鋼鐵行業智能制造現狀及發展途徑

白俊麗

(天津工業職業學院，天津300400)

0 引言

智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，將大數據、互聯網、云計算、5G移動技術等信息技術應用貫穿在制造全生命周期(產品設計、生產、銷售、倉儲、物流、管理等)，是具有自感知、自學習、自決策、自執行和自適應等功能的新型生產方式[1]。

鋼鐵行業目前面臨著產能過剩、結構失衡、能源環境等巨大壓力，急需進行轉型升級。 鋼鐵行業正面臨著從高污染、高能耗到低排放、高質量的轉型升級，智能制造模式的應用起到重要作用。 智能制造是鋼鐵行業轉型升級的現實需要， 也是鋼鐵行業高質量發展的有力保障[2]。 鋼鐵行業在基礎設備自動化、 生產過程自動化和經營管理體系方面的快速發展，為鋼鐵行業智能制造提供較好基礎。

1 鋼鐵行業智能制造現狀

到目前為止， 鋼鐵行業智能制造裝備水平提升明顯， 各企業正逐步由點到面的推進智能制造進程，智能制造成果初步顯現。

1.1 已形成一定數量智能制造試點

鋼鐵行業積極布局智能制造項目， 參與工信部實施的智能制造試點示范專項行動。 工信部網站發布的《工業和信息化部辦公廳關于開展2018年智能制造試點示范項目推薦的通知》中提到，鋼鐵行業現已打造了包含寶鋼、鞍鋼、河鋼、南鋼、太鋼等7 家企業共9 個項目智能制造試點， 涵蓋智能車間、智慧礦山、大規模定制等試點示范項目。

1.2 工業機器人應用廣泛

投料機器人、砌爐拆爐機器人、焊接機器人、切割機器人、圖像自動識別機器人、連鑄加渣機器人、測溫取樣機器人、撈渣機器人、專用剪切工業機器人、自動去除棒材毛刺機器人、自動拆捆機器人、自動噴號貼標簽機器人、鋼包受包側機器人、中間罐作業機器人、拉力檢測機器人、檢修機器人等專用機器人得到了快速發展[3-5]。

以減少人力和工位為目的，在工作條件惡劣、職業危害和安全風險高(高溫、粉塵、噪聲、有毒有害氣體) 勞動強度大的崗位運用工業機器人替代標準化、重載的人工工作已成趨勢。 工業機器人的應用在有效克服高污染、高溫、高粉塵以及其他各種惡劣環境對人的危害的同時， 還能實現生產過程的精準穩定以及智能化，勞動生產率有所提高。

1.3 無人化智能生產車間、 倉儲車間應用實現突破

倉儲無人化、 智能車間等無人化應用及遠程控制應用實現突破。 寶鋼冷軋車間基本形成了從基層自動化、過程控制系統、制造執行系統、企業資源計劃到決策支持的功能相對齊全的信息系統，通過各個系統間信息傳遞，實現生產工藝全程數字化控制，“一鍵下單式組織生產” 的全流程智能制造生產線、無人化智能車間已投入運行。

無人智能行車將先進的傳感技術、PLC 處理技術以及物聯網、“互聯網+”等技術深度融合，采用5G 網絡、精確定位、路徑自動優化、激光三維掃描成像、電子防搖、多臺行車協調作業等技術，實現卷下線、包裝、盤庫、移庫、發貨等各種作業任務需求[6]。 工人只需在中央控制室里通過電子顯示屏進行實時監控，產品倉儲車間實現無人化。

1.4 智能物料管理系統實現應用

智能化物料管理、原料取樣、備品備件庫存管理系統已實現應用。 攀鋼的物資計量集中值守系統采用二維碼掃描、紅外定位、遠程對講、視頻等先進技術實現現場無人計量、 遠程集中值守和智能取樣目標[7]。 該系統能夠完成來料信息自動采集、取樣智能化、存樣全自動掃碼等任務，實現計量無紙化。 河鋼承鋼的智能化備品備件庫存管理系統包含物料管理、合同管理、出庫管理、庫存管理、報表管理和系統管理等部分，實現備品備件的精準數據化管控[8]。

智能物料管理系統為企業原料管理提供了可靠的數據支撐，提高物料管理效率，降低了崗位職業道德風險和生產成本管理費用。

1.5 智慧物流云平臺

柳鋼智慧物流云平臺[9]利用智慧物流云提供運輸定位監管、物流管理服務、自動化結算、智能倉儲、智慧金融、貿易服務等智慧物流(供應鏈)一站式服務。 運行車輛安裝北斗導航定位系統，能夠實現管理貨物和追蹤物流數據實時性、 內部物流管控全面化、客戶的服務體驗感最佳化。

1.6 基于大數據和多種監控設施的生產智能化控制系統投入應用

煉鐵工序基于大數據支撐的高爐、 燒結智能化主控室，實現一體化智能集控、大數據智能分析及決策、智能化功能模型應用[10]。對高爐、燒結運行過程的動態控制，調取、匯總、分析數據更加簡便、全面，操作的針對性、準確性更強，為高爐高產、穩定、低耗奠定基礎。

煉鋼工序智能出鋼控制系統集成多種自動控制模塊實現一鍵出鋼[11]，對整個出鋼過程的實時監控、智能判斷、動態控制，實現了真正意義上的智能出鋼， 有利于轉爐鋼水質量控制的穩定性和連續性。

1.7 智能管理系統

多家鋼鐵企業基于大數據構建覆蓋制造全流程的實時數據采集與可視化智能質量、 能源、管理、生產管控系統，形成一套針對全流程、全工序、全產品的質量、能源管控平臺。 智能管理系統采用新一代物聯網技術，能夠實現計劃、投料、能耗、工藝過程、 產品質量、 倉儲物流等方面的一體化管控，達到生產可管控、異?？深A警、過程可追溯、缺陷可診斷、能力可評價、質量可預測、研發可推理[2]，大幅提升生產管理的精細化程度和協同效率。

2 鋼鐵行業智能制造存在的問題

2.1 智能制造水平不均衡

鋼鐵智能制造正處于起步階段， 按照智能制造能力成熟度分析， 各鋼鐵企業智能制造水平相差較大， 一些先進鋼鐵企業智能制造水平發展較高， 但仍存在大量鋼鐵企業工業化和信息化融合水平不高，智能化應用處于初級階段。

2.2 智能制造基礎有待提高

經過多年發展，鋼鐵行業基礎設備自動化、生產過程自動化、 企業經營管理系統等方面有較大提升，為鋼鐵行業智能制造提供了較好基礎。 但冶煉智能控制系統模型對外在因素變化的適應性有待提高，且無法形成閉環控制。 全流程計劃調度水平有待加強，多數生產管控需要人工干預，未從分廠擴展到全流程，上下游、生產-能源-物流等動態協同調度有待加強。 動態、閉環的全生命周期質量管控尚待形成，能夠實現信息、資源、業務、市場協同的供應鏈協同存在較大差距， 企業信息化系統缺少信息融合和功能集成， 管控一體化水平待提高。

2.3 智能制造創新力有待提高

鋼鐵行業在信息系統和物理系統的開發、管理、集成方面的創新能力仍然較弱，產品生產工藝設計與智能決策支持系統的綜合集成、 業務系統向產業鏈前端延伸， 缺乏成熟的行業解決方案[12]。核心技術創新能力薄弱，產品質量可靠性低，缺乏懂鋼鐵工藝流程、先進信息技術、企業管理等多專業知識復合型技術技能人才。

2.4 智能制造服務機構水平有待提升

目前為鋼鐵行業提供智能制造專項服務的機構較多，但機構服務能力差異較大。 專業服務能力強、 能夠有效支撐服務鋼鐵行業智能制造發展的智能制造領軍服務機構較少。

3 鋼鐵行業智能制造解決途徑

為助力鋼鐵行業在新時代實現智能轉型與升級， 鋼鐵行業智能制造要在完善鋼鐵行業智能制造標準體系、加強智能制造基礎建設、智能制造平臺建設、加快人才培養等方面著力。

3.1 智能制造發展必須與標準化建設緊密結合

鋼鐵企業智能制造的總體思路應當是以智能制造標準體系的構建、平臺建設，提升鋼鐵企業數字化、網絡化、智能化水平，打造鋼鐵行業智能制造解決方案為著力點[2]。

標準規范是企業信息技術應用、 智能制造發展的基礎，是鋼鐵產業智能制造發展的動力。 標準化體系建設與標準推廣將為鋼鐵行業智能制造發展提供強力支撐。 現有的標準和規范已不能完全滿足智能制造發展要求， 必須完善符合智能制造發展要求的標準體系， 特別要加強建設前沿領域標準，補齊標準化體系的短板。 另外，需要在標準化組織建設、人才培養、標準化貫標的廣度和深度等方面推進，以夯實標準化工作的基礎支撐體系。

3.2 加強智能制造基礎建設， 推進工業互聯網發展應用

為推動工業互聯網在鋼鐵制造中的應用，鋼鐵企業要在完善基礎自動化系統、 生產過程控制系統、制造執行系統、企業管理系統四級信息化系統基礎上，抓住5G 發展機遇，大力發展“互聯網+”模式，推進工業機器人、數字化智能化高端裝備、智能控制技術和柔性制造工藝技術與互聯網的融合連接應用。 積極研究鋼鐵制造與工業互聯網融合路徑，為鋼鐵企業精準制造提供服務。

3.3 建設行業智能制造平臺， 把智能制造融入鋼鐵全流程

智能制造是系統工程， 數字化和網絡化是基礎，智能化才是技術深水區[2]。 企業在數字化、網絡化完備的基礎上，以實事求是的態度通盤考慮，整體規劃，做好技術積累，按需實施智能制造。積極探索工業互聯網、人工智能、大數據、云計算等信息技術在企業產品研發設計、能源管控、生產制造、質量控制、銷售服務、經營管理等全流程和產業鏈的綜合集成應用，構建制造過程智能化、企業決策智能化、生產服務智能化、大數據集成應用的鋼鐵工業互聯網平臺，逐步構建集約精準、高效、優質、低耗、安全、環保、實時優化的智能生產新體系，支撐行業整體制造水平和能力的提升。

3.4 加快人才培養， 建設鋼鐵行業智能制造公共服務平臺

智能制造業發展的根本是人才，社會各級全力合作加強人才的培養和引進，建立實訓基地，培養懂鋼鐵制造、信息技術、企業管理的高層次復合型人才，逐步形成專業化智能制造人才隊伍。

創新合作機制和方式， 建設鋼鐵行業智能制造公共服務平臺， 整合各方資源為鋼鐵企業提供管理咨詢、技術服務、知識共享、供應鏈協同等高質量高水平服務。 引導社會資源集聚鋼鐵智能制造領域，加快輸出先進理念、共享先進技術、推廣成熟的智能制造經驗模式。

3.5 推進產業協同應用

鋼鐵企業打通上下游產業鏈的原料供給與產品需求，利用大數據技術深度挖掘客戶需求，通過大數據、云計算、移動互聯網和物聯網等新技術的共同作用， 發展基于互聯網的個性化定制等新制造模式， 形成基于消費需求動態感知的研發制造和產業組織的智能制造體系，實現遠程診斷管理、智能監測、 全產業鏈追溯的基于工業互聯網新應用的互聯互通產業鏈協同[13]。

4 結束語

基于大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術的智能制造在我國鋼鐵行業具有廣闊的發展前景，鋼鐵行業要以智能制造發展為契機，提高智能生產、管控、服務等能力，提升鋼鐵工業智能化、數字化、綠色化水平，賦能鋼鐵行業轉型升級。