當鋼鐵遇上工業智能，如何實現升級與轉型？

文／馬愛平

鋼鐵工業是國民經濟基礎產業，是衡量一個國家綜合國力和工業化程度的重要標志。同時，鋼鐵行業碳排放量占全國碳排放總量的15%左右，是“碳達峰”、“碳中和”目標實現的重要領域和責任主體行業。如何有效地結合工業智能化技術實現鋼鐵產業的綠色發展，成為產業當下關注的重點。

鋼鐵行業轉型的目標是構建以鋼鐵制造為核心的智能信息服務。它以數字化作為驅動，智能制造為核心，圍繞鋼鐵企業為中心，對內形成包含智能制造、智能裝備、智慧能管和智能決策在內的智能鋼鐵應用服務；同時，因為有了信息化交互，對外又可以形成貫穿上游原物料、礦山到下游消費市場，面向產業鏈的服務體系。

“鋼鐵智能化轉型的關鍵是增強預測性。我們通過調研發現，一個鋼廠三年的設備維護費用就高達數億，設備運行安全是重中之重。傳統的被動維護已經不能滿足智能設備管理的發展趨勢，而是要轉向預測性維護；同時，鋼鐵是一個高能耗高污染的行業，但德國的鋼鐵廠可以建在萊茵河上，美國的大河鋼廠則運用了很多AI分析技術提升生產運營效率。”天澤智云首席數據科學家晉文靜博士在接受科技日報記者采訪時表示。

鋼鐵企業通過引入智能化技術可優化能源管理，提升運營效率

晉文靜認為，對于鋼鐵制造過程，通過智能化手段輔助決策，可以體現在設備、質量、效能這三個方面。基于工業互聯網平臺，對鋼鐵制造過程工藝設備開展實時運行監測、故障診斷、能源調度管理；通過將經驗和知識模塊化、軟件化為員工賦能，不斷探索基于平臺的按用戶需求的制造模式；把工業智能和工業互聯網技術真正用于鋼鐵制造業的提質、降本、增效、減耗，最終實現制造行業從以產品為核心到以服務為核心的價值轉型。

通過工業智能系統為能源預測、平衡、優化、診斷提供技術支撐，對水、電、氣、汽集中管理，健全能源生產管理體系、能源決策分析體系和能源系統考核評價體系，真正實現“數出一處，量出一門”的基于數據驅動的能源管理模式。能源管理的目標就是從經驗型到分析型調度的轉變，就是從靠人管到靠系統管，系統提供準確的數據，結合人多年的經驗，把這些知識做成模型，固化在系統中，從而變成有理有據，更加合理高效的管理模式。

鋼鐵行業里的兩大能源介質，一個是電力，一個是煤氣。電力是鋼鐵企業的重要能源物質，鋼鐵企業的電力負荷需量管理往往存在難預測、難降本、難調控和異常難及時定位的痛點。而與電力相關的就是煤氣的平衡調度，煤氣作為高爐煉鐵過程的副產物，供應不足時，影響下游生產；產大于消耗時，會壓力超高，導致爆炸的可能風險。壓力波動大，下游用戶不穩定，閥門開合頻率高，燃燒不穩定，不僅影響產品質量，同時也會影響到發電量，電力煤氣二者相互影響。

數據顯示：在某鋼鐵集團落地實施了需量智能管理系統，實現了精準預測電力需求，實時發生需量成本節約3%，并實現谷時發電節省綜合成本大于500萬/年；落地應用了高爐煤氣平衡系統，指導一線生產人員進行標準化操作，將操作基于模糊經驗化轉變為科學化，提升決策敏捷性和精準性，系統自動預警產用氣異常，并對異常原因進行量化追蹤，輔助調度對煤氣管網進行精細化管理，實現直接經濟價值2300萬元/年。

這些成功的實踐經驗以知識模型的形式被沉淀到鋼鐵企業的系統中，與生產制造過程實時交互迭代，既能為企業持續節省能源成本，也為鋼鐵行業實現雙碳目標輸入源源不斷的科技動力。

設備智能管理，以PHM為驅動的生產全生命周期管理

“基于設備為驅動的質量的全生命周期管理的核心理念是，管設備不是目的，管設備最終是為了對產品質量負責，提升良品率及產品競爭力，也就是實現質量的全生命周期管理，從而實現零宕機、零次品、零浪費的目標。”晉文靜介紹。

很多人將狀態監測與預測性維護與健康管理（PHM）混淆，雖然他們都是以數據為基礎進行判斷，但其解決問題的原理和目標是不同的。狀態監測以振動監測為主，定期采取人工診斷的方式，利用專家經驗給出設備故障診斷報告。

“健康管理（PHM）是在探索機理數據分析與行業知識相結合的手段，利用智能模型量化設備的故障嚴重程度，乃至預測剩余使用壽命。進一步結合時間、人員、備品備件等客觀因素，給出最經濟、最恰當的‘確定性’的運維時機和方式。”晉文靜進一步解釋，PHM可以從數據獲取，到轉化成信息，再到支持我們的決策和反饋控制，形成完整的閉環。

晉文靜提到，不同等級的設備需要不同的維護方式，不是所有的設備都需要遠程監測。天澤智云設備智慧運維管理系統分等級設計不同的監測手段，綜合傳感器、運行數據等多源數據信息，綜合評判，做到故障判據客觀化、診斷流程自動化。并在“臨界點”給出及時的維護維修建議，保障設備最長時間的在線運行。系統支持在線一鍵導出分析報告，便于設備維護人員綜合分析做出最為合理的維護措施。真正做到及時按需維護，降低備件成本。

某鋼鐵廠在運行了設備智慧運維管理系統后，設備備件庫存成本降低150萬元/年，設備OEE提升1%，新增產能5萬噸/年。

“現在國內很多鋼鐵企業已經在向數字化邁進，紛紛在做精益管理、能源可視化看板等，但是這些系統缺乏預測性，智慧能管的目標則是要建立一個具備預測和協同優化能力的智能系統。鋼鐵企業通過智能化轉型，可以降低運營成本，提升效率，提高競爭力，還可以在此基礎上不斷地創新價值鏈和業務模型，創造新的商業模式。”晉文靜表示。