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中冶賽迪破解鋼鐵行業數字化轉型難題
(時間:2022/6/20 10:28:35)

  400多塊各類電子屏上實時顯示著大量生產數據,37個操作島向2公里外的生產基地傳達指令,生產基地內各類自動化設備有序運行、一線員工大幅減少……這是山東鋼鐵集團永鋒臨港有限公司智慧工廠內的場景。
  這座國內鋼鐵行業首個全流程數字化鋼廠,由中國五礦中冶集團下屬的中冶賽迪集團有限公司(下稱“中冶賽迪”)承建,自2021年6月運行以來,噸鋼成本較永鋒鋼鐵本部基地平均下降超100元,人均噸鋼產量超1500噸/年,預計年節約成本超2億元。
  中冶賽迪作為我國老牌鋼鐵設計院,近些年加快向科技型企業轉型,重點布局工業互聯網平臺和智能制造領域,著力破解工藝復雜、工序繁多、風險難控等鋼鐵產業升級難點,承建了一批引領性的鋼鐵智能制造項目,引領我國傳統鋼鐵行業數字化轉型。
  工藝流程龐雜制約鋼鐵產業升級
  盡管我國鋼產量長期保持世界第一,但20多年前,不少鋼鐵工程核心技術和裝備受制于人。中冶賽迪曾主持設計了我國首座自主建設的大型鋼鐵基地攀鋼和首座大型現代化鋼鐵基地寶鋼,十余年來瞄準鋼鐵行業“卡脖子”問題,相繼攻克鋼鐵全流程一大批關鍵技術,并形成了綠色電爐、特厚板連鑄、萬能軋機、無縫鋼管等自主研發的核心產品,推動了我國鋼鐵技術裝備的完全自主。
  當前我國鋼鐵技術和裝備能力總體上已處于世界領先水平,繼續以裝備升級、工藝流程優化等手段推動行業發展已進入瓶頸期,現階段如何開辟鋼鐵行業降本增效、綠色低碳轉型的新賽道?
  中冶賽迪董事長肖學文說,大數據、智能化正驅動著新一輪科技革命和產業變革,中冶賽迪一方面繼續加強鋼鐵工程技術和裝備研發,一方面于2010年組建中冶賽迪重慶信息技術有限公司(下稱“中冶賽迪信息”),融入自身60余年的行業積累和經驗,主攻大數據、智能化技術在制造業的應用,為傳統鋼鐵制造賦能。
  幾年下來,中冶賽迪發現,鋼鐵行業的智能制造比一般制造業難度大得多。中冶賽迪信息總經理徐燦、技術研究院院長張曉輝等介紹,多年前鋼鐵行業就開始了自動化革新,雖然提高了企業生產和管理效率,但這種自動化僅限于鋼鐵生產的部分設備和環節,沒有系統性解決生產依賴人工、管理環節眾多、各流程銜接不暢、管控效率低下等老大難問題。
  徐燦、張曉輝等業內人士認為,鋼鐵行業智能制造主要難在以下方面:一是鋼鐵制造流程復雜、工序繁多。鋼鐵生產從原料運輸、儲存、投料到焦化、冶煉、連鑄、軋鋼多達數十種工序,同時一個鋼鐵廠還有能源動力、環保處理、檢驗計量等設施設備,如何對諸多流程的海量數據進行收集、分析困難重重。如一座中等規模的鋼鐵廠每天進出的運輸車輛有數千臺次,僅保障車輛有序運輸一項,就讓不少鋼鐵廠頭疼。
  二是不同專業協同難、復合型人才缺乏。當前工業互聯網平臺多由互聯網頭部企業開發。由于工藝流程復雜,鋼鐵行業大數據、智能化需要人工智能、物聯網、冶金工藝等不同專業的協同,而這樣的復合型人才十分緊缺,僅靠互聯網企業難以勝任。
  三是此前全球鋼鐵行業缺少示范項目支撐,鋼鐵企業對大數據、智能化認識不足、存在顧慮。永鋒臨港智慧工廠相關負責人表示,此前企業管理手段都是憑經驗,無法準確評估數字化帶來的實際效果,有可能投入大量資金進行數字化改造,結果可能是單工序成本降低但總體成本升高。此外,業內人士介紹,鋼鐵廠產線一旦停機或不穩定,對整個生產都會帶來較大影響,因此一些鋼企對大數據、智能化改造持觀望態度,不愿在自己的產線上試驗。
  從工程技術服務邁向鋼鐵智能制造
  “我國擁有世界最大的鋼鐵產能和鋼鐵市場,有條件更有理由做出別人做不到的引領性創新!毙W文說。
  在鋼鐵工程技術服務傳統業務的基礎上,中冶賽迪將大數據、智能化作為企業的戰略性業務,將下屬的中冶賽迪信息公司員工規模從200人左右擴大到上千人,大力引進物聯網、人工智能等專業人才,潛心研發,在工程技術公司中率先構建起涵蓋“自動化、信息化、智能化產品與方法、大數據平臺與算法、數字化設計與交付”的“五位一體”大數據、智能化能力體系。
  另一方面,中冶賽迪采取循序漸進的策略,從單個生產環節到單個生產區域再到全流程,逐步推動鋼鐵行業的數字化轉型升級。
  “構建數字智能工廠,是在現有技術的基礎上進行設備物聯、資源整合,通過算法對蘊涵規律且傳統方法無法處理的海量數據進行收集分析,形成模型、產品應用于再生產,從而提高生產效率,真正打破信息孤島,讓數據的要素價值體現出來!毙鞝N說。
  經過幾年的人才和技術積累,2016年中冶賽迪日益成熟的大數據、智能化技術在寶武集團湛江鋼鐵基地一期項目首次應用。
  這個由中冶賽迪總體設計的現代化鋼鐵基地,建成了全球鋼鐵行業首個智能環保無人原料場、無人碼頭系統、智慧鐵水運輸系統等。以該基地無人化鐵水機車為例,中冶賽迪通過應用數字孿生、環境感知、智能調度等技術,實現了鐵水機車無人駕駛,徹底改變了鋼鐵廠鐵水運輸人工駕駛、調度、管理的傳統模式,讓機車利用率提升12.5%、運輸效率提高10%、油耗降低5%。
  得益于這些智能化技術的應用,寶武湛江鋼鐵基地與全國行業平均水平相比,粉塵廢氣排放量降低25%、運營成本降低15%、勞動生產率提高40%。
  部分鋼鐵生產環節作業危險程度較高,如何讓工人既遠離危險作業區又保證生產效率?在單個生產環節智能化取得突破后,中冶賽迪開始探索實現鋼鐵生產區域的智能化。
  寶武集團廣東韶關鋼鐵有限公司煉鐵區內,各車間不見工人身影。5公里以外的韶鋼智慧中心,7個工作島實時收集分析著生產區35萬個數據點的數據,監測、調度著8大工序、30個系統,替代了原來42個中控室,讓400多名員工撤出操作現場。
  這個由中冶賽迪開發建設、將廢棄廠房改造而成的韶鋼智慧中心,是全球首個鋼鐵廠智慧集控項目,設計時尚、環境優雅,乍一看如同文創園區。該中心2019年1月投用后,韶鋼噸鐵成本降低25元,平均日產量提升500噸,總體勞動生產率提升近40%,年創造經濟效益2億多元,被中國鋼鐵行業協會評為2019年兩化融合優秀成果案例。
  在技術應用的同時,中冶賽迪大數據、智能化研發也結出碩果。近兩年,中冶賽迪累計申請大數據、人工智能相關發明專利95項;推出的“水土云”工業互聯網平臺,獲2020年第二屆中國工業互聯網大賽總決賽冠軍,成為我國工業互聯網標識解析二級節點(冶金行業)建設牽頭單位。
  攻克全流程數字化難題
  中冶賽迪在設計承建了一批智能制造項目后,在鋼鐵行業內引發關注,不少鋼鐵企業看到了大數據、智能化帶來的新機遇。于是山東鋼鐵集團永鋒臨港有限公司與中冶賽迪一拍即合,合作建設全國首個全流程數字化鋼鐵基地。
  永鋒臨港智慧工廠相關負責人說:“數字化工廠是未來的趨勢,中冶賽迪具有60多年的鋼鐵廠設計和建設經驗,近些年建成的數字化項目取得了很好的效果,我們這個新基地就是要打造全新的鋼鐵數字化工廠!
  為做好這一行業開創性項目,中冶賽迪投入精兵強將,但仍遇到不少難題。徐燦、張曉輝說,要打通鋼鐵生產制造全流程,工程量非常大;同時該項目邊建設邊投產,涉及多方面的協同;數字化工廠平臺建好后,還不能因優化升級影響正常生產,如同“開著飛機換引擎”。
  中冶賽迪派出由40多個不同專業、200多人組成的項目團隊常駐工地,設計出“工業互聯網平臺+智能管控一體化、鐵區一體化、鋼軋一體化”的智慧工廠體系架構,開發了煉鋼、軋鋼、物流等12大類智能應用App,連接現場超過2.4萬臺各類傳感設備,實現全廠全流程數字化管控。
  以鐵水鋼水溫度管控為例,精準的溫度控制是鋼鐵生產中保障產品質量、降低能耗的關鍵環節。傳統鋼鐵廠因各生產環節不銜接,導致溫度不穩定。中冶賽迪建設的數字化系統可實時跟蹤高爐鐵水、煉鋼鋼水、出鋼鋼坯等各工序的溫度情況,并基于模型預測目標溫度,為鐵水指吊、出鋼節奏、精煉加熱升溫提供指導。系統上線后,精煉電耗每噸鋼降低2千瓦時,轉爐、連鑄平均生產周期環比分別下降1分40秒、3分2秒。
  永鋒臨港智慧工廠負責人介紹,智慧工廠投產以來,數字化平臺運行穩定,解決了各工序和廠部之間斷點、不透明等難題,實現了全流程全要素的數字化連通、工序上下游高效銜接。
  目前,中冶賽迪的大數據、智能化技術已為全球30%鋼鐵產能賦能,包括中國寶武集團、安賽樂米塔爾等全球鋼鐵頭部企業。
  中國工程院院士、中國金屬學會理事長干勇表示,中冶賽迪將信息化大數據和鋼鐵工業深度融合,走出了一條創新之路,打造了引領鋼鐵行業智能制造的典型案例。



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