路俊萍
1 概述
人工智能、物聯網、大數據、云計算、機器人等新一代信息技術與先進制造技術加速融合， 引發了以智能制造為核心的新一輪產業變革，智能制造正在成為全球制造業變革和科技創新的制高點。以智能制造引導制造業高端化發展，將成為中國經濟由高速增長階段轉向高質量發展階段的關鍵驅動，作為制造業的重要組成部分，智能制造也將是鋼鐵工業實施創新驅動發展，實現轉型升級目標的突破口。
在制造企業邁向智能化的轉型過程中，大致經歷了以下幾個階段：1）模擬化。主要是測量設備、基礎儀表的完善，以及模擬信號的采集；2）自動化。主要是產線自動控制裝置、動力機械的配備，PLC、DCS 的完善；3）數字化。主要是測量儀表的數字化，生產實績的數字化，人機交互的發展；4）信息化。主要特征是信息流與業務流的協同，上下游生產工序的銜接，產線與產線的信息互聯；5）智能化。主要特征是信息物理系統 CPS 的構建，人工智能的應用，制造全過程的協同優化，并最終實現整個系統的自感知、自決策、自執行、自適應。
2 國內鋼企的探索與實踐
改革開放以來，中國鋼鐵企業引進了先進的軋鋼控制系統、數學模型和控制軟件、傳動控制系統，建設起許多熱連軋、冷連軋、中厚板、寬厚板生產線，從而使得軋鋼工序具有了 L0 級傳動控制、L1 級基礎自動化控制、L2 級過程控制、L3 級生產控制的多級的、完備的控制系統。以軋鋼自動化為先導，帶動了行業全工序生產自動化水平的不斷發展。
先進鋼鐵企業已經將信息技術廣泛應用于產品的研發設計、計劃排程、生產制造、質量監控、設備運維、能源管控、采購營銷、物流配送、客戶營銷、成本核算、財務管理、人力資源、安全環保、企業經營的各個流程。重點建設了 MES、ERP 系統、產銷系統和能源管理系統（EMS），基本實現了產供銷一體、管控銜接和運營協同。近些年，先進鋼鐵企業以 IaaS（基礎設施即服務）、PaaS（平臺即服務）、SaaS（軟件即服務）的架構建設了企業的私有云，并且逐步實施了基于 SaaS模式的客戶關系管理、供應鏈管理和物流管理。在熱連軋、冷連軋、中厚板、加工處理線等工序率先實現了按照客戶訂單組織生產的模式，即在一些工序中，實現了個性化定制。
目前，大中型鋼鐵企業已基本實現“工業 3.0”，具備一定的“工業 4.0”發展基礎，寶鋼、武鋼、首鋼、河鋼唐鋼、太鋼、沙鋼、南鋼等企業在智能制造實踐中效果突出，并已有 6 個項目被列入工業和信息化部智能制造試點示范中。
2.1 寶武集團
1）寶鋼股份 1580 熱軋智能工廠試點項目。
1580 智能車間改造以工業互聯網數據集成、混合模型與數據分析、多目標交互優化、智能機器人等為支撐技術，通過無人化板坯庫、全流程質量監控、智能點檢、機器人應用等，就熱軋產線開展智能化車間的探索與實踐，在工藝控制、物質能源協同化、勞動效率提升等多個領域，實現管控智能化、預測預警前瞻應變、業務協同多目標優化等智能化應用，提升產線的制造穩定性和靈活性，降低制造成本。
2）寶武韶鋼智慧中心。
韶鋼智慧中心的生產控制包括鐵區原料、燒結、焦化、高爐、鐵水運輸、環保 6 大工序的 24個系統，以及能介煤氣、蒸汽、發電、鼓風等 8 大系統的 38 個單元。韶鋼智慧中心整合鐵區和能介全部單元的控制與決策，實現了 5 公里以上跨工序、跨區域、遠距離、大規模集控，融合自動化、物聯網、大數據、人工智能的規模化、集中化應用，對鐵區和能介的生產運行進行智能感知、智能分析、智能預測和智能決策，為安全、協同、高效、智能生產提供了堅實的保障，也支撐了流程再造，進而推動了管理創新和組織變革。
3）寶鋼股份高爐控制中心。
寶鋼股份高爐控制中心，由寶鋼股份自主集成建設，它包含集中控制、智慧維檢、遠程診斷支持及多基地協同中心，不僅實現了 4 座高爐控制室物理意義上的合一，而且注重有機融合，通過一體化的操作平臺統一規范和標準，可強化交流、協作和互補，有效提高生產效率和操作水平；通過設置鐵前控制室，實時監控、收集高爐生產相關的物流和設備信息，可實現及時預警和快速響應；通過建立遠程支撐系統及體系，連通各基地網絡，可實現專家遠程集中指導，實現基地間在線診斷及技術交流與共享，提高支持效率和指導的及時性。
4）寶鋼股份湛江鋼鐵 1550 mm 冷軋智能化生產線。
寶鋼股份湛江鋼鐵以構建智能化、網絡化、集成化、柔性化的新一代冷軋生產線為主要目標，以傳感技術、網絡技術、人工智能技術、大數據技術、工業軟件技術、現代管理技術的交叉融合作為理論依據，通過 1550mm 冷軋智能化產線的探索實踐，以及智能化車間的建設，實現了智能感知探測、管控智能化、知識自動化、業務協同多目標優化等涵蓋制造全過程的智能化應用，達到了生產各環節的信息集成、信息資源的開發利用，使得自動化作業水平得到提升、制造過程的效率和質量得到提高、制造成本得到降低。
2.2 首鋼股份公司
首鋼股份公司“硅鋼一冷軋智能工廠”是以擁有酸軋、連退、精整等多產線的冷軋工廠為示范載體，應用物聯網、互聯網、大數據、人工智能等技術，以客戶需求為導向，通過工藝、設備、信息系統的智能化提升，在工藝全過程的關鍵部位，應用機器人、無人天車、智能檢測、智能磨輥等裝備和制造單元，打通設備端到端的連接，應用新一代工藝控制模型提高控制水平，提升全流程生產穩定性及效率。在應用層面對智能工廠進一步細分，構建以產品智能設計與工廠柔性化制造和營銷服務為核心，由能源、質量、設備、綠色安全進行支撐的智能工廠應用體系。
2.3 太鋼
太鋼“不銹鋼冷連軋智能車間項目”是以全面提升太鋼不銹冷連軋車間的決策水平、管理水平與效率、提高生產效率、產品質量，降低生產成本，節約能源消耗，保障安全、綠色生產，提高客戶滿意度為目標，將智能決策、智能管理、智能控制與智能裝備有機結合，打造不銹鋼冷連軋智能車間，并運用工業互聯網、大數據、自動化集成、人工智能等新一代信息通信技術，建設一個人、機器和資源聯通在一起的網絡化智能工廠。通過相互溝通協作，按照智能程序，智能化地組織生產過程，讓整個制造過程更加智能高效，從而不斷提升生產效率與產品質量，創造出智能產品。
2.4 南鋼
南鋼以個性化定制為主攻方向，運用物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術與生產制造深度融合，將數字化轉型作為企業變革戰略的核心，用智能制造思維深入開展企業的商業模式、業務流程、生產制造、客戶服務等各個環節的重構，打造智能工廠，為用戶提供個性化定制服務，推動了南鋼智能化制造、個性化定制、網絡化協同、服務化轉型，促進上下游供應鏈核心競爭力的提升，實現價值鏈增值與高質量發展。南鋼智能工廠項目加速推進南鋼智能化轉型，依托智能裝備、智能工廠、智能互聯、智能決策為架構的智能制造體系，實現銷售、財務、物流、服務等業務流程的一體化運行，整合提取經營、生產、能源、設備、物流等各業務數據，為構建企業的大數據管理和分析系統提供全方位的數據支撐。
3 國外鋼企的探索與實踐
以 JFE 鋼鐵公司、大河特種鋼鐵廠為代表的先進鋼鐵企業正在大力發展鋼鐵綠色化、智能化制造的鋼鐵制造新模式。
3.1JFE 鋼鐵公司
IoT、AI、CPS 等技術的基礎是數據科學。JFE 鋼鐵公司很早以來就開始著眼于鋼鐵領域的數據科學應用，推進技術開發。JFE 鋼鐵公司通過在控制領域的監控、調度中利用大數據和先進算法的開發，可提高控制精度和提出最優化方案，并將利用不斷進步的 AI 技術，建設成能實施自主學習、自律實施最優化作業的“智能化鋼鐵企業”，從而進一步推進高品質化、高效率化、省力化工作。
3.2 美國大河特種鋼鐵廠
美國大河特種鋼鐵廠是美國北部最先進的鋼鐵企業，主要生產管線鋼種、硅鋼以及用于美國汽車行業的先進高強鋼種。它借助德國西馬克最先進的特種鋼生產技術，并融合了美國本土科技公司 Noodl e.ai 研發的 AI 算法應用技術，實現了智能化工廠。大河特種鋼鐵廠通過廣泛分布的傳感器以收集數據發送 BEAST 平臺，幫助工廠在維護計劃、生產線調度、物流運營和環境保護等領域取得突破性進展，致使該廠 600 人滿負荷每年可生產 300 萬噸鋼鐵。
4 存在問題及建議
雖然我國鋼鐵行業智能制造取得了一定成績，但與國外鋼鐵企業的智能制造水平相比，仍然存在一些差距：一是鋼鐵行業智能制造水平不均，企業間的差距很大，寶鋼很先進，鋼鐵智能制造水平較高，但還有大量的鋼鐵企業的智能制造基礎有待進一步提升。二是行業基礎薄弱，智能制造整體處于起步階段，智能制造標準、軟件、信息安全機制還缺少行業標準和專業人力資源匹配，還有產品兼容性及集成度方面的問題。三是創新能力不足，我國鋼鐵行業在信息系統和物理系統開發、管理集成方面創新能力仍然較弱，產品生產工藝設計與智能管理決策支持系統綜合集成業務系統向產業鏈前端延伸，缺乏成熟的行業解決方案。
智能制造是一個龐大的系統工程，涉及資金、技術、人力等諸多方面，貫穿原材料采購、設計、訂單、生產排程、銷售、財務、服務全流程，每個企業甚至同一企業不同工序的智能化水平都存在差距。因此，鋼鐵企業不能急功近利、一哄而上，也不能盲目搬用其他類型制造的方法，而要根據鋼鐵企業自身的特點，理性認識、分步實施、有序推進，最終實現整個產業流程的智能化升級。