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北京首鋼自動化信息技術(shù)有限公司，混合流程工業(yè)自動化系統(tǒng)及裝備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室首鋼分實(shí)驗(yàn)室 錢宏智，郭雨春，胡丕俊

摘要：通過回顧首鋼發(fā)展歷史及在搬遷調(diào)整過程中工業(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。通過分析新的發(fā)展時期，鋼鐵企業(yè)面臨的問題，開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)問題的冷靜思考。

關(guān)鍵詞：兩化融合；智能制造；大數(shù)據(jù)分析；技術(shù)應(yīng)用；創(chuàng)新驅(qū)動

1　引言

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

1958年石景山鋼鐵廠更名為石景山鋼鐵公司。1964年建成中國第一座頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐和全球第一家高爐噴煤裝置，結(jié)束了有鐵無鋼的歷史。1972年建成容積為1200立方米的4號高爐，提高了煉鐵機(jī)械化與自動化水平。1978年后，首鋼率先實(shí)現(xiàn)承包制，成為經(jīng)濟(jì)體制改革試點(diǎn)。1984年建成三級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，公司生產(chǎn)經(jīng)營管理其中包括財務(wù)、計劃等10個專業(yè)系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)化，使全公司580多項(xiàng)管理業(yè)務(wù)應(yīng)用了計算機(jī)。初步實(shí)現(xiàn)了信息資源共享和辦公自動化。20世紀(jì)九十年代，首鋼開始了第二波次的自動化信息化建設(shè)新階段。引進(jìn)了IBM ES/9000及AS/400計算機(jī)，取代了舊的計算機(jī)系統(tǒng)，分別配置于總公司及北鋼、特鋼、礦山等各個子公司，并成功實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)。首鋼公司級新計算機(jī)管理信息系統(tǒng)，采用客戶端/服務(wù)器體系架構(gòu)以及集中分布式相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞绞剑瑢⒖偣竞透鱾€子公司實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)連接。

21世紀(jì)以來，首鋼的發(fā)展面臨著搬遷調(diào)整的歷史重任。首鋼鋼鐵主業(yè)的搬遷調(diào)整有兩個主要特點(diǎn)：一是鋼鐵產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，由以長材生產(chǎn)為主向以高端板材生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)變；二是鋼鐵產(chǎn)業(yè)的地域布局調(diào)整，由集中在北京石景山地區(qū)向北京順義及河北多地域轉(zhuǎn)移。與此相適應(yīng)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)營的管理；二是集團(tuán)對“一業(yè)多地”多法人公司的管理。這些變化對首鋼自動化、信息化建設(shè)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

首鋼在搬遷過程中，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)集成優(yōu)勢正在顯現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)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(biāo)奠定了基礎(chǔ)。按中國鋼鐵協(xié)會鋼材品種統(tǒng)計分類總計23類，首鋼產(chǎn)品覆蓋20類。如表1所示。　 　 　

2.2　兩化融合戰(zhàn)略

在首鋼“一業(yè)多地”的大格局下，結(jié)合時代特點(diǎn)與新技術(shù)發(fā)展趨勢，首鋼制定了明確的兩化融合戰(zhàn)略——以業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，堅持戰(zhàn)略引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動、整體優(yōu)化、持續(xù)完善的兩化融合方針，以全流程應(yīng)用緊密集成，全流程業(yè)務(wù)協(xié)同高效為兩化融合目標(biāo)。堅持自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新，不斷推進(jìn)數(shù)據(jù)、技術(shù)、業(yè)務(wù)流程、組織機(jī)構(gòu)的互動創(chuàng)新和持續(xù)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(jié)構(gòu)表

2.3　具體工作

首鋼鋼鐵業(yè)的信息化與自動化按照典型的五級架構(gòu)體系進(jìn)行建設(shè)，用以支撐生產(chǎn)管理的全部業(yè)務(wù)，通過覆蓋產(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(yùn)營的質(zhì)量和效益。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 鋼鐵業(yè)五級系統(tǒng)架構(gòu)

自動化固化工藝、優(yōu)化控制。首鋼集團(tuán)在搬遷建廠的同時，同步設(shè)計建設(shè)了覆蓋全流程的自動化、信息化系統(tǒng)，各產(chǎn)線基礎(chǔ)自動化覆蓋率達(dá)100%，生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)自動數(shù)采率達(dá)95%以上，自控投用率達(dá)95%以上，各工序自動化固化工藝實(shí)現(xiàn)對工藝設(shè)備的精準(zhǔn)、優(yōu)化控制、按照MES系統(tǒng)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(zhí)行系統(tǒng)和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)的高效集成下，建立訂單管理、生產(chǎn)計劃與調(diào)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)過程的精細(xì)化管理、成本和質(zhì)量的動態(tài)跟蹤、原材料和產(chǎn)成品配送的供應(yīng)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)過程實(shí)現(xiàn)一體化質(zhì)量管控。按照質(zhì)量一體化設(shè)計理念，質(zhì)量管理體系架構(gòu)的設(shè)計采用了冶金規(guī)范數(shù)據(jù)庫“標(biāo)準(zhǔn)+α”的理念，形成冶金規(guī)范數(shù)據(jù)庫。通過實(shí)施生產(chǎn)和質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)了將質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、計劃、生產(chǎn)、質(zhì)檢判定、物流等業(yè)務(wù)在系統(tǒng)內(nèi)的緊密集成，將一貫質(zhì)量管理的概念貫穿于生產(chǎn)全過程。

實(shí)現(xiàn)工廠級四流同步。根據(jù)鋼鐵企業(yè)的特點(diǎn)建立了基于精細(xì)化管理理念，四流合一的集成化管理體系。實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)條件下的能流、物流、信息流和資金流的時時協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了以產(chǎn)銷一體化為導(dǎo)向的生產(chǎn)全過程狀態(tài)的動態(tài)跟蹤。適應(yīng)了首鋼集團(tuán)裝備大型、流程緊湊的工藝流程特點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)協(xié)同制造。從鋼鐵制造全流程角度，建立適合于首鋼集團(tuán)的各專業(yè)智能生產(chǎn)協(xié)同制造平臺。通過優(yōu)化、整合現(xiàn)有的各種形式的規(guī)則、策略、途徑等信息，形成全流程的各專業(yè)策略包，包括質(zhì)量設(shè)計、高級計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)排序、庫存管理/數(shù)據(jù)倉庫、質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)則，為廠級的智能制造提供服務(wù)。

2.4　實(shí)施效果

經(jīng)過十幾年的建設(shè)，首鋼已經(jīng)形成了基本功能完善的信息化、自動化體系及平臺架構(gòu)。通過財務(wù)管理系統(tǒng)、產(chǎn)銷系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、質(zhì)量管控系統(tǒng)等支撐了首鋼集團(tuán)資源計劃的集中性、集團(tuán)整體的協(xié)調(diào)性、運(yùn)作的靈活性、各實(shí)體各專業(yè)管理反映的高效性、各級決策的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)了主要業(yè)務(wù)運(yùn)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)面臨的問題

當(dāng)前鋼鐵企業(yè)面臨著三大難題。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)部門總排放量的8%。通過科技創(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(guī)模過大，布局極不合理等因素，導(dǎo)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。

第二個難題是產(chǎn)能過剩。中國鋼鐵行業(yè)增長迅速，據(jù)中鋼協(xié)統(tǒng)計，2015年我國粗鋼產(chǎn)量已達(dá)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個月，銷售利潤率僅2.68%，在所有行業(yè)中墊底。主導(dǎo)產(chǎn)品的附加值低，產(chǎn)能嚴(yán)重過剩。缺乏“超高純、超均質(zhì)、超細(xì)化”的高附加值鋼鐵產(chǎn)品。

第三個難題來源于企業(yè)內(nèi)部，即當(dāng)前用戶需求的高質(zhì)量、多品種、小批量產(chǎn)品與大型鋼鐵企業(yè)大規(guī)模、連續(xù)性、批量化生產(chǎn)之間的差異更為顯現(xiàn)。如何實(shí)現(xiàn)大型鋼鐵企業(yè)柔性化、高效率、低成本穩(wěn)定生產(chǎn)，滿足當(dāng)前用戶千差萬別的多樣性需求是鋼鐵企業(yè)自身面臨的重要問題之一。

總之，面對環(huán)保壓力與市場壓力的外在壓力，與企業(yè)柔性化生產(chǎn)內(nèi)部壓力，鋼鐵企業(yè)需要結(jié)合“中國制造2025”國家發(fā)展戰(zhàn)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(xiàn)由生產(chǎn)商向生產(chǎn)+服務(wù)商轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)冶金行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

3.2　智能制造的理解

結(jié)合鋼鐵工業(yè)流程特點(diǎn)，鋼鐵工業(yè)的智能制造應(yīng)該是：結(jié)合鋼鐵流程特點(diǎn)，打通鋼鐵廠內(nèi)各工序單元關(guān)聯(lián)，優(yōu)化現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)完整自動化信息化系統(tǒng)，解決鋼鐵企業(yè)內(nèi)部流程界面問題與信息孤島問題，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(gòu)成一個包括設(shè)計、訂單、計劃、生產(chǎn)、銷售、財務(wù)、服務(wù)在內(nèi)的智能化的動態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)信息深度自感知、智能化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能，可有效優(yōu)化鋼鐵制造流程結(jié)構(gòu)，提升全流程運(yùn)行過程界面優(yōu)化合理、動態(tài)有序，協(xié)同高效的智能化控制和管理水平。最終實(shí)現(xiàn)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(xì)作工業(yè)化和信息化融合服務(wù)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、智能建模控制和虛擬現(xiàn)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)開展智能工廠、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，為客戶提供更深層次的咨詢與增值服務(wù)，幫助客戶從傳統(tǒng)制造向制造+服務(wù)進(jìn)行轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)多工廠生產(chǎn)設(shè)計協(xié)同、資源協(xié)同和制造協(xié)同，從而增強(qiáng)企業(yè)的整體競爭力[6]。發(fā)展線路圖如圖2所示。

圖2 首鋼智能制造發(fā)展線路圖

首鋼與國內(nèi)16家大型國有鋼鐵企業(yè)、知名研究院設(shè)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(tuán)隊(duì)，開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(yīng)用等九大類國家級鋼鐵流程智能化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。

在開展關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)的同時，結(jié)合首鋼實(shí)際情況，我們推進(jìn)開展了硅鋼一冷軋智能工廠示范項(xiàng)目的建設(shè)。項(xiàng)目通過產(chǎn)品智能設(shè)計、工廠柔性化生產(chǎn)、面向客戶價值的精準(zhǔn)營銷服務(wù)、全流程質(zhì)量管控與溯源、關(guān)鍵裝備服役質(zhì)量預(yù)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(jiān)控、大數(shù)據(jù)平臺、基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與集成融合平臺、生產(chǎn)過程和工藝系統(tǒng)功能安全評估等十個方面建設(shè)實(shí)現(xiàn)硅鋼一冷軋智能工廠數(shù)字化智能化，實(shí)現(xiàn)研發(fā)、制造、營銷、能源、質(zhì)量、設(shè)備、綠色、安全等全生命周期所有環(huán)節(jié)的整體提升。

項(xiàng)目的核心是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、智能裝備應(yīng)用等技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，搭建功能完備的企業(yè)大數(shù)據(jù)中心，為智能工廠服務(wù)層和應(yīng)用層的各項(xiàng)功能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障；在應(yīng)用層中，通過一系列智能化技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建以產(chǎn)品智能設(shè)計與工廠柔性化制造和營銷服務(wù)為核心，以質(zhì)量、設(shè)備、能源、綠色安全為有效支撐的硅鋼一冷軋工廠產(chǎn)銷研體系。改變?yōu)榭蛻舴?wù)的模式，基于務(wù)聯(lián)網(wǎng)（IOS）為用戶提供云服務(wù)，針對產(chǎn)品的高柔性化生產(chǎn)和客戶定制的發(fā)展趨勢，建立高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。

3.4　熱點(diǎn)問題的冷思考

第一，觀念的轉(zhuǎn)變。智能制造是鋼鐵企業(yè)在新時期新形式下，實(shí)現(xiàn)供給側(cè)改革與企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段。在實(shí)現(xiàn)智能制造過程中，企業(yè)需要注重培育數(shù)據(jù)驅(qū)動的新型鋼鐵生產(chǎn)體系，需要從過去重視的“材料、工藝、成本”向現(xiàn)在重視的“服務(wù)、知識、數(shù)據(jù)”轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)特征的工業(yè)大數(shù)據(jù)資源的結(jié)果。

第二，補(bǔ)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)揮長板優(yōu)勢效應(yīng)，補(bǔ)齊短板。實(shí)施過程中特別注重補(bǔ)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(shù)據(jù)資源，為基于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的先進(jìn)應(yīng)用提供海量豐富的數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)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(diào)發(fā)展。鋼鐵企業(yè)工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展，應(yīng)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(shù)據(jù)、安全、應(yīng)用，連接是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)是核心，安全是保障，應(yīng)用是價值。這四個方面是一個有機(jī)整體，需要整體推進(jìn)、穩(wěn)步推進(jìn)，才能達(dá)到工業(yè)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)有的水平與目的，才能產(chǎn)生應(yīng)有的價值。

4　結(jié)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開始，今后的路更長，但是我們有信心在“中國制造2025”及“互聯(lián)網(wǎng)+”的指引下，通過生產(chǎn)智能化、設(shè)備智能化、運(yùn)營管理智能化、經(jīng)營決策智能化，實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)全流程閉環(huán)的自動化控制與智能化管理，達(dá)到生產(chǎn)精細(xì)化、服務(wù)個性化、管理知識化的三化目標(biāo)。最終智能制造會在鋼鐵行業(yè)內(nèi)落地生根，開花結(jié)果。

作者簡介：

錢宏智（1980-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，冶煉高級工程師，工學(xué)博士，現(xiàn)就職于北京首鋼自動化信息技術(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(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用。

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

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

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摘自《自動化博覽》2018年2月刊