2016年12月7日，《智能制造“十三五”發(fā)展規(guī)劃》正式發(fā)布，對(duì)我國(guó)制造業(yè)向智能化方向升級(jí)提出了明確要求。鋼鐵業(yè)作為國(guó)內(nèi)最典型的制造業(yè)之一，在實(shí)現(xiàn)智能制造方面任重而道遠(yuǎn)。作為一種全新的概念，我國(guó)鋼鐵企業(yè)既要趟出一條符合自身產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特色之路，同時(shí)也要借鑒、吸收國(guó)外其他企業(yè)的方式方法，少走彎路，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。

本文介紹的是韓國(guó)浦項(xiàng)打造智能化鋼廠的思路，即以改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率為目的，考慮如何將智能化應(yīng)用于鋼廠各連續(xù)生產(chǎn)工序之間，使其達(dá)到協(xié)同、交互和改進(jìn)的效果，并通過一些智能工廠的典型實(shí)例來說明智能制造如何優(yōu)化鋼廠生產(chǎn)流程并提高效率。通過本文介紹，希望可以為國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)提供一些借鑒或啟發(fā)。

通過傳統(tǒng)工業(yè)與ICT(信息、通信、技術(shù))技術(shù)的融合，第四次工業(yè)革命已經(jīng)給人類帶來了巨大的、前所未有的變化。物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、大數(shù)據(jù)和人工智能(AI)的聯(lián)合推動(dòng)加快了傳統(tǒng)工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

為了適應(yīng)第四次工業(yè)革命帶來的種種變革，許多亞洲鋼鐵企業(yè)都在采取行之有效的手段以確保自身優(yōu)勢(shì)。韓國(guó)鋼鐵巨頭浦項(xiàng)采用的是“TheSmarterPOSCO mandate”模式(見文后鏈接)，不僅增強(qiáng)了其核心業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)力，還推動(dòng)了相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展。

全球首家實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的鋼鐵廠模式

浦項(xiàng)的光陽廠主要生產(chǎn)船舶和海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)專用的厚板產(chǎn)品。該廠涵蓋了煉鋼、連鑄和軋鋼的全流程。在構(gòu)建鋼鐵生產(chǎn)的智能工廠方面，需要考慮行業(yè)的特定要求。

首先，鋼水經(jīng)連鑄工序凝固成板坯，板坯頻繁地被切割、翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)時(shí)，其物理性能會(huì)發(fā)生變化，因此很難通過跟蹤來發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生缺陷的根源。其次，通過在線調(diào)整或改變上工序和下工序生產(chǎn)耗資巨大，也是非常困難的。例如，所有的材料均設(shè)定了生產(chǎn)路徑和順序，如果在工序中出現(xiàn)故障，流程就會(huì)停擺，直到問題完全解決。再次，各種材料在同一設(shè)備中處理，在生產(chǎn)一種產(chǎn)品時(shí)，需要一系列的設(shè)備和生產(chǎn)方法，因此很難發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致問題的確切原因。

認(rèn)識(shí)到浦項(xiàng)定位的全球優(yōu)等產(chǎn)品(WorldPremium，即WP)生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，光陽廠建立了智能工廠的模型，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能應(yīng)用于生產(chǎn)、員工安全和成本管理。

為了滿足行業(yè)特定要求，浦項(xiàng)將德國(guó)工業(yè)4.0進(jìn)行了如下改進(jìn)：將學(xué)術(shù)上的概念、理論轉(zhuǎn)換為車間級(jí)的實(shí)際和實(shí)用措施;采用一種符合相關(guān)政策的、以價(jià)值為中心的、可產(chǎn)生良好結(jié)果的方法;將領(lǐng)域知識(shí)與信息通信技術(shù)融合，而不僅僅是通過信息技術(shù)實(shí)現(xiàn);采用一種演進(jìn)方法而不是一種大爆炸(big-bang)方法;靈活采用嚴(yán)格的工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)，便于車間部署。

智能工廠在光陽廠的實(shí)施細(xì)節(jié)

1.智能工廠項(xiàng)目的選擇

TheSmarterPOSCOmandate的中長(zhǎng)期愿景就是：為了提高全球競(jìng)爭(zhēng)力，選擇智能工廠項(xiàng)目，最大化地提升客戶價(jià)值。在生產(chǎn)運(yùn)作、質(zhì)量、維護(hù)、安全和能源等方面，浦項(xiàng)與鋼鐵研發(fā)和IT領(lǐng)域的專家積極合作，產(chǎn)生新的創(chuàng)意，構(gòu)建包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合項(xiàng)目，重點(diǎn)關(guān)注傳感、分析和控制。

在項(xiàng)目選擇中，浦項(xiàng)優(yōu)先考慮靈活性和潛在結(jié)果，其目標(biāo)就是對(duì)過去依賴于經(jīng)驗(yàn)的工作進(jìn)行量化和自動(dòng)化處理，同時(shí)對(duì)內(nèi)在聯(lián)系的工序進(jìn)行分析，利用預(yù)測(cè)模型，擴(kuò)大自主控制的比重。

2.開發(fā)智能工廠的數(shù)字基因組圖譜

在PLC/DCS等生產(chǎn)控制系統(tǒng)，以及ERP和MES的商務(wù)系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)駐留，浦項(xiàng)進(jìn)行了廣泛、深入的評(píng)估，甚至包括安裝在生產(chǎn)機(jī)器上單個(gè)傳感器發(fā)出的數(shù)據(jù)。這項(xiàng)嚴(yán)格的工作程序的目標(biāo)方向如下：確定可能影響生產(chǎn)和質(zhì)量的，沒有被捕捉、儲(chǔ)存或使用的數(shù)據(jù)(結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，宏/微數(shù)據(jù));對(duì)約6萬個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體的屬性進(jìn)行規(guī)范描述，確保所有利益相關(guān)方達(dá)成共識(shí);在統(tǒng)計(jì)材料到成品的數(shù)據(jù)之后，將生產(chǎn)操作、質(zhì)量和維護(hù)、上下生產(chǎn)工序的數(shù)據(jù)相聯(lián)系，繪制出鋼鐵工廠的數(shù)字基因組圖譜。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，浦項(xiàng)在制造業(yè)上充分利用微數(shù)據(jù)(此前這些數(shù)據(jù)僅有6%得到利用，剩下94%都被舍棄)。此外，浦項(xiàng)還采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集新的、額外的數(shù)據(jù)。在處理客戶索賠時(shí)，可快速和輕易地跟蹤缺陷在哪里出現(xiàn)，并追溯到原材料。在缺陷傳遞到下一工序之前就及時(shí)上報(bào)。這樣一來，前工序的問題在生產(chǎn)過程中就得到解決。

3.用于連續(xù)加工工業(yè)生產(chǎn)的浦項(xiàng)智能工廠平臺(tái)PosFrame

通常而言，一個(gè)軟件平臺(tái)可以開發(fā)并采用各種應(yīng)用軟件。一個(gè)智能工廠平臺(tái)作為一個(gè)軟件子結(jié)構(gòu)，可以支持智能傳感、智能分析和智能控制。

PosFrame是專為連續(xù)加工工業(yè)而建立的平臺(tái)，具有如下功能：通過高速采集及相互關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，宏/微數(shù)據(jù)，將數(shù)字基因組圖譜用于生產(chǎn)操作;以相同的難易程度和速度，將生產(chǎn)操作、質(zhì)量、維護(hù)、安全和能源等方面的智能工廠手段快速轉(zhuǎn)換為智能手機(jī)的應(yīng)用程序;將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)等各種新技術(shù)用于普通平臺(tái)，便于企業(yè)開展智能工廠業(yè)務(wù);為其他類似工廠推出低成本的智能工廠模型，并輔以標(biāo)準(zhǔn)化的、可重復(fù)使用的軟件組件。

4.智能工廠項(xiàng)目實(shí)施與成果共享

在全面實(shí)施智能工廠項(xiàng)目之前，為了驗(yàn)證商業(yè)可行性，浦項(xiàng)還將運(yùn)作中試項(xiàng)目。每個(gè)初級(jí)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)都被用于下個(gè)項(xiàng)目，并不斷積累。成功案例在類似的工廠得以復(fù)制。采用智能工廠項(xiàng)目的工廠將于2017年完成，在維護(hù)、操作、質(zhì)量、安全和能源等方面進(jìn)行了改進(jìn)。維護(hù)：預(yù)先安排常規(guī)維護(hù)，故障檢修將提前被預(yù)見性維護(hù)所取代;操作：預(yù)先安排的生產(chǎn)將被實(shí)時(shí)、自適應(yīng)生產(chǎn)所取代，靈活應(yīng)對(duì)需求、質(zhì)量和維護(hù)狀態(tài)的變化;質(zhì)量：響應(yīng)式質(zhì)量控制將被實(shí)時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制所取代;安全：?jiǎn)T工安全在過去主要依賴于物理屏障和安全培訓(xùn)，但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將自動(dòng)識(shí)別危險(xiǎn)，并發(fā)出警報(bào);能源：預(yù)先安排的能源生產(chǎn)和分配將被最優(yōu)的模式所取代，主要基于供需變化以及操作環(huán)境的改變，這將節(jié)省成本，同時(shí)減少二氧化碳排放(如下表所示)。

此外，目前用于培訓(xùn)的虛擬工廠將在網(wǎng)絡(luò)空間的環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用。

浦項(xiàng)智能工廠的幾個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目

實(shí)例一：從材料到成品的缺陷跟蹤

在加工的過程中，板坯的長(zhǎng)度和形狀不斷改變。因此，質(zhì)量控制工程師需要更多的時(shí)間和精力采集、分析數(shù)以萬計(jì)的數(shù)據(jù)，最終確定缺陷產(chǎn)生的原因，但仍很難找出確切原因。

為了解決這一問題，浦項(xiàng)設(shè)計(jì)出一種全新的、實(shí)時(shí)采集宏/微數(shù)據(jù)的方法，這些有關(guān)操作、質(zhì)量控制和維護(hù)的數(shù)據(jù)與產(chǎn)品長(zhǎng)度和寬度的每個(gè)單元一致，并將每個(gè)工序階段的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，因此，工程師分析數(shù)據(jù)的時(shí)間可節(jié)省一半。

例如，如果表面缺陷檢測(cè)器在鋼板上檢測(cè)到任何裂紋，來自上一工序的操作、質(zhì)量控制和維護(hù)數(shù)據(jù)將在每個(gè)階段以100mm的產(chǎn)品增量進(jìn)行分析，從板材追溯到母材和板坯。這樣就可以使工程師確定缺陷發(fā)生的精準(zhǔn)原因，為改進(jìn)產(chǎn)品節(jié)約了時(shí)間。

實(shí)例二：在連鑄工序中減少不必要的火焰清理

用于從板坯去除表面缺陷的火焰清理工序，是難度最大的工序。由于質(zhì)量要求高，WP產(chǎn)品都要進(jìn)行火焰清理，但是，如果是普材產(chǎn)品，只需要檢查板坯樣品，如果有缺陷，整批帶有缺陷的板坯都要進(jìn)行火焰清理，這意味著普通板坯進(jìn)行了不必要的火焰清理。而WP產(chǎn)品比重的提高進(jìn)一步加劇了火焰清理工序的使用。

光陽智能工廠分析了來自各工序的結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并自動(dòng)檢測(cè)單塊板坯上的表面缺陷。這降低了火焰清理的頻次，從而減少了生產(chǎn)負(fù)荷，生產(chǎn)更多的WP產(chǎn)品。找到了缺陷的根源所在，就可改進(jìn)煉鋼和連鑄等上工序，并引導(dǎo)軋制和剪切等下工序?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化操作，顯著降低成品缺陷。這就是在不提高產(chǎn)能的前提下，采用數(shù)據(jù)和軟件技術(shù)解決問題的典型案例。

實(shí)例三：在網(wǎng)絡(luò)空間里模擬新產(chǎn)品研發(fā)

煉鋼工序需要大規(guī)模的設(shè)備投入，因此，很難有單獨(dú)的流程測(cè)試新產(chǎn)品。而且，由于鋼鐵生產(chǎn)的固有特性，其也很難像電冰箱和洗衣機(jī)等家電企業(yè)一樣，通過設(shè)計(jì)和模擬軟件開發(fā)新產(chǎn)品，并測(cè)試其性能。為了應(yīng)對(duì)這些調(diào)整，虛擬工廠持續(xù)研究在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如何進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)和模擬。

在虛擬工廠中，浦項(xiàng)根據(jù)鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)訣竅，通過3D技術(shù)建立的設(shè)備與高級(jí)控制算法和操作技術(shù)相結(jié)合，用于培訓(xùn)和調(diào)試，如圖所示。在不久的將來，虛擬工廠將能夠進(jìn)行中試生產(chǎn)，節(jié)省巨額費(fèi)用。

為了成為全球制造業(yè)先進(jìn)典范，浦項(xiàng)并不滿足于現(xiàn)有的成就，而是在持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新。通過產(chǎn)學(xué)研的合作，持續(xù)開發(fā)人工智能和虛擬工廠等技術(shù)，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，通過智能工廠項(xiàng)目，浦項(xiàng)連接客戶和供應(yīng)商的價(jià)值鏈也將更加穩(wěn)固。

相關(guān)鏈接

TheSmarterPOSCOmandate“TheSmarterPOSCOmandate”是指通過數(shù)字化和智能化釋放潛在價(jià)值，從而創(chuàng)造全新的、差異化的價(jià)值。其中，數(shù)字化包括存儲(chǔ)、分析、利用和仿真各種數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與人、產(chǎn)品、資產(chǎn)和操作過程等信息相關(guān)。智能化利用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，讓機(jī)器可以理解、執(zhí)行并改進(jìn)運(yùn)作模式。

除此之外，浦項(xiàng)制鐵對(duì)智能工廠作出了新的定義，即：利用ICT技術(shù)調(diào)查和分析生產(chǎn)工序，通過傳感、分析，并作出適當(dāng)控制，從而降低成本、減少缺陷、縮短停機(jī)時(shí)間，進(jìn)而優(yōu)化生產(chǎn)模式。

具體而言，一座智能鋼鐵廠是通過“智能傳感”“智能分析”“智能控制”逐步發(fā)展的。智能傳感指實(shí)時(shí)采集、轉(zhuǎn)化和連接來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可視性;基于冶金技術(shù)理論、專業(yè)知識(shí)和大數(shù)據(jù)分析的綜合體系，智能分析可預(yù)測(cè)生產(chǎn)工序的狀態(tài)，即車間的產(chǎn)品流向，以及生產(chǎn)狀況;智能控制是指智能機(jī)器學(xué)習(xí)掌握最佳方案，并優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

(關(guān)鍵字：浦項(xiàng) 智能鋼廠)