工業互聯網平臺賦能鋼鐵行業數字化轉型方法論

信息化與軟件產業研究所

鋼鐵行業作為我國重要的原材料流程制造行業，具備生產流程長、生產工藝復雜、供應鏈冗長等典型特征，當今正面臨設備維護成本高、工業知識隱形程度高、下游需求日益個性化、環保壓力增大等挑戰，亟需圍繞設備管理、生產管控、供應鏈管理、環保管理等方面開展數字化轉型。連接全要素、全產業鏈、全價值鏈的工業互聯網，正是鋼鐵行業進行數字化轉型的首選路徑，但是在落地應用中存在諸多問題。基于此，研究工業互聯網平臺如何在鋼鐵行業中規模化落地具有重要意義，有利于推動我國鋼鐵行業關鍵生產設備管理、生產工藝全過程管控、全產業鏈協同以及能耗管理向數字化、網絡化、智能化轉型升級，深化鋼鐵行業供給側結構性改革，開創鋼鐵行業高質量發展新局面，實現從鋼鐵大國向鋼鐵強國的轉變。

鋼鐵行業數字化轉型

趨勢分析

設備管理由傳統維護向智能維護轉變。鋼鐵企業通常部署有高爐等眾多高價值設備，以往只能采取事后維護或者基于主觀經驗判斷和固定失效周期的定期維護，很難準確識別設備故障并維修，容易造成產線停滯和生產安全等重大問題。隨著智能傳感器和通信技術的興起，實時監測高爐等設備的溫度、壓力、流量等各種工況數據成為了現實，基于此可實現設備故障的自感知、自分析和自決策，做好設備的預測性維護，減少維護成本，提高設備的可靠性，并保障生產的通暢運轉。

生產工藝由黑箱式向透明化轉變。鋼鐵行業是典型的長流程行業，生產環節眾多，生產工藝復雜，對工藝知識的依賴程度很高。很長一段時間，鋼鐵企業的冶煉工藝、冶煉配方、設備維護、經營管理等環節的正常運轉，只能依靠隱形程度很高的人工經驗，容易造成工人技術水平參差不齊和產品質量波動。隨著信息技術在鋼鐵企業的深度滲透，隱形的生產經驗被挖掘、提煉，并封裝顯性化軟件模型，實現生產工藝透明化，更有效指導實際生產，提高生產效率和安全水平。

供應鏈體系由局部協同向全局協同轉變。庫存一直是鋼鐵行業的一大管理痛點，主要源于對上下游產業的信息盲區，并且家電、汽車等下游產業對鋼材的需求日益個性化，加大了作出科學高效采銷決策的難度。鋼鐵行業傳統的供應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鏈中實現跨環節的自由流通，大大增加了企業運營成本。鋼鐵企業可將ERP、SCM等信息系統集成用于供應鏈整合，構建上下游信息流通渠道，結合產品需求、原料供給和產能配置，及時調整生產計劃，提高產能利用率，減少庫存積壓，保障訂單穩定到期兌現。

環保管理由粗放型向清潔型轉變。作為我國支柱產業的鋼鐵行業也是高耗能、高污染、高排放的代表性行業，在國家大力治理環境污染時，行業面臨的環保成本急劇上升。鋼鐵行業急需轉變發展理念，重視環保管理水平提升，加快由以前單純追求產量擴張的粗放型生產方式向追求優質低碳的清潔型生產方式轉變。而物聯網、大數據、人工智能等數字技術的出現，可以幫助鋼鐵企業實時采集、監測、分析各生產環節的能耗和排污情況，集中企業資源對重點環節進行工藝優化或設備升級，提高企業清潔型發展水平。

鋼鐵行業工業互聯網平臺

典型應用場景及實踐

設備全生命周期管理。鋼鐵行業工業互聯網平臺可實時采集高爐等高價值設備的運行數據，結合設備故障診斷模型，自動預警設備故障并確定最優設備維護方案，實現設備預測性維護。一是設備狀態監測。鋼鐵企業通過工業互聯網平臺實時采集高爐等設備工作溫度、工作環境和應力分布等狀態數據，并做可視化處理，增強設備狀態監測的可靠程度。二是設備故障診斷。綜合利用采集的設備數據，結合設備故障診斷模型，對設備故障進行分析和預警，避免設備故障引發的生產停滯和安全問題。三是設備維護仿真。根據設備故障位置和重要性，利用工業互聯網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，保障企業正常生產。四是設備創新設計。將高爐等生產設備運行監測數據反饋至設備生產商，結合性能需求和應用環境，全方位模擬設備運行狀態，確定最佳設備生產方案，形成良性的設備迭代優化閉環。

例如，寶鋼集團面向鋼鐵行業設備遠程運維建立了工業互聯網平臺，促進了設備維修實現從被動處理到主動管控、從單一數據專項分析到大數據綜合分析、從基于經驗的預防性維修到基于數據的預測性維修、從單純反饋設備狀態到提供整體解決方案的四個轉變，為企業帶來了顯著經濟效益，使設備運維成本降低5%以上、檢修作業效率提升10%以上、設備整體效率提升5%以上、備件使用效率提升10%，并每年為企業帶來基于平臺增加的社會市場技術服務費超過2000萬元。

智能化生產。鋼鐵行業工業互聯網平臺可將生產工藝、生產過程管控、產品質量管理等領域涉及的工業知識顯性化為工業機理模型，結合實際采集數據，實現智能化生產。一是生產工藝優化。工業互聯網平臺可應用人工智能技術等先進技術，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，得到產品最佳生產工藝方案，縮短產品上市周期。二是生產過程管控。工業互聯網平臺可將生產過程中涉及的工藝知識、工業經驗等技術要素封裝化并顯性化為可調用的機理模型，結合采集的設備、環境、材料等參數，確定最優加工計劃，提升生產效率。三是產品質量管控。通過在工業互聯網平臺部署生產質量分析模型，可采用機器視覺等技術，采集和分析產品全過程質量數據，持續迭代優化閉環控制體系，實現全流程產品質量跟蹤及自動控制，提升產品質量控制精度。

例如，東方國信利用在機理模型和大數據分析領域積累的技術優勢，開發了適用于煉鐵行業的工業互聯網平臺，在工藝優化、生產管控和質量管理等環節為鋼鐵企業實現了降本增效的經濟目標。酒鋼集團在實施煉鐵平臺之后，鐵水質量穩定性提高了20%，單座高爐每年成本降低了2400萬元，冶煉效率提升了10%。

供應鏈協同。鋼鐵行業工業互聯網平臺可匯聚整理產業鏈物料信息和產能信息，結合下游實際需求和企業生產能力，制定科學的生產計劃，滿足零庫存運營要求，實現供應鏈協同。一是產業鏈物料流通協同。通過工業互聯網平臺可與上下游企業建立互通互聯的數據通道，動態監測上游原材料供給情況，輔助原材料采購決策;搜集整理下游企業訂單和產品定制信息，自動生成生產計劃，對產品進行個性化加工和精準化配送。二是社會范圍生產能力協同。通過工業互聯網平臺整理訂單信息和其他鋼鐵企業的基本信息，動態匹配產品性能要求和鋼廠的生產工藝水平，通過訂單共享實現產能共享，提高鋼鐵行業產能利用率。

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

綠色化生產。鋼鐵行業的能耗和環保問題日益突出，鋼鐵企業可采集各生產環節的能源消耗和污染物排放數據，找出問題嚴重的環節，并進行工藝優化和設備升級，降低能耗成本和環保成本，實現清潔低碳的綠色化生產。一是節能降耗。貫穿鋼鐵企業整個生產過程的工業互聯網平臺，通過建設能源管控中心，實現能源生產、能源消耗數據的自動實時采集、集中監視，并基于數據進行能源智能管理、能源供需平衡、能源預測優化，生成高效的能源利用方案，減少能耗成本。二是治污減排。鋼鐵企業可在各工藝設備的排污口設置智能監測傳感器，將實時采集的排污數據傳輸至工業互聯網平臺，綜合分析鋼鐵企業生產過程中的有毒有害物質的排放情況，確定工藝優化和設備升級方案，減少對生態環境的污染和破壞。

例如，酒鋼集團是我國西部最大的鋼鐵聯合企業，其原燃料主要依賴自產，原燃料質量差并且質量波動幅度大，高爐類型多樣化，因反應器“黑箱”特性，其能耗成本和環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。東方國信預期整個鋼鐵行業推行Cloudiip平臺后，每年將為我國鋼鐵行業降低100億元成本和1000萬噸碳排放。