 基于高(gao)爐(lu)(lu)(lu)仿真與機(ji)理(li)模型實(shi)現“黑(hei)箱”可(ke)視化(hua)： 通過高(gao)爐(lu)(lu)(lu)仿真建(jian)立(li)高(gao)爐(lu)(lu)(lu)數(shu)字孿生，對爐(lu)(lu)(lu)料運(yun)動及(ji)受力方程進行建(jian)模計算，從(cong)傳熱學(xue)、煉鐵學(xue)等機(ji)理(li)層面建(jian)立(li)預(yu)警標準，實(shi)時顯示當(dang)前高(gao)爐(lu)(lu)(lu)“黑(hei)箱”布料情況，實(shi)現對高(gao)爐(lu)(lu)(lu)生產的虛擬-現實(shi)映射與智能監控;
2. 對(dui)上(shang)部(bu)調劑(ji)進行操作指導(dao)，實(shi)現工藝優化： 通過爐體煤氣(qi)流分布模擬仿(fang)真、上(shang)部(bu)調劑(ji)量(liang)化和(he)可(ke)視(shi)化，建(jian)立上(shang)部(bu)調劑(ji)標準，有(you)效幫助(zhu)操作人員實(shi)現高爐更(geng)加合理(li)、及時的(de)操作，促使煤氣(qi)流的(de)分布更(geng)適宜當(dang)前(qian)爐況。
該(gai)項目的成功(gong)實施， 有效提(ti)升(sheng)鐵水質量穩(wen)定性(xing)20%;單座高爐每年降低(di)成本2400萬元，減(jian)少(shao)碳排放20000噸;冶煉效率 提(ti)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(yu)中國移動合作(zuo)，在遼寧省開展了“基于5G的機(ji)器視(shi)覺帶鋼表面檢測平臺研(yan)發與(yu)應用”項目(mu)建設，實(shi)現了機(ji)器視(shi)覺質(zhi)檢與(yu)生產現場(chang)監測場(chang)景(jing)的應用，并(bing)入(ru)選《“5G+工(gong)業互聯網”十個典型應用場(chang)景(jing)和(he)五個重點(dian)行(xing)業實(shi)踐(jian)》中鋼鐵行(xing)業重點(dian)行(xing)業實(shi)踐(jian)。
在(zai)機器視覺質(zhi)檢(jian)方(fang)面(mian)，通(tong)過(guo)(guo)部署工(gong)業相(xiang)機拍(pai)攝(she)高清圖片(pian)、采集(ji)質(zhi)檢(jian)數據(ju)(ju)，利(li)用(yong)5G網(wang)絡將采集(ji)到的(de)冷(leng)軋現(xian)場4K/8K等高清圖像數據(ju)(ju)回傳至操作室平臺，通(tong)過(guo)(guo)平臺的(de)視覺AI分析能力(li)對圖像進行(xing)處理(li)(li)分析，完(wan)成(cheng)帶(dai)(dai)鋼(gang)表面(mian)缺(que)陷(xian)(xian)的(de)實時(shi)檢(jian)測(ce);同(tong)(tong)時(shi)，帶(dai)(dai)鋼(gang)軋制速度(du)極高，通(tong)過(guo)(guo)帶(dai)(dai)鋼(gang)表面(mian)的(de)反(fan)光斑馬條紋反(fan)饋帶(dai)(dai)鋼(gang)的(de)平整度(du)，用(yong)于帶(dai)(dai)鋼(gang)生產質(zhi)量(liang)的(de)實時(shi)檢(jian)測(ce)，為張力(li)輥等調節(jie)提供依(yi)據(ju)(ju)。方(fang)案部署完(wan)成(cheng)后(hou)，帶(dai)(dai)鋼(gang)常規缺(que)陷(xian)(xian)檢(jian)出率達95%以上，在(zai)線綜合缺(que)陷(xian)(xian)分類率超過(guo)(guo)90%，提高成(cheng)材率的(de)同(tong)(tong)時(shi)減(jian)少(shao)了帶(dai)(dai)鋼(gang)缺(que)陷(xian)(xian)造成(cheng)的(de)斷帶(dai)(dai)和傷輥換(huan)輥停機時(shi)間。通(tong)過(guo)(guo)現(xian)場采集(ji)的(de)圖片(pian)分析，檢(jian)測(ce)準確率達99.99%以上;同(tong)(tong)時(shi)對攝(she)像頭(tou)進行(xing)單(dan)獨分析，判斷攝(she)像頭(tou)是否存在(zai)大量(liang)粉塵覆蓋，及時(shi)進行(xing)鏡(jing)頭(tou)清理(li)(li)，每年(nian)可節(jie)省皮帶(dai)(dai)維修費約100萬元。
“基(ji)于5G的(de)機器視覺帶(dai)鋼(gang)表面檢測平臺(tai)”項目在鞍鋼(gang)股(gu)份冷軋廠應用，不僅實現(xian)了(le)分(fen)布式(shi)、長期、穩定(ding)、在線識別及存儲帶(dai)鋼(gang)表面缺陷信息(xi)，而(er)且(qie)實現(xian)了(le)分(fen)系統(tong)數據共享，每套系統(tong)每年可為用戶(hu)帶(dai)來(lai)180余(yu)萬元(yuan)的(de)經(jing)濟效(xiao)益。
另外，隨(sui)著工(gong)業互聯(lian)網在(zai)(zai)鋼(gang)鐵(tie)(tie)行(xing)業融合(he)(he)創新的(de)(de)不(bu)斷(duan)深(shen)入，工(gong)業互聯(lian)網將(jiang)在(zai)(zai)鋼(gang)鐵(tie)(tie)行(xing)業數字化、網絡(luo)化、智能化轉型中發(fa)揮(hui)出越來越重(zhong)要的(de)(de)作(zuo)用(yong)，各鋼(gang)鐵(tie)(tie)企(qi)業在(zai)(zai)不(bu)同領域都有(you)著良好(hao)的(de)(de)行(xing)業應(ying)(ying)用(yong)。如湛江(jiang)鋼(gang)鐵(tie)(tie)與(yu)中國聯(lian)通合(he)(he)作(zuo)，基(ji)于(yu) “5G+工(gong)業互聯(lian)網”打造智慧鋼(gang)廠(chang)，利用(yong)5G超(chao)高(gao)可(ke)靠低(di)時(shi)延(yan)(yan)特性，遠程控(kong)制(zhi)(zhi)端(duan)到端(duan)時(shi)延(yan)(yan)降(jiang)低(di)至(zhi)10毫秒(miao)級，實(shi)現智能頭盔智能巡(xun)檢(jian)、在(zai)(zai)線(xian)監測運維、設備(bei)(bei)遠程控(kong)制(zhi)(zhi)、AI行(xing)為分析等(deng)典(dian)型場景應(ying)(ying)用(yong)。AR巡(xun)檢(jian)故(gu)(gu)障排除率(lv)提(ti)升(sheng)(sheng)65%、在(zai)(zai)線(xian)監測故(gu)(gu)障預警率(lv)提(ti)升(sheng)(sheng)90%、運維時(shi)效提(ti)升(sheng)(sheng)50%、作(zuo)用(yong)效率(lv)增加(jia)30%。天津(jin)鋼(gang)鐵(tie)(tie)建(jian)設超(chao)低(di)排放全生命周(zhou)期信息(xi)化系統(tong)，通過(guo)智能裝備(bei)(bei)應(ying)(ying)用(yong)、精益(yi)現場管(guan)理、信息(xi)技(ji)術與(yu)集團業務的(de)(de)深(shen)度(du)融合(he)(he)，提(ti)升(sheng)(sheng)了能源管(guan)控(kong)系統(tong)運行(xing)和協調效率(lv)，全年(nian)噸鋼(gang)綜(zong)合(he)(he)電(dian)耗、水(shui)耗同比(bi)降(jiang)低(di)14%和13%，回收(shou)轉爐煤氣(qi)同比(bi)增加(jia)2%。太鋼(gang)通過(guo)碳(tan)數據管(guan)理平臺，實(shi)現企(qi)業級碳(tan)數據管(guan)控(kong)和包含(han)鐵(tie)(tie)礦石等(deng)10余個產品在(zai)(zai)內的(de)(de)全生命周(zhou)期碳(tan)足跡實(shi)時(shi)計算(suan)。
三、鋼鐵產業數字化轉型仍然任重道遠
以數(shu)(shu)(shu)(shu)字(zi)(zi)化(hua)(hua)推動鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)行(xing)(xing)業重(zhong)新啟程(cheng)，在目前來看(kan)，國(guo)內(nei)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)企(qi)業以工(gong)業互(hu)聯(lian)網(wang)平臺為主戰(zhan)場的數(shu)(shu)(shu)(shu)字(zi)(zi)化(hua)(hua)實(shi)踐探索(suo)，取(qu)得了矚(zhu)目的成(cheng)績(ji)。但(dan)從整體(ti)行(xing)(xing)業的發展來看(kan)，我(wo)國(guo)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)行(xing)(xing)業智(zhi)能化(hua)(hua)發展依(yi)然還有很多不足，例如科技自主創新能力不強，核心技術對外(wai)依(yi)存度較(jiao)高;企(qi)業信息化(hua)(hua)、數(shu)(shu)(shu)(shu)字(zi)(zi)化(hua)(hua)建(jian)設(she)沒有統(tong)一標準;工(gong)業大(da)數(shu)(shu)(shu)(shu)據應用價(jia)值未充分挖掘(jue);數(shu)(shu)(shu)(shu)字(zi)(zi)化(hua)(hua)領軍人(ren)才、專業人(ren)才缺乏;智(zhi)能裝備制造相關的現代(dai)服務業發展滯后等(deng)。“十四五”鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)工(gong)業數(shu)(shu)(shu)(shu)字(zi)(zi)化(hua)(hua)轉型(xing)的重(zhong)點(dian)，是(shi)實(shi)現設(she)備維護的高效化(hua)(hua)管(guan)理、生產(chan)過程(cheng)中工(gong)藝模型(xing)和數(shu)(shu)(shu)(shu)據模型(xing)的優(you)化(hua)(hua)升級、滿足下(xia)游用戶的個性化(hua)(hua)需求以及(ji)國(guo)家對鋼(gang)(gang)(gang)(gang)鐵(tie)企(qi)業低(di)碳(tan)節能降耗等(deng)環保(bao)要(yao)求，這些同樣也是(shi)難點(dian)，需要(yao)全行(xing)(xing)業共(gong)同努力推進(jin)。
在產業(ye)(ye)數字(zi)化時(shi)代，對于鋼鐵企業(ye)(ye)而言，數據將成(cheng)為(wei)核(he)心生產資料和最(zui)重要的(de)(de)資產。企業(ye)(ye)需要的(de)(de)，就是(shi)做(zuo)好對技術(shu)與管理兩大維度變革的(de)(de)應對，要把握好技術(shu)推進的(de)(de)節奏，以(yi)價值創造為(wei)前提，技術(shu)的(de)(de)先(xian)進性則(ze)要適度。企業(ye)(ye)數字(zi)化轉型必須結合企業(ye)(ye)自身的(de)(de)特(te)點，并與社會(hui)經濟的(de)(de)發展程(cheng)度相適應。
“工業(ye)(ye)互聯網+鋼鐵”融合(he)創新(xin)是(shi)一個長期、持(chi)續(xu)的(de)過程，雖然在國(guo)家政策與行業(ye)(ye)支持(chi)方(fang)面，都從深(shen)(shen)度發展工業(ye)(ye)互聯網給出了積極的(de)推(tui)動措施，但(dan)這仍然是(shi)一個建設投(tou)入(ru)大、周期長，關乎國(guo)家長遠發展的(de)未來大業(ye)(ye)，需要開展多方(fang)“團體賽”，不斷深(shen)(shen)化高校、科研院所、企(qi)業(ye)(ye)間(jian)的(de)協同創新(xin)，加速(su)推(tui)動OT、IT、CT、DT深(shen)(shen)度融合(he)，為(wei)制造強國(guo)、網絡(luo)強國(guo)建設作出積極貢獻。
注：本文來源中央企業工業互聯網融通平臺。
