智能制造是实施《中国制造2025》的重要抓手,对加快推动我国经济发展保持中高速、产业迈向中高端起到关键作用;《钢铁工业调整升级规划(2016~2020年)》为钢铁行业智能制造指明了方向。当前,钢铁行业在智能化实施过程中,自动化、数字化、网络化方面均取得了较大进展和丰硕成果,钢铁企业智能制造十三五开局良好,方向正确,但钢铁行业智能制造终极目标的实现还有待于脑科学研究的进展。本期与您共同探讨钢铁行业智能制造的实现路径。【事件】214,工信部等3部门联合印发《制造业人才发展规划指南》。至此,《中国制造2025》的“1+X”规划体系全部发布。这标志着《中国制造2025》顶层设计基本完成,全面转入实施阶段,其中智能制造作为主攻方向和核心内容,成为解决我国制造业由大变强的根本路径。此前发布的《智能制造工程实施指南(2016~2020年)》,要求十三五期间同步实施数字化制造普及、智能化制造示范,持续推动传统制造业智能转型,为构建我国制造业竞争新优势、建设制造强国奠定扎实的基础。【深度】我国钢铁业智能制造十三五开局良好我国钢铁企业开展智能制造工作以来,为提高自动化水平而对设备进行技术改造,为产业转型升级而普及数字化、网络化,所以基本上不存在一哄而起”“盲目跟进的现象。整个行业智能制造在平稳有序地进行。当前,我国不同地区各个钢铁企业在智能制造过程中侧重点有所不同,进度也有差别,但路径相同,基本上是自动化、数字化和网络化。例如,河北省是我国钢铁制造业大省,其智能制造的发展目标令人瞩目:河北省工信厅计划,到2020年,该省智能工厂(数字化车间)数量达到1500个,工业机器人密度达到每万名员工使用机器人60台套;数字化研究设计工具普及率达到65%,关键工序制造装备数控化率达到52%。这意味着河北省钢铁企业的智能制造也要达到相应的指标。有专家称,我国钢铁企业在关键流程的数控化比例超过了65%,企业资源计划(ERP)的装备率超过了70%,向智能制造发展有了一个较踏实的基础,因而十三五开局良好。钢铁行业智能制造正在实施的过程包括5个方面:一是提高基础自动化水平和数字化控制应用水平,钢铁企业要因地制宜推进两化融合,提高管理水平;二是优势企业进一步优化综合网络化信息系统,在制造、管理、经营和流通领域构建产业链在线服务生态系统,建设钢铁企业大数据综合信息平台;三是建立产品质量追溯和评价机制,健全产品质量检测体系,提高产品质量的可靠性、稳定性;四是绿色制造也要两化融合,进行工艺优化和技术升级,提高节能环保的经济效益;五是有条件的钢企要大量使用机器人,例如自动测量取样、板坯自动清理、原料分拣、金属切割、表面缺陷判定、产品自动标记以及图像自动识别等岗位要使用机器人。以推进自动化为基础推动智能化智能化是自动化的高级阶段,只有在自动化的基础上才有条件说智能化。2016年,我国钢铁企业在推进自动化方面取得了较好的进展。2016年,华菱湘钢的智能制造处于打基础阶段,推进重点放在提高基础自动化水平上,实施短、平、快项目,旨在快速创效。具体项目有:在主控室、水站、变电站、空压站、油库、除尘站推动自动化,实现无人值守。截至201610月底,华菱湘钢已完成4批共61个自动化项目,投入资金3630万元,精减人员349名,年创效4882万元。2016年底,华菱湘钢确定了第5批项目,计划到2017年减员500人,到2018年再减员1000人,人员精减比例达到20%2016年钢铁行业智能制造现场交流会上,宝钢股份总经理戴志浩表示:钢铁行业智能化改造空间巨大,是最有可能通过智能制造实现转型的传统行业之一。据戴志浩介绍,宝钢股份正大力推进机器人用于现场工作岗位,在高炉炉前作业、炼钢浇钢、冷轧锌锅捞渣等区域进行试点。目前,宝钢股份应用的机器人总数达到149台套,达到每万人50台套的水平。宝钢股份在冷轧厂下属的5条生产线分别应用入口自动拆捆机器人、样板搬运机器人、贴标机器人、捞渣机器人,并计划组织实施包装自动化系列改造,估计减人超过400个。同时,宝钢股份在冷轧008区域对5部行车实施无人化改造,减少行车作业人员岗位20个。宝武集团梅钢提出2016~2021年智能制造的10个优先领域,以及实现智能制造的基本路径:装备从自动化向智能化过渡,信息化系统升级改造并实现全域网络互联互通,完善工艺控制和管理分析模型、机器人应用,推进工业大数据中心基础建设,员工从技能型转变为知识型等。目前,梅钢通过生产设备的自动化、集成化改造代替人工操作,如推进无人行车、自动行车、机组入口段及库区无人化等。沙钢在2013~2015年已经在转炉、电炉上使用了约8套机械手进行自动喷号和自动测温取样,并计划在2016~2020年采用1000台套~1500台套机器人用于机器加工焊接、精密铸造、锌锅捞渣、冷轧卷贴标、自动测温取样、钢卷表面判定、废边丝自动抓取、存储功能自动定位等项目。沙钢智能化工程将要对烧结、焦化、炼钢、轧钢及其辅助车间进行技术改造,上述岗位用机器人替代,实现无人值守。此外,中冶赛迪开发的全自动、无人化行车系统(CICS)已应用于宝武集团八钢热卷钢卷库,还可用于热轧、冷轧等仓储及码头物流系统;鞍钢炼铁总厂自动化作业区自主创建的PLC(可编程逻辑控制器)实验室,对解决PLC疑难问题、开展PLC攻关及自动化系统培训起到重要作用。以数字化为基础推动大数据远程监控已经顺利投产的河钢宣钢1号转炉智能炼钢项目,在没有转炉副枪和炉气定碳动态检测装置的条件下,在高精准计算、高仿真性能、高智能控制下,使冶炼过程直观可视。与此同时,河钢邯钢邯宝钢铁230毫米×2150毫米连铸机大倒角结晶器在线热调宽技术,是中国重型机械研究院在连铸数字化、网络化和智能化等方面研发创新的成果;河钢唐钢3条热轧板卷生产线(170018101580生产线)将关注点由过去的单体设备自动化控制功能的优化转为全工序整个流程控制功能的优化,达到实时监控生产工艺参数的目的;华菱湘钢选定1条摩根高线轧机和1条宽厚板轧机作为技改试点,从坯料准备、装炉到加热炉控制、轧制过程、轧制精整,再到成品库管理,全部实现数控化,将满足客户需求的生产模式从大批量生产过渡到小批量定制化生产,预计到2018年做成示范智能化生产线和智能化车间。在大数据的应用方面,邢钢炼铁厂为了解决难以准确测算烧结混合料成分这一难题,利用大数据统计方法,对每垛入垛物料的种类、数量、成分进行详细的基础数据统计,建立数学模型,从而推导出烧结矿的成分,保证了高炉入炉料的稳定。在产品检测方面,河钢石钢开发了9套无损检测系统,用于轧钢厂小棒精整线、探伤线、大棒精整1号线和3号线等,在国内同行中处于领先地位,探伤结果的置信度很高。在节能环保方面,沙钢能源环保管理系统对全公司蒸汽锅炉和发电效率进行集中监控,利用大数据统计数据4800多个、可控画面300余张,生成各类单耗报表450余张;通过对这个系统进行3次升级改造,开发了转炉煤气回收跟踪、主辅机电耗跟踪、分时段煤气放散等多项跟踪功能,使节能降耗工作取得良好效果。在远程监控方面,鞍钢矿山信息化在物料管理方面,利用图像识别技术、物联网技术,对矿物承载工具进行实时远程监控,推行矿山无人化操作整体解决方案,不仅是安全生产的要求,也是提高劳动生产率、降低成本的必然选择;宝钢在第十六届中国国际冶金展会上展示了如何通过APP(手机应用软件)控制机器臂,也体现了远程思维。从全厂数字化建设来看,太钢有包括三炼钢厂在内的11个信息化项目和全厂的13个信息化拟建项目正在快速推进。目前,太钢从厂级到基层工序,已经形成三级网络体系,与ERP无缝对接,实现了不锈钢、碳钢实时生产的全过程信息流、实物流和财务流的三流同步。该厂领导表示,所谓数字太钢,就是将太钢的信息技术、管理技术和制造技术相结合,实现产品设计制造、生产管理控制、制造设备的数字化和集成化。网络化和数字化融为一体推进智能制造数字化和网络化是融为一体的。从鞍钢矿业信息化发展之路可以看到,鞍钢矿业建成了集管理网、控制网、MES(制造企业生产过程执行系统)网、视频会议网、视频监视网为一体的大型万兆企业网络,构建了以ERP为核心的信息化管理系统,从而实现了从基层数据采集、MES控制、ERP管理、BI分析的信息联动。马钢股份公司建设了覆盖全公司生产和经营核心业务的大型综合信息化系统(整体RTP),已使主线生产单元和生产经营管理部门实现了生产、业务和财务的信息集成,形成了覆盖全公司的日成本管理工作网络。在数字化和网络化应用的细分领域,河钢唐钢1580生产线的质量管理系统能够同步显示产品质量的检测数据和工艺参数,让产品质量管理精确到热轧钢带长度以为单位进行匹配。要使500~600以上的钢卷全部满足用户需求,必须运用信息自动化系统对生产过程的数百个参数进行掌控,实现产品全过程质量跟踪与管理,提高产品质量的可靠性与稳定性。对此,华菱湘钢体会颇深。他们认为,与离散式生产不同,钢铁产品就是连续性生产,最需要解决的是物料跟踪,从铁水变成钢水、钢坯、钢材,必须随时掌控它在制造过程中的流向,掌控它的物理信息发生了什么变化,才能保证产品质量的稳定性。再扩大视野,他们还把营销系统吸纳进来,实现价值流。随着物流走,然后他们把研发系统吸纳进来,实现产品创新。【观察】钢铁业推进智能制造应分两步走2016年以来,我国钢铁企业在实施智能化过程中在自动化、数字化、网络化方面取得了重要进展和丰硕成果,说明钢铁行业在智能制造十三五开局良好,方向正确。那么,今后钢铁企业如何进一步推进智能制造呢?《钢铁工业调整升级规划(2016~2020年)》和《中国智能制造十三五规划》对发展智能制造的阐述具有强烈的前瞻性,为推动钢铁行业的制造系统调整升级指明了方向;《钢铁工业调整升级规划(2016~2020年)》提出了钢铁行业智能制造的方向和模式。笔者认为,当前,钢铁行业和企业的问题在于如何深刻理解智能制造的内涵和如何分阶段推进智能制造。国内外关于智能制造的认识、分析和判断存在争议,专家、学者各有自己的看法,钢铁企业各有自己的做法。1997年,美国IBM公司的深蓝超级计算机战胜了当时世界排名第一的国际象棋大师卡斯帕罗夫。20年后,英国伦敦的谷歌DeepMind公司开发了“AIphaGo”计算机围棋软件,于20163月份击败世界围棋顶尖高手韩国的围棋世界冠军李世石,将人工智能推向了一个新阶段:人工智能能够深度学习,具有神经网络,有推理和决策能力。中科院自动化所研究员王飞跃认为,“AIphaGo”电脑软件同深蓝超级计算机是两回事,深蓝超级计算机同人工智能没有关系,靠的是硬件的计算力,每秒钟能处理500GB以上的数据,而“AIphaGo”还加入了对局势的评判,加入了价值网络。上次是自动化胜人,这次是智能化胜人。“AIphaGo”电脑软件在原理上具有通用性,可应用于制造流程即智能制造。中国工程院院士王国栋对智能化的观点是:从感觉到记忆再到思维这一过程称为智慧,智慧的结果将产生行为和语言的能力,将两者合并称为智能他认为,智能系统应当有下列4种能力:感知能力、记忆和思维能力、学习和自适应能力、行为决策能力。中国工程院院士殷瑞鈺对智能工厂的认识可以这样概括:钢铁行业属于流程制造行业,钢厂的智能制造是一个典型的信息物理系统,要将物联网、大数据、云计算等信息系统与钢铁制造深度融合,实现信息深度自感知、智能化自决策、精准控制自执行3种功能,提升全流程运行过程的智能化控制、管理和服务水平,这要经历一个探索、研发的过程。宝武集团首席研究员郭朝晖对钢铁行业实现智能制造的思考是:将信息通信技术(ICT)与工业深度融合,实现以网络化、数字化为基础的智能制造。在钢铁行业,数字化是全行业实现智能化并最终走向工业4.0时代的关键所在。如果从技术层面总结智能制造的共性,就是深入地采用数字化和网络化手段。笔者认为,国内两位院士和宝武集团专家关于智能制造的见解很深刻,两位院士关于智能制造的“4种能力”“3种功能的理解与人工智能的深度学习和推理决策能力一脉相通,可作为中国钢铁企业实行智能制造的终极目标。但这一理念在当前的实现难度很大,国内外多数钢企难以达到这个要求。例如,浦项将智能工厂的终极目标只是确定为高度自动化水平的无人值守。有关专家提出,钢铁行业的智能制造要着力解决的问题是,我国尚未建立钢铁生产过程的一体化控制,未形成各层次的协调优化,钢材产品的质量稳定性、可靠性和适用性不高,产品的外形尺寸精度和组织性能的控制尚待提高,在大规模、连续化生产的条件下,产品个性化、定制化亟待加强。与此同时,冶金装备的状态诊断、预测与智能化自愈控制亟待实现,物流、能源的智能控制与优化协同也亟待建立。在笔者看来,宝武集团专家提出的观点可作为钢铁企业智能制造在启动阶段的目标,或者说是操作的切入点,即智能制造的基础是提高自动化水平,着力点是广泛深入地普及数字化和网络化,这是我国多数钢铁企业能够做到并正在努力做的。而工信部的有关领导也提出要重点做好3个方面的工作:一是加快发展制造过程的智能化,二是加快生产服务的智能化,三是加快生产网络和生产新模式的发展。新模式主要有4种:一是培养流程型的智能制造,二是网络协同制造,三是大规模个性化定制,四是远程思维。以上这些实施细则为钢铁企业开展智能制造在启动阶段明确了规定动作。据此,笔者认为,我国钢铁企业智能制造可分为两个目标,即现阶段目标和终极目标。其中,现阶段目标是自动化、数字化和网络化,终极目标是实现流程制造过程的3种功能,即信息深度自感知、智能化自决策、精准控制自执行。我们钢铁行业当前要关注国内外人工智能的发展趋势,在智能制造的进程中,加快启动阶段的步伐,也要在有条件、有能力的大型企业尽可能探索研发智能化自决策功能电脑软件,如同AIphaGo围棋软件那样,引入类似于人类脑神经网络的功能,以缩短达到终极目标的时间并做出示范。同时也要看到,钢铁行业的冶金、轧钢原理和生产技术比较复杂,开发有自决策功能的电脑软件不是短期间内能够奏效的。正如互联网实验室创始人方兴东所说:围棋人机大战虽炙手可热,却始终与我们的用户距离甚远。这缘于人类对自己的神经网络的研究还处在探索阶段。当前,中美两国都在加强脑科学研究,我国盛大创始人陈天桥近日宣布成立10亿美元基金支持脑科学研究,首批将向美国加州理工学院捐款1亿美元,用于大脑基础生物学研究,而美国慈善家麦戈文夫妇捐款给北京大学、清华大学、北京师范大学成立了脑科学研究所。据介绍,我国脑科学研究的水平已经与美国接近。著名美国华裔科学家丁肇中于20161220日在上海表示,复旦大学在脑科学研究方面已经取得重大的进展。 来源:中国冶金报
2017年03月02日
中国钢铁行业迎来复苏:上半年扭亏为盈
国家钢铁智囊、中国钢铁工业协会副会长迟京东解读钢铁行业未来发展
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我国钢铁业如何抢占智能制造制高点?
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