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鋼鐵行業(yè)如何做好“十四五”數(shù)智化轉(zhuǎn)型-金屬展-冶金展-2021廣州巨浪國際金屬暨冶金工業(yè)展覽會-亞洲金屬冶金展-巨浪展覽-The 22st China(Guangzhou)Int’l Metal &Metallurgy Exhibition
2020年12月30日 金屬展-冶金展-鋼鐵展-steel expo-metal &metallurgy expo- |
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近年來，特別是“十三五”期間，以人工智能、5G、云計算、大數(shù)據(jù)等為代表的新興ICT(信息通信技術(shù))迅猛發(fā)展。隨著國家一系列鼓勵產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的政策出臺，各行各業(yè)都掀起了數(shù)字經(jīng)濟革命浪潮。實施綠色制造(決定鋼企的生存)、智能制造(決定鋼企的發(fā)展)和精益制造(決定鋼企的地位)，成為各鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主旋律。
數(shù)字經(jīng)濟時代，鋼企數(shù)智化轉(zhuǎn)型不可跨越的發(fā)展階段是標準化、信息化、精益化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、智慧化等。而當前，國內(nèi)大部分鋼企仍處于信息化階段，鋼鐵貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)化成為約30%企業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向，只有5家大型鋼企將發(fā)展大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)作為發(fā)展戰(zhàn)略之一，僅中國寶武一家將智能制造寫入公司“十三五”戰(zhàn)略。
鋼企實施數(shù)智化轉(zhuǎn)型的探索
當前，鋼企實施數(shù)智化轉(zhuǎn)型主要有兩種模式：
一類是以自主研發(fā)為主。例如，中國寶武自主研發(fā)了兩個數(shù)智化平臺，并在寶武鄂鋼首次實現(xiàn)了大生產(chǎn)驗證應(yīng)用。一個是智能工廠平臺iPlat，即云、邊一體化智慧制造平臺。該平臺擁有數(shù)據(jù)采集治理及服務(wù)、智能化生產(chǎn)過程控制、數(shù)字化制造執(zhí)行應(yīng)用及成本績效管控、全面整合的生產(chǎn)過程監(jiān)控和多源數(shù)據(jù)的融合創(chuàng)新應(yīng)用等功能。另一個是智慧生態(tài)平臺ePlat，支撐集團公司構(gòu)筑鋼鐵生態(tài)圈。該平臺為產(chǎn)業(yè)鏈參與主體提供金融、物流、技術(shù)、質(zhì)檢、資訊、采購等綜合集成服務(wù)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈商流、信息流、資金流、物流四流合一，通過大連接、大數(shù)據(jù)、大共享實現(xiàn)向生態(tài)圈的輻射傳導(dǎo)和賦能服務(wù)。
另一類是以借助社會專業(yè)技術(shù)力量為主。例如，河鋼集團原有的電商平臺設(shè)備老舊，日常運行穩(wěn)定性、靈活性差；資產(chǎn)管理繁雜，使用本地數(shù)據(jù)中心，每年都要進行資產(chǎn)盤點，費時費力。經(jīng)多輪比選后，河鋼集團選擇與華為公司合作，快速完成了云商平臺的轉(zhuǎn)型升級，基于華為云構(gòu)建了B2B電商業(yè)務(wù)新平臺。新平臺實現(xiàn)了性能優(yōu)——客戶訪問網(wǎng)站流暢，在競拍、秒殺等極端場景下依然能夠平穩(wěn)可靠運行；輕資產(chǎn)——華為按一定周期僅收取服務(wù)費，河鋼無須關(guān)注資源維護，專注于主營業(yè)務(wù)即可。
在這兩種模式下，國內(nèi)一些標桿鋼企已經(jīng)進行了數(shù)智化轉(zhuǎn)型的積極探索。
如中國寶武，2015年以來，通過與國際領(lǐng)先的專業(yè)技術(shù)公司合作，在大力自主實施智慧制造的同時，努力向行業(yè)推廣商業(yè)技術(shù)模式。2015年，寶鋼股份即在鋼鐵行業(yè)率先承擔(dān)工信部智能制造示范試點項目“熱軋1580智能車間”；2018年基本建成，技術(shù)經(jīng)濟指標改善明顯，工序能耗下降6.5%，內(nèi)部質(zhì)量損失下降30.6%，廢次降下降10%，全自動投入率提升10.5%，指標實績大大優(yōu)于設(shè)定目標。2019年，寶鋼股份成功入選達沃斯世界經(jīng)濟論壇“燈塔工廠”(至今國內(nèi)鋼鐵行業(yè)唯一一家)。
又如沙鋼集團，自2015年起，就將智能制造作為信息化與智能化深度融合的切入點和主攻方向，針對不同工廠、車間、工序、崗位技術(shù)裝備水平各不相同，處于不同發(fā)展階段的實際情況，確定了差異化、跨越式實施路徑，由點及面全面推進智能制造戰(zhàn)略工程。2017年，沙鋼創(chuàng)新實施“高端線材全流程智能制造新模式應(yīng)用”智能化項目，為鋼企提供智能工廠解決方案。2020年，該項目通過政府驗收，包括轉(zhuǎn)爐特鋼、開坯修模、棒線車間的改造升級，總投資4億元。該項目通過建設(shè)一個中心、一條智能化生產(chǎn)線、四大系統(tǒng)、七大平臺，探索形成了一種高端線材智能制造新模式，為企業(yè)節(jié)能減排、減員增效、提質(zhì)增效等提供強大的技術(shù)支撐。該項目建成實施后，生產(chǎn)效率提高31.5%，運營成本降低23.2%，產(chǎn)品研制周期縮短35.4%，產(chǎn)品不良率降低26.8%，單位產(chǎn)值能耗降低19.7%。
“十四五”鋼鐵行業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型路徑辨析
鋼鐵行業(yè)是國民經(jīng)濟支柱性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。鋼鐵是制造業(yè)的“脊梁”，是工業(yè)的“糧食”，在我國由制造大國向制造強國挺進的過程中，鋼鐵行業(yè)由全球“老大”變“強大”至關(guān)重要，其中數(shù)智化轉(zhuǎn)型將發(fā)揮不可替代、舉足輕重的作用。
鋼企智能制造包含技術(shù)與管理兩大維度的變革，目標是實現(xiàn)資源全局優(yōu)化配置，解決不確定性問題，實現(xiàn)大規(guī)模定制和預(yù)測式制造，以滿足下游客戶越來越強的個性化需求；基礎(chǔ)是標準化和精益化；手段是虛擬化(即數(shù)字化)和閉環(huán)控制；核心是工業(yè)軟件，即軟件定義工業(yè)SDI(數(shù)字串行接口)。數(shù)字化的關(guān)鍵是有數(shù)據(jù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)對象、規(guī)則、流程的數(shù)字化。智能化的關(guān)鍵是實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動流動，即將正確的信息在正確的時間、以正確的方式發(fā)送給正確的人或系統(tǒng)，使其做出正確的決策。智慧化的關(guān)鍵是實現(xiàn)知識工作自動化，即數(shù)據(jù)能夠自動轉(zhuǎn)化為信息、信息能夠自動轉(zhuǎn)化為知識、知識自動轉(zhuǎn)化為智慧(決策)，進而實現(xiàn)知識持續(xù)的沉淀、固化、迭代、提升和傳承。
鋼鐵產(chǎn)品的競爭力雖然最終是通過產(chǎn)品的制造、質(zhì)量、性能、成本、服務(wù)等因素表現(xiàn)出來的，但是追根溯源，都會深層次地延伸到設(shè)計層面。設(shè)計是鋼鐵產(chǎn)品競爭力的起點，在未來的市場競爭中，設(shè)計是決定鋼鐵產(chǎn)品競爭力的根本要素。鋼鐵產(chǎn)品、工藝、裝備和工程等智能設(shè)計(或集成研發(fā)IPD)，既是鋼鐵制造流程實現(xiàn)智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，又發(fā)揮著先導(dǎo)和引領(lǐng)作用。通過智能設(shè)計，既可高效創(chuàng)新、優(yōu)化鋼鐵制造流程的物理系統(tǒng)，又能為實現(xiàn)鋼鐵制造流程智能化提供所有數(shù)字化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和模型系統(tǒng)。同時，智能制造為智能設(shè)計持續(xù)不斷地提供最真實工況環(huán)境下極其豐富寶貴的1∶1驗證與實驗數(shù)據(jù)。通過智能設(shè)計與智能制造之間相互驅(qū)動、交互校驗，可大大促進鋼鐵產(chǎn)品、工藝、裝備和工程技術(shù)的快速迭代。
鋼鐵制造流程的智能設(shè)計主要包括3個層面：一是材料基礎(chǔ)科學(xué)層面(分子、原子微觀維度)，運用材料與工藝三維仿真設(shè)計分析計算技術(shù)，模擬仿真研究材料成分和微觀組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，冶金和軋制工藝過程的溫度場、流場、應(yīng)力應(yīng)變場等。二是工序技術(shù)科學(xué)層面(工序、裝備中觀維度)，研究工序與裝備技術(shù)的可行性，模擬仿真優(yōu)化研究冶金裝備的合理性。三是流程工程科學(xué)層面(流程、工廠宏觀維度)，運用流程與工程學(xué)三維仿真設(shè)計計算技術(shù)，研究優(yōu)化流程與工程的整體性、系統(tǒng)性、協(xié)同性，以及鋼鐵制造全流程物質(zhì)流、能量流、信息流的動態(tài)一體化、有序化、集約化。
ICT與OT(工業(yè)運營管控技術(shù))加速深度跨界融合，將給傳統(tǒng)的鋼鐵工業(yè)運營管理控制技術(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)帶來顛覆性變革(如圖1所示)。對于鋼企而言，數(shù)據(jù)將成為核心生產(chǎn)資料和最重要的資產(chǎn)，普惠的人工智能將成為先進生產(chǎn)工具，計算能力將成為新的先進生產(chǎn)力，通信網(wǎng)絡(luò)將成為神經(jīng)中樞，信息和數(shù)據(jù)將深入到制造領(lǐng)域的人、機、料、法、環(huán)等各個環(huán)節(jié)。信息流對制造企業(yè)的再造，是一個完整的價值鏈再造過程，將變革傳統(tǒng)鋼企的商業(yè)規(guī)則和經(jīng)營模式，形成客戶驅(qū)動鋼企直接滿足其需求的生態(tài)(如圖2所示)。
實施智能制造的三大要素：人才、技術(shù)和方法論。對于智能產(chǎn)線、智能工廠、智能鋼企等這些新生事物，沒有現(xiàn)成樣板可供參考，研發(fā)創(chuàng)新、個性化定制的成分大。傳統(tǒng)的鋼鐵工程技術(shù)產(chǎn)品提供商，自身往往背負著比較沉重的歷史包袱，既有的競爭優(yōu)勢很有可能成為新形勢下的劣勢(類似柯達膠卷)。一方面，他們大多以銷售自身已有的優(yōu)勢技術(shù)產(chǎn)品為主要目的，難以完全做到以服務(wù)于鋼企個性化需求為中心；另一方面，自身大都處于數(shù)智化轉(zhuǎn)型探索過程中，如果鋼企主要依靠此類廠商實施數(shù)智化轉(zhuǎn)型，很可能難以取得大的創(chuàng)新突破。
筆者認為，國內(nèi)傳統(tǒng)的鋼鐵過程技術(shù)產(chǎn)品供應(yīng)商需要加強與鋼企客戶的配合，與領(lǐng)先的原生ICT廠商跨界融合，潛心研發(fā)，發(fā)揮靈活、快速、行業(yè)沉淀深厚等優(yōu)勢，在某些點形成競爭優(yōu)勢，將自己打造成生存能力極強的“碉堡”。“碉堡”多了，自然就能共同構(gòu)建起一道堅強的“鋼鐵工程高科技長城”，從而為鋼鐵及相關(guān)行業(yè)提供自主可控的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品與服務(wù)。
鋼鐵制造流程基礎(chǔ)自動化控制“計算+通信”架構(gòu)將逐步代替“電子+電氣”架構(gòu)。不宜將所有數(shù)據(jù)都上云，端、邊(根據(jù)國際數(shù)據(jù)公司IDC預(yù)測，未來將有超過50%的數(shù)據(jù)在邊緣側(cè)處理)也應(yīng)該分擔(dān)起必要的數(shù)據(jù)處理、存儲和分析計算等功能。泛在云化控制技術(shù)等將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)PLC(可編程邏輯控制器)、DCS(分散控制系統(tǒng))等，是國內(nèi)自動化公司趕超西方傳統(tǒng)自動化巨頭千載難逢的機遇，關(guān)鍵是要實現(xiàn)實時操作系統(tǒng)、工控開發(fā)環(huán)境、時間確定性網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一開放協(xié)議等核心技術(shù)自主可控，不贊成再跟隨發(fā)展傳統(tǒng)的PLC、DCS等技術(shù)產(chǎn)品。
此外，數(shù)據(jù)質(zhì)量將直接影響數(shù)據(jù)價值的呈現(xiàn)和應(yīng)用效果。因此，鋼企在實施數(shù)智化轉(zhuǎn)型過程中，首先必須把好數(shù)據(jù)治理關(guān)。其次，需要以業(yè)務(wù)數(shù)字化為前提，以數(shù)據(jù)入湖為基礎(chǔ)，以建設(shè)數(shù)據(jù)中臺為重點，通過構(gòu)建完整、清潔的邏輯數(shù)據(jù)湖，做厚業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)雙驅(qū)動的數(shù)據(jù)中臺，進而筑牢與業(yè)務(wù)主題緊密聯(lián)接的數(shù)據(jù)底座。IDC(互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心)將成為鋼企重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施，不應(yīng)以短期的投入產(chǎn)出比來衡量，越早建立或租用越好。數(shù)據(jù)構(gòu)架、數(shù)據(jù)頻次、數(shù)據(jù)分析三位一體，構(gòu)成數(shù)據(jù)體系。每個企業(yè)都有自己獨特的數(shù)據(jù)體系，即數(shù)據(jù)編碼基因。企業(yè)數(shù)據(jù)編碼是一項復(fù)雜、長期、艱巨、實踐性很強的工作，決定了企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型的成敗，需要由鋼企業(yè)務(wù)專家主導(dǎo)、與IT專家等協(xié)同完成。
數(shù)智化轉(zhuǎn)型的幾點建議
傳統(tǒng)的鋼鐵行業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型是一個長期漸進的過程，不可能一蹴而就，需要足夠的耐心和定力。筆者基于自身的一些實踐與思考，就鋼鐵行業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型提幾點粗淺的建議，以期拋磚引玉，引發(fā)相關(guān)方面更廣泛、深入的思考與實踐探索。
法規(guī)標準：“智能制造，標準先行”。規(guī)范化與標準化工作是實現(xiàn)智能制造的重要基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)確權(quán)、信息安全等是實現(xiàn)智能制造系統(tǒng)三向集成(特別是產(chǎn)品全生命周期域的端到端集成、價值鏈域企業(yè)之間的橫向集成)的前提。鋼鐵行業(yè)相關(guān)的政府部門與行業(yè)組織等，需要在數(shù)據(jù)安全與權(quán)利保護法律法規(guī)、規(guī)范標準制定方面充分發(fā)揮好組織、協(xié)調(diào)、監(jiān)督等重要作用。
研發(fā)模式：變革目前廣泛采用的經(jīng)驗試錯法傳統(tǒng)手工作坊式的鋼鐵產(chǎn)品和工藝研發(fā)模式，大力發(fā)展大數(shù)據(jù)與人工智能驅(qū)動的高通量計算加高通量試驗的材料和工藝集成數(shù)字化研發(fā)模式。
技術(shù)路徑：將專業(yè)知識(機理模型等)+專家經(jīng)驗(操控規(guī)則等)+數(shù)據(jù)智能(人工智能、大數(shù)據(jù)等)有機結(jié)合，充分發(fā)掘挖掘利用好技能、技術(shù)、業(yè)務(wù)、管理等各方面的專家經(jīng)驗至關(guān)重要。即使將來實現(xiàn)了智能制造，人的決策作用依然是最重要的。
實施步驟：透明化(信息/經(jīng)驗/模型等可視化，支撐實現(xiàn)決策優(yōu)化等)——智能化(數(shù)字孿生，支撐實現(xiàn)產(chǎn)線異地遠程智能操控與運維等)——智慧化(人-信息物理系統(tǒng)，支撐實現(xiàn)行業(yè)知識的持續(xù)沉淀、固化、迭代、提升和傳承等)。
實施方式：鋼企、行業(yè)技術(shù)產(chǎn)品提供商、專業(yè)ICT提供商、高校/專業(yè)研究院所等相關(guān)單位，強強合作，優(yōu)勢互補，跨界研發(fā)，協(xié)同創(chuàng)新。
實施方法：應(yīng)用開發(fā)、平臺打造、數(shù)據(jù)治理、人員賦能、管理變革協(xié)同發(fā)展，齊頭并進；自上而下，自下而上，同步推進。
能力建設(shè)：企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型，組織與人才的數(shù)字化能力將成為關(guān)鍵元素。企業(yè)擁有強大的數(shù)字化平臺，組織將變得敏捷、高效、生機勃勃，人才的潛能才能得到充分發(fā)揮和釋放。數(shù)字化組織中人才的引進、培養(yǎng)、任用、使用、考核、評價、激勵等每個相關(guān)環(huán)節(jié)都需要相互聯(lián)動，進而構(gòu)成人才能力全生命周期持續(xù)閉環(huán)、迭代、提升。
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