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“十四五”钢铁行业数智化转型路径辨析

作者:无锡苏桥 来源: 日期:2020/12/29 14:28:21
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钢铁行业是国民经济支柱性基础产业。钢铁是制造业的“脊梁”,是工业的“粮食”,在我国由制造大国向制造强国挺进的过程中,钢铁行业由全球“老大”变“强大”至关重要,其中数智化转型将发挥不可替代、举足轻重的作用。
 
钢企智能制造包含技术与管理两大维度的变革,目标是实现资源全局优化配置,解决不确定性问题,实现大规模定制和预测式制造,以满足下游客户越来越强的个性化需求;基础是标准化和精益化;手段是虚拟化(即数字化)和闭环控制;核心是工业软件,即软件定义工业SDI(数字串行接口)。数字化的关键是有数据,实现业务对象、规则、流程的数字化。智能化的关键是实现数据自动流动,即将正确的信息在正确的时间、以正确的方式发送给正确的人或系统,使其做出正确的决策。智慧化的关键是实现知识工作自动化,即数据能够自动转化为信息、信息能够自动转化为知识、知识自动转化为智慧(决策),进而实现知识持续的沉淀、固化、迭代、提升和传承。
 
钢铁产品的竞争力虽然最终是通过产品的制造、质量、性能、成本、服务等因素表现出来的,但是追根溯源,都会深层次地延伸到设计层面。设计是钢铁产品竞争力的起点,在未来的市场竞争中,设计是决定钢铁产品竞争力的根本要素。钢铁产品、工艺、装备和工程等智能设计(或集成研发IPD),既是钢铁制造流程实现智能化的关键环节之一,又发挥着先导和引领作用。通过智能设计,既可高效创新、优化钢铁制造流程的物理系统,又能为实现钢铁制造流程智能化提供所有数字化基础数据和模型系统。同时,智能制造为智能设计持续不断地提供最真实工况环境下极其丰富宝贵的1∶1验证与实验数据。通过智能设计与智能制造之间相互驱动、交互校验,可大大促进钢铁产品、工艺、装备和工程技术的快速迭代。
 
钢铁制造流程的智能设计主要包括3个层面:一是材料基础科学层面(分子、原子微观维度),运用材料与工艺三维仿真设计分析计算技术,模拟仿真研究材料成分和微观组织结构与性能之间的关系,冶金和轧制工艺过程的温度场、流场、应力应变场等。二是工序技术科学层面(工序、装备中观维度),研究工序与装备技术的可行性,模拟仿真优化研究冶金装备的合理性。三是流程工程科学层面(流程、工厂宏观维度),运用流程与工程学三维仿真设计计算技术,研究优化流程与工程的整体性、系统性、协同性,以及钢铁制造全流程物质流、能量流、信息流的动态一体化、有序化、集约化。
 
ICT与OT(工业运营管控技术)加速深度跨界融合,将给传统的钢铁工业运营管理控制技术与系统架构带来颠覆性变革(如图1所示)。对于钢企而言,数据将成为核心生产资料和最重要的资产,普惠的人工智能将成为先进生产工具,计算能力将成为新的先进生产力,通信网络将成为神经中枢,信息和数据将深入到制造领域的人、机、料、法、环等各个环节。信息流对制造企业的再造,是一个完整的价值链再造过程,将变革传统钢企的商业规则和经营模式,形成客户驱动钢企直接满足其需求的生态。
 
实施智能制造的三大要素:人才、技术和方法论。对于智能产线、智能工厂、智能钢企等这些新生事物,没有现成样板可供参考,研发创新、个性化定制的成分大。传统的钢铁工程技术产品提供商,自身往往背负着比较沉重的历史包袱,既有的竞争优势很有可能成为新形势下的劣势(类似柯达胶卷)。一方面,他们大多以销售自身已有的优势技术产品为主要目的,难以完全做到以服务于钢企个性化需求为中心;另一方面,自身大都处于数智化转型探索过程中,如果钢企主要依靠此类厂商实施数智化转型,很可能难以取得大的创新突破。
 
笔者认为,国内传统的钢铁过程技术产品供应商需要加强与钢企客户的配合,与领先的原生ICT厂商跨界融合,潜心研发,发挥灵活、快速、行业沉淀深厚等优势,在某些点形成竞争优势,将自己打造成生存能力极强的“碉堡”。“碉堡”多了,自然就能共同构建起一道坚强的“钢铁工程高科技长城”,从而为钢铁及相关行业提供自主可控的优质产品与服务。
 
钢铁制造流程基础自动化控制“计算+通信”架构将逐步代替“电子+电气”架构。不宜将所有数据都上云,端、边(根据国际数据公司IDC预测,未来将有超过50%的数据在边缘侧处理)也应该分担起必要的数据处理、存储和分析计算等功能。泛在云化控制技术等将逐步代替传统PLC(可编程逻辑控制器)、DCS(分散控制系统)等,是国内自动化公司赶超西方传统自动化巨头千载难逢的机遇,关键是要实现实时操作系统、工控开发环境、时间确定性网络、统一开放协议等核心技术自主可控,不赞成再跟随发展传统的PLC、DCS等技术产品。
 
此外,数据质量将直接影响数据价值的呈现和应用效果。因此,钢企在实施数智化转型过程中,首先必须把好数据治理关。其次,需要以业务数字化为前提,以数据入湖为基础,以建设数据中台为重点,通过构建完整、清洁的逻辑数据湖,做厚业务与数据双驱动的数据中台,进而筑牢与业务主题紧密联接的数据底座。IDC(互联网数据中心)将成为钢企重要的新型基础设施,不应以短期的投入产出比来衡量,越早建立或租用越好。数据构架、数据频次、数据分析三位一体,构成数据体系。每个企业都有自己独特的数据体系,即数据编码基因。企业数据编码是一项复杂、长期、艰巨、实践性很强的工作,决定了企业数智化转型的成败,需要由钢企业务专家主导、与IT专家等协同完成。
 

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