北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司，混合流程工業(yè)自動(dòng)化系統及裝備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室首鋼分實(shí)驗室 錢(qián)宏智，郭雨春，胡丕俊

摘要：通過(guò)回顧首鋼發(fā)展歷史及在搬遷調整過(guò)程中工業(yè)化與信息化的深度融合發(fā)展歷程，介紹了兩化深度融合對新首鋼、新工藝與新技術(shù)的支撐。通過(guò)分析新的發(fā)展時(shí)期，鋼鐵企業(yè)面臨的問(wèn)題，開(kāi)展了首鋼智能制造的理論探索與實(shí)踐，并提出了對三點(diǎn)熱點(diǎn)問(wèn)題的冷靜思考。

關(guān)鍵詞：兩化融合；智能制造；大數據分析；技術(shù)應用；創(chuàng )新驅動(dòng)

1　引言

自中華人民共和國成立至20世紀末，首鋼逐漸從手工作業(yè)發(fā)展到電氣化時(shí)代，再到自動(dòng)化加初級信息化時(shí)代，完成了從工業(yè)1.0到工業(yè)3.0的跨越[1]。

1958年石景山鋼鐵廠(chǎng)更名為石景山鋼鐵公司。1964年建成中國第一座頂底復吹轉爐和全球第一家高爐噴煤裝置，結束了有鐵無(wú)鋼的歷史。1972年建成容積為1200立方米的4號高爐，提高了煉鐵機械化與自動(dòng)化水平。1978年后，首鋼率先實(shí)現承包制，成為經(jīng)濟體制改革試點(diǎn)。1984年建成三級計算機網(wǎng)絡(luò )系統，公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理其中包括財務(wù)、計劃等10個(gè)專(zhuān)業(yè)系統全部實(shí)現了計算機化，使全公司580多項管理業(yè)務(wù)應用了計算機。初步實(shí)現了信息資源共享和辦公自動(dòng)化。20世紀九十年代，首鋼開(kāi)始了第二波次的自動(dòng)化信息化建設新階段。引進(jìn)了IBM ES/9000及AS/400計算機，取代了舊的計算機系統，分別配置于總公司及北鋼、特鋼、礦山等各個(gè)子公司，并成功實(shí)現了遠程聯(lián)網(wǎng)。首鋼公司級新計算機管理信息系統，采用客戶(hù)端/服務(wù)器體系架構以及集中分布式相結合的網(wǎng)絡(luò )拓撲方式，將總公司和各個(gè)子公司實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )連接。

21世紀以來(lái)，首鋼的發(fā)展面臨著(zhù)搬遷調整的歷史重任。首鋼鋼鐵主業(yè)的搬遷調整有兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是鋼鐵產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品結構調整，由以長(cháng)材生產(chǎn)為主向以高端板材生產(chǎn)為主轉變；二是鋼鐵產(chǎn)業(yè)的地域布局調整，由集中在北京石景山地區向北京順義及河北多地域轉移。與此相適應的管理模式也發(fā)生了明顯的變化：一是對高端鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的管理；二是集團對“一業(yè)多地”多法人公司的管理。這些變化對首鋼自動(dòng)化、信息化建設提出了新的要求。

2　兩化融合對新首鋼、新工藝、新產(chǎn)品的支撐

2.1　新首鋼新格局

首鋼在搬遷過(guò)程中，實(shí)現裝備與工藝的升級，采用新一代鋼鐵流程工藝技術(shù)及裝備。通過(guò)不斷實(shí)踐與完善，單元技術(shù)成熟先進(jìn)，界面技術(shù)高效可靠，全流程高水平系統集成優(yōu)勢正在顯現。為實(shí)現高效率、低成本、低能耗、綠色環(huán)保的生產(chǎn)高品質(zhì)鋼材產(chǎn)品的目標奠定了基礎。按中國鋼鐵協(xié)會(huì )鋼材品種統計分類(lèi)總計23類(lèi)，首鋼產(chǎn)品覆蓋20類(lèi)。如表1所示?！?　 　

2.2　兩化融合戰略

在首鋼“一業(yè)多地”的大格局下，結合時(shí)代特點(diǎn)與新技術(shù)發(fā)展趨勢，首鋼制定了明確的兩化融合戰略——以業(yè)務(wù)需求為導向，堅持戰略引領(lǐng)、創(chuàng )新驅動(dòng)、整體優(yōu)化、持續完善的兩化融合方針，以全流程應用緊密集成，全流程業(yè)務(wù)協(xié)同高效為兩化融合目標。堅持自主創(chuàng )新、集成創(chuàng )新，不斷推進(jìn)數據、技術(shù)、業(yè)務(wù)流程、組織機構的互動(dòng)創(chuàng )新和持續優(yōu)化，推進(jìn)兩化深度融合，打造公司新型能力，提升公司核心競爭力。

表1 首鋼產(chǎn)品結構表

2.3　具體工作

首鋼鋼鐵業(yè)的信息化與自動(dòng)化按照典型的五級架構體系進(jìn)行建設，用以支撐生產(chǎn)管理的全部業(yè)務(wù)，通過(guò)覆蓋產(chǎn)品制造全流程的物流、工作流、資金流與信息流的集成融合，促進(jìn)企業(yè)管理創(chuàng )新、提升企業(yè)運營(yíng)的質(zhì)量和效益。系統架構如圖1所示。

圖1 鋼鐵業(yè)五級系統架構

自動(dòng)化固化工藝、優(yōu)化控制。首鋼集團在搬遷建廠(chǎng)的同時(shí)，同步設計建設了覆蓋全流程的自動(dòng)化、信息化系統，各產(chǎn)線(xiàn)基礎自動(dòng)化覆蓋率達100%，生產(chǎn)工藝數據自動(dòng)數采率達95%以上，自控投用率達95%以上，各工序自動(dòng)化固化工藝實(shí)現對工藝設備的精準、優(yōu)化控制、按照MES系統的生產(chǎn)指令，完成生產(chǎn)任務(wù)。

信息化固化管理、優(yōu)化流程。在兩化融合管理體系的支撐下，在制造執行系統和企業(yè)資源計劃系統的高效集成下，建立訂單管理、生產(chǎn)計劃與調度等優(yōu)化模型，支持企業(yè)模型化智能分析決策、企業(yè)資源配置的優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程的精細化管理、成本和質(zhì)量的動(dòng)態(tài)跟蹤、原材料和產(chǎn)成品配送的供應鏈管理優(yōu)化，支撐精益制造、敏捷制造、綜合集成制造等生產(chǎn)模式的創(chuàng )新。

生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現一體化質(zhì)量管控。按照質(zhì)量一體化設計理念，質(zhì)量管理體系架構的設計采用了冶金規范數據庫“標準+α”的理念，形成冶金規范數據庫。通過(guò)實(shí)施生產(chǎn)和質(zhì)量管理，實(shí)現了將質(zhì)量標準、計劃、生產(chǎn)、質(zhì)檢判定、物流等業(yè)務(wù)在系統內的緊密集成，將一貫質(zhì)量管理的概念貫穿于生產(chǎn)全過(guò)程。

實(shí)現工廠(chǎng)級四流同步。根據鋼鐵企業(yè)的特點(diǎn)建立了基于精細化管理理念，四流合一的集成化管理體系。實(shí)現了連續化大規模生產(chǎn)條件下的能流、物流、信息流和資金流的時(shí)時(shí)協(xié)同，實(shí)現了以產(chǎn)銷(xiāo)一體化為導向的生產(chǎn)全過(guò)程狀態(tài)的動(dòng)態(tài)跟蹤。適應了首鋼集團裝備大型、流程緊湊的工藝流程特點(diǎn)。

實(shí)現協(xié)同制造。從鋼鐵制造全流程角度，建立適合于首鋼集團的各專(zhuān)業(yè)智能生產(chǎn)協(xié)同制造平臺。通過(guò)優(yōu)化、整合現有的各種形式的規則、策略、途徑等信息，形成全流程的各專(zhuān)業(yè)策略包，包括質(zhì)量設計、高級計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)排序、庫存管理/數據倉庫、質(zhì)量檢驗規則，為廠(chǎng)級的智能制造提供服務(wù)。

2.4　實(shí)施效果

經(jīng)過(guò)十幾年的建設，首鋼已經(jīng)形成了基本功能完善的信息化、自動(dòng)化體系及平臺架構。通過(guò)財務(wù)管理系統、產(chǎn)銷(xiāo)系統、物流系統、質(zhì)量管控系統等支撐了首鋼集團資源計劃的集中性、集團整體的協(xié)調性、運作的靈活性、各實(shí)體各專(zhuān)業(yè)管理反映的高效性、各級決策的科學(xué)性，實(shí)現了主要業(yè)務(wù)運作的流程固化和優(yōu)化，支撐了新首鋼、新工藝、新產(chǎn)品的發(fā)展。

3　智能制造的思考與實(shí)踐

3.1　鋼鐵企業(yè)面臨的問(wèn)題

當前鋼鐵企業(yè)面臨著(zhù)三大難題。第一是鋼鐵工業(yè)的環(huán)保壓力。中國鋼鐵工業(yè)能源消耗約占我國工業(yè)總能耗的23%，二氧化硫排放量約占工業(yè)部門(mén)總排放量的8%。通過(guò)科技創(chuàng )新，與2000年比，重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗下降約27%，噸鋼SO2排放量降低78%，噸鋼煙粉塵排放下降89%，噸鋼CO2排放下降40%，縮小了與國際先進(jìn)水平的差距。但由于鋼鐵產(chǎn)能增加太快，產(chǎn)業(yè)規模過(guò)大，布局極不合理等因素，導致鋼鐵企業(yè)能源消耗總量和污染物排放總量居高不下[2]。特別2015年1月1日新環(huán)保法的實(shí)施，更增加了鋼鐵企業(yè)能源環(huán)保的壓力。

第二個(gè)難題是產(chǎn)能過(guò)剩。中國鋼鐵行業(yè)增長(cháng)迅速，據中鋼協(xié)統計，2015年我國粗鋼產(chǎn)量已達到8.0383億噸，占世界比重的49.61%，人均粗鋼產(chǎn)量586kg/人，是世界人均值的兩倍還多。2017年前5個(gè)月，銷(xiāo)售利潤率僅2.68%，在所有行業(yè)中墊底。主導產(chǎn)品的附加值低，產(chǎn)能?chē)乐剡^(guò)剩。缺乏“超高純、超均質(zhì)、超細化”的高附加值鋼鐵產(chǎn)品。

第三個(gè)難題來(lái)源于企業(yè)內部，即當前用戶(hù)需求的高質(zhì)量、多品種、小批量產(chǎn)品與大型鋼鐵企業(yè)大規模、連續性、批量化生產(chǎn)之間的差異更為顯現。如何實(shí)現大型鋼鐵企業(yè)柔性化、高效率、低成本穩定生產(chǎn)，滿(mǎn)足當前用戶(hù)千差萬(wàn)別的多樣性需求是鋼鐵企業(yè)自身面臨的重要問(wèn)題之一。

總之，面對環(huán)保壓力與市場(chǎng)壓力的外在壓力，與企業(yè)柔性化生產(chǎn)內部壓力，鋼鐵企業(yè)需要結合“中國制造2025”國家發(fā)展戰略，推進(jìn)鋼鐵企業(yè)智能制造，提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，實(shí)現由生產(chǎn)商向生產(chǎn)+服務(wù)商轉變，實(shí)現冶金行業(yè)轉型升級。

3.2　智能制造的理解

結合鋼鐵工業(yè)流程特點(diǎn)，鋼鐵工業(yè)的智能制造應該是：結合鋼鐵流程特點(diǎn)，打通鋼鐵廠(chǎng)內各工序單元關(guān)聯(lián)，優(yōu)化現有鋼鐵企業(yè)完整自動(dòng)化信息化系統，解決鋼鐵企業(yè)內部流程界面問(wèn)題與信息孤島問(wèn)題，以三流合一為抓手[3~5]，利用先進(jìn)信息化與鋼鐵生產(chǎn)的深度融合技術(shù)手段，構成一個(gè)包括設計、訂單、計劃、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、財務(wù)、服務(wù)在內的智能化的動(dòng)態(tài)運行系統。實(shí)現信息深度自感知、智能化自決策、精準控制自執行、自適應等功能，可有效優(yōu)化鋼鐵制造流程結構，提升全流程運行過(guò)程界面優(yōu)化合理、動(dòng)態(tài)有序，協(xié)同高效的智能化控制和管理水平。最終實(shí)現產(chǎn)品綠色化、生產(chǎn)智能化與質(zhì)量品牌化。

3.3　智能制造具體實(shí)踐

精耕細作工業(yè)化和信息化融合服務(wù)，應用物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算、智能建?？刂坪吞摂M現實(shí)仿真等技術(shù)，圍繞企業(yè)組織管理和產(chǎn)品生產(chǎn)制造，重點(diǎn)開(kāi)展智能工廠(chǎng)、智能裝備、智能物流、智慧服務(wù)等核心業(yè)務(wù)的研發(fā)與實(shí)踐，為客戶(hù)提供更深層次的咨詢(xún)與增值服務(wù)，幫助客戶(hù)從傳統制造向制造+服務(wù)進(jìn)行轉型，實(shí)現多工廠(chǎng)生產(chǎn)設計協(xié)同、資源協(xié)同和制造協(xié)同，從而增強企業(yè)的整體競爭力[6]。發(fā)展線(xiàn)路圖如圖2所示。

圖2 首鋼智能制造發(fā)展線(xiàn)路圖

首鋼與國內16家大型國有鋼鐵企業(yè)、知名研究院設計院以及高等冶金院校，按照產(chǎn)、學(xué)、研、用方式，組合科研攻關(guān)團隊，開(kāi)展鋼鐵流程綠色化關(guān)鍵技術(shù)、鋼鐵流程關(guān)鍵要素協(xié)同優(yōu)化和集成應用等九大類(lèi)國家級鋼鐵流程智能化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。

在開(kāi)展關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，結合首鋼實(shí)際情況，我們推進(jìn)開(kāi)展了硅鋼一冷軋智能工廠(chǎng)示范項目的建設。項目通過(guò)產(chǎn)品智能設計、工廠(chǎng)柔性化生產(chǎn)、面向客戶(hù)價(jià)值的精準營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)、全流程質(zhì)量管控與溯源、關(guān)鍵裝備服役質(zhì)量預警與管控、能源管理智能決策及協(xié)同管控、綠色安全環(huán)境智能監控、大數據平臺、基于物聯(lián)網(wǎng)的數據采集與集成融合平臺、生產(chǎn)過(guò)程和工藝系統功能安全評估等十個(gè)方面建設實(shí)現硅鋼一冷軋智能工廠(chǎng)數字化智能化，實(shí)現研發(fā)、制造、營(yíng)銷(xiāo)、能源、質(zhì)量、設備、綠色、安全等全生命周期所有環(huán)節的整體提升。

項目的核心是將物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算、智能裝備應用等技術(shù)有機結合起來(lái)，搭建功能完備的企業(yè)大數據中心，為智能工廠(chǎng)服務(wù)層和應用層的各項功能提供基礎數據保障；在應用層中，通過(guò)一系列智能化技術(shù)的應用，構建以產(chǎn)品智能設計與工廠(chǎng)柔性化制造和營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)為核心，以質(zhì)量、設備、能源、綠色安全為有效支撐的硅鋼一冷軋工廠(chǎng)產(chǎn)銷(xiāo)研體系。改變?yōu)榭蛻?hù)服務(wù)的模式，基于務(wù)聯(lián)網(wǎng)（IOS）為用戶(hù)提供云服務(wù)，針對產(chǎn)品的高柔性化生產(chǎn)和客戶(hù)定制的發(fā)展趨勢，建立高度靈活的個(gè)性化和數字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。

3.4　熱點(diǎn)問(wèn)題的冷思考

第一，觀(guān)念的轉變。智能制造是鋼鐵企業(yè)在新時(shí)期新形式下，實(shí)現供給側改革與企業(yè)轉型升級的重要手段。在實(shí)現智能制造過(guò)程中，企業(yè)需要注重培育數據驅動(dòng)的新型鋼鐵生產(chǎn)體系，需要從過(guò)去重視的“材料、工藝、成本”向現在重視的“服務(wù)、知識、數據”轉變。這背后，是鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域信息化與工業(yè)化不斷深入融合、企業(yè)沉淀了大量的帶有工藝特征與數據特征的工業(yè)大數據資源的結果。

第二，補齊短板。智能制造不能一蹴而就，需要注重分析企業(yè)實(shí)際特征，確定所處階段，發(fā)揮長(cháng)板優(yōu)勢效應，補齊短板。實(shí)施過(guò)程中特別注重補齊裝備的智能化與基于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器部署等方面的短板，以獲得大量的工業(yè)大數據資源，為基于工業(yè)大數據分析的先進(jìn)應用提供海量豐富的數據資源，實(shí)現鋼鐵企業(yè)形成產(chǎn)品+服務(wù)的新的發(fā)展模式。

第三，協(xié)調發(fā)展。鋼鐵企業(yè)工業(yè)大數據的發(fā)展，應該基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的整體框架中推進(jìn)，涉及連接、數據、安全、應用，連接是基礎，數據是核心，安全是保障，應用是價(jià)值。這四個(gè)方面是一個(gè)有機整體，需要整體推進(jìn)、穩步推進(jìn)，才能達到工業(yè)大數據分析應有的水平與目的，才能產(chǎn)生應有的價(jià)值。

4　結論

智能制造為企業(yè)插上了騰飛的翅膀。目前，首鋼的智能制造僅僅是個(gè)開(kāi)始，今后的路更長(cháng)，但是我們有信心在“中國制造2025”及“互聯(lián)網(wǎng)+”的指引下，通過(guò)生產(chǎn)智能化、設備智能化、運營(yíng)管理智能化、經(jīng)營(yíng)決策智能化，實(shí)現鋼鐵生產(chǎn)全流程閉環(huán)的自動(dòng)化控制與智能化管理，達到生產(chǎn)精細化、服務(wù)個(gè)性化、管理知識化的三化目標。最終智能制造會(huì )在鋼鐵行業(yè)內落地生根，開(kāi)花結果。

作者簡(jiǎn)介：

錢(qián)宏智（1980-），男，內蒙古赤峰人，冶煉高級工程師，工學(xué)博士，現就職于北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司，研究方向是面向鑄坯質(zhì)量的冶煉智能控制系統研發(fā)與應用。

郭雨春，計算機與自動(dòng)化控制高級工程師，現任首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司自動(dòng)化研究所總工程師，從事冶金企業(yè)自動(dòng)化和信息化項目。

胡丕俊，教授級高級工程師，工學(xué)碩士，現任北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司副總經(jīng)理，主管公司工業(yè)智能化領(lǐng)域。

參考文獻：

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[5] 制造強國戰略研究項目組. 制造強國戰略研究·智能制造專(zhuān)題卷[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2015.

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摘自《自動(dòng)化博覽》2018年2月刊