鋼鐵行業擁抱工業互聯網邁向數字化
http://www.moduwu.com 2022-07-27 10:15 來源：央企融通
鋼鐵行業作為國內社會經濟發展的基礎產業，在產業競爭中面臨著碳中和、提質增效等挑戰。隨著工業互聯網、5G等一系列信息化科技的深入發展，鋼鐵行業積極擁抱新的自動化與信息化科技，為綠色發展、提升市場競爭力帶來新的思路與出路。于2021年底發布的《工業互聯網與鋼鐵行業融合應用參考指南（2021）》正是基于鋼鐵“十四五”規劃而推進出的鋼鐵數字化轉型發展的實施步驟與目標；2022年2月，《關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》指出，要 “推進5G、工業互聯網、人工智能、數字孿生等技術在鋼鐵行業的應用”；2022年4月，《工業互聯網專項工作組2022年工作計劃》進一步提出，要“制定鋼鐵行業工業互聯網應用標準”。在國家政策支持與市場競爭的推動下，以降本、提質、增效為核心價值點，鋼鐵企業積極采用“工業互聯網+鋼鐵”數字化轉型應用，在鋼鐵行業基礎自動化、過程控制、制造執行、企業管理、決策支持等系統建設的數字化轉型成效初現，為下一步鋼鐵行業智能化質的飛躍孕育著強大的量的儲備。
一、工業互聯網在鋼鐵行業中的應用情況
鋼鐵制造是一個龐大的產業鏈體系，橫向涉及礦業采選、冶煉、軋鋼、壓延、加工、消費，縱向涉及采購、生產（能源、物流、質量、維護、勞力）、銷售、供應鏈等多個環節，具有對信息實時性要求高、生產流程變量多、采銷兩端要素雜等特點，長期受“孤島控制”“條線分割”“界面有縫”“銜接粗放”等難題困擾?；诰G色發展、提質增效的發展目標，近年來，鋼鐵產業積極采用工業互聯網、5G、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術邁向數字化轉型，不斷探索推進工業互聯網建設與創新實踐。
至2021年，共有13家鋼鐵企業應用案例入圍“2021年工業互聯網平臺創新領航應用案例”，8家企業入選 “2021年工業互聯網試點示范項目”，為鋼鐵企業如何走向綠色制造的數字化轉型提供了良好的范本，并涌現出了如寶鋼利用工業互聯網平臺實現 “一總部多基地”管控、酒泉鋼鐵基于工業互聯網平臺的設備狀態監測和工藝優化方案、鞍鋼與中國移動合作開展了“基于5G的機器視覺帶鋼表面檢測平臺研發與應用”等行業應用，開啟了國內工業互聯網賦能鋼鐵產業提質、增效、降本的綠色發展新征程。
二、工業互聯網在鋼鐵行業中的典型應用
?。?）寶鋼股份武鋼打造 “5G+鐵鋼界面智慧管控平臺”
2021年11月9日，由中冶賽迪承建的武鋼“5G+AI鐵鋼界面智慧管控系統”一次性成功上線，標志著國內業已建成的最大規模的5G企業內網上，無線“信息高鐵”正式全線貫通，寶鋼股份武鋼首次實現“鐵、運、鋼”5G扁平化管控及鐵水智能調度。
在武鋼5G+鐵鋼界面智慧管控平臺上，能夠看到六種應用場景：實時定位跟蹤、設備在線監測、運輸作業管控、邊緣計算數據回傳、道口安全管控，未來還將實現鐵水運輸無人駕駛。這些場景的實現，得益于AI、5G及工業互聯網技術的加持。
鐵鋼界面智慧管控平臺以全流程智能跟蹤、全流程狀態管理為基礎，將智能模型及算法與鐵水運輸生產工藝深度結合，建立智慧鐵水調度系統，實現鐵水自動分配、路徑自動規劃、微機聯鎖自動控制、道口自動開閉、作業實績自動生成等核心功能，為鐵鋼界面構建“AI大腦”。特別是首創的容錯二維編碼技術，打破傳統二維碼識別模式，創新編解碼技術，將二維碼與深度學習相結合，從根本上解決了惡劣作業條件下物流跟蹤識別問題。
該項目完成廠區內5座高爐、4個煉鋼廠、20輛鐵水運輸機車、67臺魚雷罐車、100臺敞口鐵水罐車、12個道口的智能化升級改造，及400余條鐵水運輸線路的智能化管控。預期將使鐵鋼界面崗位作業人員優化20%，鐵水運輸效率提升10%，鐵水溫降降低10℃，初步估算，僅運輸環節產生的直接經濟效益每年逾4000萬元，推動武鋼轉型升級和高質量發展。
（2）酒泉鋼鐵基于工業互聯網平臺實現設備狀態監測與工藝優化
酒泉鋼鐵集團是我國西北地區最大的碳鋼和不銹鋼生產基地，擁有從采礦、選礦、燒結、焦 化到煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等完整生產工藝流程。一直以來，在生產過程中，由于煉鐵主反應器高爐具有巨大、高溫、高壓、密閉、連續生產的“黑箱”特性，存在復雜物理化學反應，給技術操作帶來巨大壓力。高爐類型多樣化，部分高爐冷卻壁損壞嚴重，存在安全生產隱患。對此，傳統解決方案是企業生產操作和工況分析以人工經驗和主觀判斷為主，“白頭發”和“盲人摸象”式操作在整個煉鐵行業普遍存在。
酒泉鋼鐵采用基于工業互聯網平臺進行設備狀態監測與工藝優化，其解決方案如下：
1. 基于高爐仿真與機理模型實現“黑箱”可視化： 通過高爐仿真建立高爐數字孿生，對爐料運動及受力方程進行建模計算，從傳熱學、煉鐵學等機理層面建立預警標準，實時顯示當前高爐“黑箱”布料情況，實現對高爐生產的虛擬-現實映射與智能監控；
2. 對上部調劑進行操作指導，實現工藝優化： 通過爐體煤氣流分布模擬仿真、上部調劑量化和可視化，建立上部調劑標準，有效幫助操作人員實現高爐更加合理、及時的操作，促使煤氣流的分布更適宜當前爐況。
該項目的成功實施， 有效提升鐵水質量穩定性20%；單座高爐每年降低成本2400萬元，減少碳排放20000噸；冶煉效率 提升10%。
?。?）鞍鋼與中國移動合作開展“基于5G的機器視覺帶鋼表面檢測平臺研發與應用”項目
鞍鋼與中國移動合作，在遼寧省開展了“基于5G的機器視覺帶鋼表面檢測平臺研發與應用”項目建設，實現了機器視覺質檢與生產現場監測場景的應用，并入選《“5G+工業互聯網”十個典型應用場景和五個重點行業實踐》中鋼鐵行業重點行業實踐。
在機器視覺質檢方面，通過部署工業相機拍攝高清圖片、采集質檢數據，利用5G網絡將采集到的冷軋現場4K/8K等高清圖像數據回傳至操作室平臺，通過平臺的視覺AI分析能力對圖像進行處理分析，完成帶鋼表面缺陷的實時檢測；同時，帶鋼軋制速度極高，通過帶鋼表面的反光斑馬條紋反饋帶鋼的平整度，用于帶鋼生產質量的實時檢測，為張力輥等調節提供依據。方案部署完成后，帶鋼常規缺陷檢出率達95%以上，在線綜合缺陷分類率超過90%，提高成材率的同時減少了帶鋼缺陷造成的斷帶和傷輥換輥停機時間。通過現場采集的圖片分析，檢測準確率達99.99%以上；同時對攝像頭進行單獨分析，判斷攝像頭是否存在大量粉塵覆蓋，及時進行鏡頭清理，每年可節省皮帶維修費約100萬元。
“基于5G的機器視覺帶鋼表面檢測平臺”項目在鞍鋼股份冷軋廠應用，不僅實現了分布式、長期、穩定、在線識別及存儲帶鋼表面缺陷信息，而且實現了分系統數據共享，每套系統每年可為用戶帶來180余萬元的經濟效益。
另外，隨著工業互聯網在鋼鐵行業融合創新的不斷深入，工業互聯網將在鋼鐵行業數字化、網絡化、智能化轉型中發揮出越來越重要的作用，各鋼鐵企業在不同領域都有著良好的行業應用。如湛江鋼鐵與中國聯通合作，基于 “5G+工業互聯網”打造智慧鋼廠，利用5G超高可靠低時延特性，遠程控制端到端時延降低至10毫秒級，實現智能頭盔智能巡檢、在線監測運維、設備遠程控制、AI行為分析等典型場景應用。AR巡檢故障排除率提升65%、在線監測故障預警率提升90%、運維時效提升50%、作用效率增加30%。天津鋼鐵建設超低排放全生命周期信息化系統，通過智能裝備應用、精益現場管理、信息技術與集團業務的深度融合，提升了能源管控系統運行和協調效率，全年噸鋼綜合電耗、水耗同比降低14%和13%，回收轉爐煤氣同比增加2%。太鋼通過碳數據管理平臺，實現企業級碳數據管控和包含鐵礦石等10余個產品在內的全生命周期碳足跡實時計算。
三、鋼鐵產業數字化轉型仍然任重道遠
以數字化推動鋼鐵行業重新啟程，在目前來看，國內鋼鐵企業以工業互聯網平臺為主戰場的數字化實踐探索，取得了矚目的成績。但從整體行業的發展來看，我國鋼鐵行業智能化發展依然還有很多不足，例如科技自主創新能力不強，核心技術對外依存度較高；企業信息化、數字化建設沒有統一標準；工業大數據應用價值未充分挖掘；數字化領軍人才、專業人才缺乏；智能裝備制造相關的現代服務業發展滯后等。“十四五”鋼鐵工業數字化轉型的重點，是實現設備維護的高效化管理、生產過程中工藝模型和數據模型的優化升級、滿足下游用戶的個性化需求以及國家對鋼鐵企業低碳節能降耗等環保要求，這些同樣也是難點，需要全行業共同努力推進。
在產業數字化時代，對于鋼鐵企業而言，數據將成為核心生產資料和最重要的資產。企業需要的，就是做好對技術與管理兩大維度變革的應對，要把握好技術推進的節奏，以價值創造為前提，技術的先進性則要適度。企業數字化轉型必須結合企業自身的特點，并與社會經濟的發展程度相適應。
“工業互聯網+鋼鐵”融合創新是一個長期、持續的過程，雖然在國家政策與行業支持方面，都從深度發展工業互聯網給出了積極的推動措施，但這仍然是一個建設投入大、周期長，關乎國家長遠發展的未來大業，需要開展多方“團體賽”，不斷深化高校、科研院所、企業間的協同創新，加速推動OT、IT、CT、DT深度融合，為制造強國、網絡強國建設作出積極貢獻。
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