中国钢铁智能制造发展前景展望—钢铁未来梦工厂

中国钢铁智能制造发展前景展望—钢铁未来梦工厂

2019-11-22 09:59:00

  前言
  2019年,迎来了中华人民共和国成立70周年。
  70年砥砺前行,中国钢铁工业不忘钢铁报国初心,牢记钢铁强国使命,使中国由钢铁弱国变成世界钢铁生产第一大国,在国家富强、民族振兴、造福人民中作出了不可替代的贡献。
  经济社会发展的压舱石。2018年我国粗钢产量达到9.28亿吨,自1996年开始连续位居世界第一,占据世界钢铁工业的半壁江山。钢铁工业在社会发展、财政税收、支持就业及地区经济发展等方面发挥了重要作用,是拉动和支撑经济增长的重要力量,为经济社会发展做出的贡献功不可没。
  民生国防建设的材料保障。钢铁撑起了人民生活和国防军工建设的钢筋铁骨,或是用于家电、汽车、家俱、厨具生产,或是用于住宅、铁路、公路、机场、核电站、水电站建设,或是用于船舶、机械、航母、潜艇、战机制造,都是人民衣食住行水平提升的有效支撑,是重点工程、重大装备、国防军工材料供给的有力保障。
  制造业强国的牵引机。中国钢铁对石化工业、船舶工业、建筑业、装备制造业等都起到了巨大的支撑、牵引与推动作用,显著促进了下游制造业综合竞争力的提升和发展,是中国工业化进程不可或缺的推动者。
  先进钢铁制造的排头兵。从引进、消化、吸收、集成到自主创新,中国钢铁制造实现了由落后到先进,从依赖到较强的蜕变,整体进入世界先进行列。中国建成了世界上最完善、最先进的钢铁工业体系,使用了最先进的工艺技术装备,拥有一批最先进的特大型钢铁企业,超低排放技术和标准也处于世界最先进水平。中国钢铁将是未来世界先进钢铁制造的排头兵。
  新时代新战略的践行者。新时代,钢铁工业需要通过转型升级解决发展不平衡不充分的矛盾,更好地满足国家、人民和社会对发展质量、供给质量、服务质量、生态环境质量日益增长的新需求,对钢铁材料质量、寿命、安全、环保、实用的更高要求。钢铁工业仍将是新时代发展不可替代的基础原材料产业,是可以做到与社会和环境共融共存的低碳绿色产业,是实现“两个百年目标”不可或缺的支撑产业。
  近年来,智能制造在全球范围内快速发展,对产业发展、分工格局和推动形成新的生产方式、产业形态、商业模式带来重要影响。无论是德国工业4.0,还是美国再工业化战略,都将智能制造作为主攻方向,积极培育制造业未来竞争新优势。践行新时代新战略,中国钢铁工业加快供给侧结构性改革,推进钢铁智能制造发展,是实现质量变革、效率变革、动力变革高质量发展的基础保障,是实现转型升级的突破口。
  展望篇
  钢铁工业要充分把握新一代信息技术带来的产业革命契机,将智能化融入钢铁制造和运营决策过程中,做到“精准、高效、优质、低耗、安全、环保”,全面提升发展水平,实现钢铁行业高质量发展。
  今天,以先进装备、先进材料、先进工艺有机融合的工业制造技术,以智能传感器、人工智能、数字孪生、大数据与云计算为核心的智能化技术群以及第五代移动通信、物联网、工业互联网技术将形成推动钢铁智能制造发展的“三驾马车”,其迅猛发展必将给钢铁产业带来翻天覆地的转变。钢铁智能制造的“五化”发展时代已经拉开序幕,建设智能“钢铁未来梦工厂”的美好蓝图将逐步实现。
  (一)环保智慧化-钢铁、人、自然更和谐
  钢铁未来梦工厂将和自然融为一体,卫星图上不再有烟雾笼罩的生产场景,取而代之的是充满个性化元素“硬”线条的工业景观,充满现代艺术气息的工业建筑与绿树红花交相辉映的公园式厂区将成为独特风景线。钢铁未来梦工厂将成为智慧城市的有机组成部分,由依托城市发展转变为服务城市生活,成为智慧城市的综合服务体,使城市生活更加美好。新一代智能信息、网络技术将使节能环保更富有智慧,钢铁未来梦工厂将是城市人民居住环境建设的贡献者,是城市生态循环发展不可缺少的创造者。钢铁未来梦工厂将是自然生态的保护者、修复者、服务者,将深度融入人们生活,融入城市发展,融入自然保护。
  (二)制造智能化-生产运营更高效
  钢铁未来梦工厂就是钢铁制造智能化。钢铁制造将注入“简单、流畅、高效”的智慧基因,方便实现定制化的产品生产、个性化的产品研发和精准化的材料制造。
  钢铁未来梦工厂将具有最强“智慧大脑”。是基于信息物理系统、大数据、人工智能、边缘计算等新一代信息技术的智能决策与综合管控平台。既是内部生产运营决策的指挥中枢,又是外部产业链智慧协同平台。实时、科学的决策指令将从这里发布,最优化、高效化的资源配置将从这里开始。
  钢铁未来梦工厂将是“智慧有机体”。是能够自感知、自组织、自决策的智慧体系。能量流、物质流、信息流组成有机体的“血液”,高效、连续、平稳运行的制造系统各个环节组成有机体的“骨骼”,保证了物质、能量、信息的动态平衡和运行优化。
  钢铁未来梦工厂是“智慧材料服务商”。数字孪生技术、大数据与云计算技术可使产品迭代加速。大规模个性化定制模式使得钢厂实现柔性生产。第五代移动通讯、大数据及人工智能等技术,能够实现全流程过程质量管控与追溯。满足用户个性化需求更敏捷、更优质、更高效。
  (三)产品绿色化-低碳、绿色钢铁材料广泛使用
  钢铁未来梦工厂基于钢铁全生命周期理念,信息技术与先进节能环保技术的结合更紧密,节能、环保、安全领域管控更智能化,钢铁制造更绿色。能够实现产品从设计、生产、应用到回收的闭环追溯。优质、高强、长寿命、可循环的绿色钢铁将引领材料应用的绿色化发展。钢铁材料可循环利用的特点和优势进一步得到体现。
  (四)产业生态化-产业生态更具活力
  钢铁未来梦工厂与上下游产业链共享要素和资源,产业界面将更加融合,将形成极具活力和竞争力的产业生态圈。上、中、下游产业智慧协同,精准衔接,产业链、创新链、金融链等多维要素资源配置更优化、更高效。
  (五)企业人本化-员工更有获得感
  钢铁未来梦工厂基于自动化技术、网络技术及钢铁制造技术的发展,集中操控、远程控制和维护得到普遍应用,钢铁未来梦工厂将被“揣进口袋”,员工将从单调重复的体力劳动更多地转向知识化、技术型工作,将从危险性高、重复性强、难度大、环境恶劣的劳动岗位上解放出来,转变成远离高温、高压、高危、高粉尘的知识型工作者。员工能动性得到更好的发挥,员工个人价值也能够得到更好的体现。钢铁产业将由劳动密集型向技术密集型转变,生产效率的大幅提升使得员工收入水平得到提高。人们对和谐、美好工作生活的向往将在钢铁未来梦工厂得到实现。
  行动篇
  加快发展智能制造,是培育钢铁发展新动能的必由之路,对于钢铁工业推动供给侧结构性改革,打造竞争新优势,实现钢铁强国具有重要战略意义。在推进智能制造发展的过程中,我们既要化解面临的巨大挑战,又要抓住机遇加快转变和创新,需要瞄准新目标,培育新模式,发展新业态,壮大新动能。
  (一)新目标
  到2035年,钢铁智能制造取得重大突破,企业生产、经营和管理的主要领域、主要环节得到充分有效应用,业务流程优化再造和产业链协同能力显著增强,重点企业实现设计研发创新能力、生产集约化、绿色环保和管理现代化水平大幅度提升。
  1.质量更优。实现产品质量更稳定、更优质,一致性更好。
  2.创新领先。实现产品研发与创新的周期缩短与成本降低,高效满足用户需求。
  3.能效最优。智能化能源管控系统普遍应用,实现全流程水、电、气、汽精准管控,降低能源消耗。
  4.环境更好。智慧环保与智能制造协同管控体系建立,实现钢铁企业更绿色环保。
  5.效率更高。智能化技术与工艺设备、工艺流程、生产操作及辅助工序、全过程控制深度融合,实现制造更顺畅、更稳定,生产效率明显提高。
  6.管理高效。多维度业务优化整合与协同,实现企业管控精准化、决策科学化和运营一体化,管理创新增效明显。
  7.协同共赢。建立产品全生命周期管理、客户关系管理、供应链管理系统,实现产业链上下游企业间共享协同共赢。
  (二)新模式
  钢铁智能制造发展,其自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能强大,在研发、制造、管控、服务等方面不断实现模式创新。
  1. 数字化研发制造新模式
  基于智能制造的大数据,建立材料机理模型,实现从产品的合金元素、组织结构、材料性能到工艺参数的模拟仿真及深度挖掘,指导旧产品改进和新产品研发,实现产品的精确设计。基于智能制造的大数据,建立工厂总体设计、工艺流程及布局的数字化模型,通过模拟仿真,做到生产流程数据可视化和生产自主优化,实现对物质、能量、信息、资产的全流程监控。最终,基于工厂的“智能大脑”,通过在线模拟产品开发、流程设计、生产组织,实现产品快速迭代、工艺持续优化、管控不断精益。
  2.大规模定制化生产新模式
  基于新一代信息技术和工业互联网技术,高度集成企业大数据运用,畅通从客户到制造端的衔接,颠覆传统钢铁生产模式,实现生产的精益化、柔性化、智能化,产品交付的敏捷化、准时化,协同服务更快速、更高效、更互动、更便捷,形成完善的基于大数据驱动的企业研发、设计、生产、营销、供应链管理和服务体系,显著提升满足下游用户个性化需求的能力。
  3.网络协同化制造新模式
  基于网络化制造产业链资源协同系统平台,实现钢铁企业同上下游资源和需求的有效对接。实现集团型企业基于订单的内部资源合理调配,以及各产线或厂区和供应链的并行组织生产。建立基于产品、能源、资源全生命周期的管控体系,实现从产品研发、生产制造到使用、循环利用及产业间高效协同。建立基于资源协同的可持续优化制造服务系统,实现钢铁产业链创新资源、生产供给和服务能力高度集成,显著增强资源和服务的动态整合与柔性配置水平。
  4.精准化运营管控新模式
  基于钢铁企业设备检测及控制、过程控制、车间及厂级制造执行系统、企业资源计划系统、企业管理及决策支持系统“五级”基础架构,推动大数据技术、数字孪生技术及工业互联网技术融合应用,有条件的钢铁企业率先实现扁平化管控运营发展,实现由五层向两层压缩集成,即决策层(整合管理决策系统及ERP)和制造层(整合MES/PCS/PLC)。钢铁企业精准化管控、高效化运营得到实现。
  (三)新业态
  钢铁智能制造发展,可建立新型业务架构,开展新型研发创新,构建新型管理决策机制,建成信息共享、业务集成、并行协同的新体系,生产、经营、研发、质量管控实现闭环控制和良性循环,打造现代化、数字化、精益化的“智”造工厂,形成钢铁智能制造新业态。
  1.新型支撑体系
  基于工业互联网,创建由边缘层、平台层、应用层组成的三层技术支撑体系。其中,边缘层实现数据汇集、实时分析、实时监控;平台层(包括数据中心、知识中心)为应用层提供数据、信息、知识的支撑;应用层基于经营、执行、控制等自主智能组件,无缝集成智能制造各项功能。
  2.新型业务架构
  基于信息物理系统,创建物理系统、信息系统、大数据中心和“数字孪生”四位一体的业务架构。新的业务架构打破了多层条块分割的“孤岛”,实现上下游联动、全流程智慧决策和精准执行。通过数据实时汇集、信息按需流动、知识充分分享,实现流程横向贯通、管控纵向协同、高效快速响应、全局统筹优化。
  3.新型研发创新
  推动研发、技术、质量、服务在线协同。以客户需求为导向,个性化定制为目标,实现定向精益研发。产品性能预判、工艺过程质量控制、质量风险管控智慧化,实现产品质量预报。上下游企业“零库存”“零距离”成为常态,实现智能营销。通过产品全生命周期智能质量管控和检测,为研发生产提供数据支撑,实现产品快速定向研发和质量改善。
  4.新型管理决策
  建立采购、生产、质量、销售、财务等全要素的大数据分析平台,搭建分析与预测功能架构,构建新型管理决策机制,实现经营绩效状况的科学分析与直观展示,及时发现经营中的短板问题,实现智能精准化管理,大幅度提高管理效能。
  (四)新动能
  基于钢铁生产、能源转换、废弃物消纳处理三大基本功能,融合智能制造新技术,实现横向集成、纵向集成和端端集成,从新材料、新技术、新流程、新管控、新运营、新型态多维度,培育钢铁工业发展新动能。
  1.新材料
  建立基于物联网、大数据、人工智能等技术的数字化研发、全流程质量管控体系,实现从产品设计、制造控制、质量追溯、质量预测、质量分析至质量改进的闭环,推动钢铁材料加速迭代升级和更新、更高、更优的钢铁新材料研发。智能制造将成为引领用钢需求,开拓市场空间的新动能。
  2.新技术
  将以装备自感知、自执行,工艺自适应,生产自决策,知识自积累,技能自学习为特点的新技术广泛应用于钢铁制造,排除人为干预,规避随机事件的发生。智能制造将成为保证生产平稳、效率提升的新动能。
  3.新流程
  实现产品研发、设计、生产到服务全过程协同优化;实现物质流、能量流、信息流三流协同,生产全流程紧凑连续、动态有序;通过网络协同,实现供应链的优化,向上保证生产供应需求,向下提供有效、及时供给。新流程更高效、更安全、更节约,成为显著降低生产成本的新动能。
  4.新管控
  基于数学模型的市场资源平衡计划,实现科学制定生产指标,建立基于动态平衡的产供销一体化计划,科学指导采购、销售与生产,实现产供销协同,适应市场变化;基于设备高度自动化和智能化,实现操作岗位自动化、危险岗位自动化、高负荷岗位自动化,让员工从简单的重复性劳动转变为更多地从事知识性、技术性工作,增强员工的幸福感和获得感;基于大数据和各类模型,具备全流程精准预测能力,企业内无随机事件发生。钢铁企业管控智能化成为保障全流程顺畅、平稳、高效运行的新动能。
  5.新运营
  全球定位系统、物联网、人工智能、大数据分析、数字孪生、机器视觉等技术融合于物质流、能源流中,实现高精度、高智能的自主导航与无人驾驶作业,实现厂外物流可视化、厂内物流无人化,提高物质、能源流运转效率,降低物质、能源流运输成本,降低安全事故发生率。基于大数据平台,钢厂经营情况更加迅速、透明、全面地得到反映,实现资金使用更高效,资金调配更科学,资金流转更通畅,大幅降低财务成本。钢铁企业运营智能化成为提高效率、降低成本、保障安全的新动能。
  6.新型态
  物联网、人工智能、大数据分析等技术的应用,及大规模定制新模式、网络协同制造新模式、扁平化精准管控新模式、研发生产数字化新模式的建立,打造出钢铁行业发展的新型态。
  服务型制造新型态,从以产品生产为中心向以用户需求为中心转变,突出材料服务功能,增加钢铁附加值。平台型制造新型态,以数据平台为支撑,打破企业、行业乃至国家的藩篱,支撑企业依托产业链或企业集群竞争,统筹国内外两个市场,增强企业竞争力。绿色化制造新型态,依托智能型节能、环保、安全管控系统实现钢铁低碳绿色制造,让钢厂与城市和自然更融洽。服务型、平台型、绿色化钢铁制造新型态将成为实现钢铁企业转型升级的新动能。
  结语
  我们坚信智能制造发展能够把钢铁带入一个新的世界,绿色钢铁能给我们带来更美好的未来。钢铁未来梦工厂,是绿色的,更是智慧的;是幸福家园,更是美好生活之源。实现我们的“梦”,是一项复杂而庞大的系统工程,不仅仅是钢铁行业自身的智能化,还包括用户和关联产业的智能化、智慧化;不仅仅是钢铁厂的智能化、智慧化,还包括人的观念转变和能力提升,不可能一蹴而就,更不能急于求成,需要全面规划、整体设计、扎实推进。
  “道阻且长,行则将至。”新时代,新钢铁,新征程,让我们共同努力!