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鋼鐵行業如何做好“十四五”數智化轉型?

2020-12-29 08:54:00

  顧廷權

  近年來,特別是“十三五”期間,以人工智能、5G、云計算、大數據等為代表的新興ICT(信息通信技術)迅猛發展。隨著國家一系列鼓勵產業轉型升級的政策出臺,各行各業都掀起了數字經濟革命浪潮。實施綠色制造(決定鋼企的生存)、智能制造(決定鋼企的發展)和精益制造(決定鋼企的地位),成為各鋼鐵企業轉型升級的主旋律。
  數字經濟時代,鋼企數智化轉型不可跨越的發展階段是標準化、信息化、精益化、數字化、網絡化、智能化、智慧化等。而當前,國內大部分鋼企仍處于信息化階段,鋼鐵貿易互聯網化成為約30%企業轉型的重要方向,只有5家大型鋼企將發展大數據產業作為發展戰略之一,僅中國寶武一家將智能制造寫入公司“十三五”戰略。
  鋼企實施數智化轉型的探索
  當前,鋼企實施數智化轉型主要有兩種模式:
  一類是以自主研發為主。例如,中國寶武自主研發了兩個數智化平臺,并在寶武鄂鋼首次實現了大生產驗證應用。一個是智能工廠平臺iPlat,即云、邊一體化智慧制造平臺。該平臺擁有數據采集治理及服務、智能化生產過程控制、數字化制造執行應用及成本績效管控、全面整合的生產過程監控和多源數據的融合創新應用等功能。另一個是智慧生態平臺ePlat,支撐集團公司構筑鋼鐵生態圈。該平臺為產業鏈參與主體提供金融、物流、技術、質檢、資訊、采購等綜合集成服務,實現產業鏈商流、信息流、資金流、物流四流合一,通過大連接、大數據、大共享實現向生態圈的輻射傳導和賦能服務。
  另一類是以借助社會專業技術力量為主。例如,河鋼集團原有的電商平臺設備老舊,日常運行穩定性、靈活性差;資產管理繁雜,使用本地數據中心,每年都要進行資產盤點,費時費力。經多輪比選后,河鋼集團選擇與華為公司合作,快速完成了云商平臺的轉型升級,基于華為云構建了B2B電商業務新平臺。新平臺實現了性能優——客戶訪問網站流暢,在競拍、秒殺等極端場景下依然能夠平穩可靠運行;輕資產——華為按一定周期僅收取服務費,河鋼無須關注資源維護,專注于主營業務即可。
  在這兩種模式下,國內一些標桿鋼企已經進行了數智化轉型的積極探索。
  如中國寶武,2015年以來,通過與國際領先的專業技術公司合作,在大力自主實施智慧制造的同時,努力向行業推廣商業技術模式。2015年,寶鋼股份即在鋼鐵行業率先承擔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,技術經濟指標改善明顯,工序能耗下降6.5%,內部質量損失下降30.6%,廢次降下降10%,全自動投入率提升10.5%,指標實績大大優于設定目標。2019年,寶鋼股份成功入選達沃斯世界經濟論壇“燈塔工廠”(至今國內鋼鐵行業唯一一家)。
  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、崗位技術裝備水平各不相同,處于不同發展階段的實際情況,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略工程。2017年,沙鋼創新實施“高端線材全流程智能制造新模式應用”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。該項目通過建設一個中心、一條智能化生產線、四大系統、七大平臺,探索形成了一種高端線材智能制造新模式,為企業節能減排、減員增效、提質增效等提供強大的技術支撐。該項目建成實施后,生產效率提高31.5%,運營成本降低23.2%,產品研制周期縮短35.4%,產品不良率降低26.8%,單位產值能耗降低19.7%。
  “十四五”鋼鐵行業數智化轉型路徑辨析
  鋼鐵行業是國民經濟支柱性基礎產業。鋼鐵是制造業的“脊梁”,是工業的“糧食”,在我國由制造大國向制造強國挺進的過程中,鋼鐵行業由全球“老大”變“強大”至關重要,其中數智化轉型將發揮不可替代、舉足輕重的作用。
  鋼企智能制造包含技術與管理兩大維度的變革,目標是實現資源全局優化配置,解決不確定性問題,實現大規模定制和預測式制造,以滿足下游客戶越來越強的個性化需求;基礎是標準化和精益化;手段是虛擬化(即數字化)和閉環控制;核心是工業軟件,即軟件定義工業SDI(數字串行接口)。數字化的關鍵是有數據,實現業務對象、規則、流程的數字化。智能化的關鍵是實現數據自動流動,即將正確的信息在正確的時間、以正確的方式發送給正確的人或系統,使其做出正確的決策。智慧化的關鍵是實現知識工作自動化,即數據能夠自動轉化為信息、信息能夠自動轉化為知識、知識自動轉化為智慧(決策),進而實現知識持續的沉淀、固化、迭代、提升和傳承。
  鋼鐵產品的競爭力雖然最終是通過產品的制造、質量、性能、成本、服務等因素表現出來的,但是追根溯源,都會深層次地延伸到設計層面。設計是鋼鐵產品競爭力的起點,在未來的市場競爭中,設計是決定鋼鐵產品競爭力的根本要素。鋼鐵產品、工藝、裝備和工程等智能設計(或集成研發IPD),既是鋼鐵制造流程實現智能化的關鍵環節之一,又發揮著先導和引領作用。通過智能設計,既可高效創新、優化鋼鐵制造流程的物理系統,又能為實現鋼鐵制造流程智能化提供所有數字化基礎數據和模型系統。同時,智能制造為智能設計持續不斷地提供最真實工況環境下極其豐富寶貴的1∶1驗證與實驗數據。通過智能設計與智能制造之間相互驅動、交互校驗,可大大促進鋼鐵產品、工藝、裝備和工程技術的快速迭代。
  鋼鐵制造流程的智能設計主要包括3個層面:一是材料基礎科學層面(分子、原子微觀維度),運用材料與工藝三維仿真設計分析計算技術,模擬仿真研究材料成分和微觀組織結構與性能之間的關系,冶金和軋制工藝過程的溫度場、流場、應力應變場等。二是工序技術科學層面(工序、裝備中觀維度),研究工序與裝備技術的可行性,模擬仿真優化研究冶金裝備的合理性。三是流程工程科學層面(流程、工廠宏觀維度),運用流程與工程學三維仿真設計計算技術,研究優化流程與工程的整體性、系統性、協同性,以及鋼鐵制造全流程物質流、能量流、信息流的動態一體化、有序化、集約化。
  ICT與OT(工業運營管控技術)加速深度跨界融合,將給傳統的鋼鐵工業運營管理控制技術與系統架構帶來顛覆性變革(如圖1所示)。對于鋼企而言,數據將成為核心生產資料和最重要的資產,普惠的人工智能將成為先進生產工具,計算能力將成為新的先進生產力,通信網絡將成為神經中樞,信息和數據將深入到制造領域的人、機、料、法、環等各個環節。信息流對制造企業的再造,是一個完整的價值鏈再造過程,將變革傳統鋼企的商業規則和經營模式,形成客戶驅動鋼企直接滿足其需求的生態(如圖2所示)。
  實施智能制造的三大要素:人才、技術和方法論。對于智能產線、智能工廠、智能鋼企等這些新生事物,沒有現成樣板可供參考,研發創新、個性化定制的成分大。傳統的鋼鐵工程技術產品提供商,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勢技術產品為主要目的,難以完全做到以服務于鋼企個性化需求為中心;另一方面,自身大都處于數智化轉型探索過程中,如果鋼企主要依靠此類廠商實施數智化轉型,很可能難以取得大的創新突破。
  筆者認為,國內傳統的鋼鐵過程技術產品供應商需要加強與鋼企客戶的配合,與領先的原生ICT廠商跨界融合,潛心研發,發揮靈活、快速、行業沉淀深厚等優勢,在某些點形成競爭優勢,將自己打造成生存能力極強的“碉堡”。“碉堡”多了,自然就能共同構建起一道堅強的“鋼鐵工程高科技長城”,從而為鋼鐵及相關行業提供自主可控的優質產品與服務。
  鋼鐵制造流程基礎自動化控制“計算+通信”架構將逐步代替“電子+電氣”架構。不宜將所有數據都上云,端、邊(根據國際數據公司IDC預測,未來將有超過50%的數據在邊緣側處理)也應該分擔起必要的數據處理、存儲和分析計算等功能。泛在云化控制技術等將逐步代替傳統PLC(可編程邏輯控制器)、DCS(分散控制系統)等,是國內自動化公司趕超西方傳統自動化巨頭千載難逢的機遇,關鍵是要實現實時操作系統、工控開發環境、時間確定性網絡、統一開放協議等核心技術自主可控,不贊成再跟隨發展傳統的PLC、DCS等技術產品。
  此外,數據質量將直接影響數據價值的呈現和應用效果。因此,鋼企在實施數智化轉型過程中,首先必須把好數據治理關。其次,需要以業務數字化為前提,以數據入湖為基礎,以建設數據中臺為重點,通過構建完整、清潔的邏輯數據湖,做厚業務與數據雙驅動的數據中臺,進而筑牢與業務主題緊密聯接的數據底座。IDC(互聯網數據中心)將成為鋼企重要的新型基礎設施,不應以短期的投入產出比來衡量,越早建立或租用越好。數據構架、數據頻次、數據分析三位一體,構成數據體系。每個企業都有自己獨特的數據體系,即數據編碼基因。企業數據編碼是一項復雜、長期、艱巨、實踐性很強的工作,決定了企業數智化轉型的成敗,需要由鋼企業務專家主導、與IT專家等協同完成。
  數智化轉型的幾點建議
  傳統的鋼鐵行業數智化轉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,就鋼鐵行業數智化轉型提幾點粗淺的建議,以期拋磚引玉,引發相關方面更廣泛、深入的思考與實踐探索。
  法規標準:“智能制造,標準先行”。規范化與標準化工作是實現智能制造的重要基礎。數據確權、信息安全等是實現智能制造系統三向集成(特別是產品全生命周期域的端到端集成、價值鏈域企業之間的橫向集成)的前提。鋼鐵行業相關的政府部門與行業組織等,需要在數據安全與權利保護法律法規、規范標準制定方面充分發揮好組織、協調、監督等重要作用。
  研發模式:變革目前廣泛采用的經驗試錯法傳統手工作坊式的鋼鐵產品和工藝研發模式,大力發展大數據與人工智能驅動的高通量計算加高通量試驗的材料和工藝集成數字化研發模式。
  技術路徑:將專業知識(機理模型等)+專家經驗(操控規則等)+數據智能(人工智能、大數據等)有機結合,充分發掘挖掘利用好技能、技術、業務、管理等各方面的專家經驗至關重要。即使將來實現了智能制造,人的決策作用依然是最重要的。
  實施步驟:透明化(信息/經驗/模型等可視化,支撐實現決策優化等) ——智能化(數字孿生,支撐實現產線異地遠程智能操控與運維等)——智慧化(人-信息物理系統,支撐實現行業知識的持續沉淀、固化、迭代、提升和傳承等)。
  實施方式:鋼企、行業技術產品提供商、專業ICT提供商、高校/專業研究院所等相關單位,強強合作,優勢互補,跨界研發,協同創新。
  實施方法:應用開發、平臺打造、數據治理、人員賦能、管理變革協同發展,齊頭并進;自上而下,自下而上,同步推進。
  能力建設:企業數智化轉型,組織與人才的數字化能力將成為關鍵元素。企業擁有強大的數字化平臺,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揮和釋放。數字化組織中人才的引進、培養、任用、使用、考核、評價、激勵等每個相關環節都需要相互聯動,進而構成人才能力全生命周期持續閉環、迭代、提升。
  

 

  

  (作者系中國政企智能制造部鋼鐵行業首席專家) 

 

  《中國冶金報》(2020年12月29日 04版四版)

 

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯:宋玉錚

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