智能工廠建設(shè)不可能一蹴而就、包打天下
北京科技大學(xué)工程技術(shù)研究院副總經(jīng)理 邵健
智能制造極大促進了我國鋼鐵工業(yè)的數(shù)字化、智能化、綠色化轉(zhuǎn)型，2021年底發(fā)布的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》進一步明確了智能制造是制造強國建設(shè)的主攻方向，其發(fā)展程度直接關(guān)乎我國制造業(yè)質(zhì)量水平。工廠或車間作為冶金企業(yè)運營的重要節(jié)點在技術(shù)迭代中被重點關(guān)注。過去5年，依托新一代信息技術(shù)開展的冶金智能工廠研討、設(shè)計與實踐一直是行業(yè)的熱點，也是從設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造全過程開展的智能制造典型、系統(tǒng)性案例。
那么，如何進行智能工廠的設(shè)計與實踐？
首先，流程特點、工廠痛點要優(yōu)先被考慮。國民經(jīng)濟中主要的工業(yè)領(lǐng)域如鋼鐵、有色金屬、石化、水泥、造紙等，因?qū)ο蟆⒘鞒?、基礎(chǔ)條件、行業(yè)焦點等不同，智能工廠的建設(shè)也必須考慮共性基礎(chǔ)上的個性化設(shè)計。鋼鐵工業(yè)是關(guān)乎國計民生的支柱產(chǎn)業(yè)，也是我國經(jīng)濟持續(xù)增長的重要支撐力量，但目前與國際先進水平相比，仍面臨著環(huán)境負荷重、資源利用率低、綜合能效低、產(chǎn)品同質(zhì)化低值化等共性問題。改善這些問題需要解決長期存在的痛點與頑疾，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的高效率、制造能力的極致化、多區(qū)域的信息融通、多業(yè)務(wù)協(xié)同等。
其次，智能工廠建設(shè)要定位做傳統(tǒng)控制“增量”。在傳統(tǒng)三級計算機系統(tǒng)支撐下，過去的20多年中，大中型鋼鐵企業(yè)在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化、模型化、信息化方面已經(jīng)取得優(yōu)異的成績，現(xiàn)有的多級計算機系統(tǒng)構(gòu)架具有全局優(yōu)化的局限性，智能工廠建設(shè)則為解決如上問題提供了契機。當前，各個環(huán)節(jié)存在的“頑疾”大多是多因素或多目標問題，以大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)、5G等為代表的新一代信息技術(shù)應(yīng)在傳統(tǒng)三級計算機系統(tǒng)上做“增量”，從全局加以考慮、設(shè)計。只翻炒新概念，不針對性地考慮新信息能夠帶來什么、怎樣做技術(shù)革新與突破，最終只能是原地踏步。
最后，分層構(gòu)架設(shè)計及面向雙智控目標支撐全局。鋼企應(yīng)以KPI指標體系及逐層分解模型為導(dǎo)向，設(shè)計智能支撐、智能生產(chǎn)、智能管控3層智能工廠構(gòu)架，以短板補齊、智能檢測、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺等為支撐，以關(guān)鍵績效指標為牽引，借助精準感知、數(shù)字孿生、智能算法等技術(shù)，瞄準操維集中和業(yè)務(wù)協(xié)同雙智控，提高產(chǎn)線極致制造能力和業(yè)務(wù)高效協(xié)同能力。通過實現(xiàn)物質(zhì)流、能量流、信息流互聯(lián)互通，完成生產(chǎn)過程中大尺度的全局優(yōu)化和資源配置，可推動真正意義上的工廠技術(shù)變革，并在優(yōu)化工廠組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程、強化精益生產(chǎn)方面帶來長足的進步和顯著的效果。
煉鐵、煉鋼、軋鋼是鋼鐵生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)。以熱軋為例，智能工廠建設(shè)可以按智能支撐、智能生產(chǎn)、智能管控3個層級來建設(shè)：
第一，智能支撐層是智能工廠建設(shè)的基礎(chǔ)，主要瞄準智能工廠建設(shè)所必備的全線設(shè)備自動化、物料數(shù)字化和信息獲取全域化。這層面內(nèi)容包括控制系統(tǒng)的短板補齊、新增智能檢測與裝備技術(shù)、機器人代人、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)等。在熱軋中，具體如通過棒材、鋼管的逐支跟蹤系統(tǒng)解決物料數(shù)據(jù)對應(yīng)；開發(fā)鐮刀彎、翹扣頭、機架間跑偏、卷取定尾等智能檢測程序，獲取軋線物料狀態(tài)并為生產(chǎn)智能化服務(wù)；利用鋼卷自動噴號可降低工作強度和容錯率，改善工作環(huán)境；基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)的熱軋大數(shù)據(jù)中心建設(shè)，則可實現(xiàn)全域數(shù)據(jù)的收集、治理、服務(wù)，為上層應(yīng)用模型提供全面支撐。若不建設(shè)強大的智能支撐層，智能工廠會面臨大量的工序斷點、數(shù)據(jù)斷點、人工干預(yù)，智能工廠無從談起。
第二，智能生產(chǎn)層聚焦生產(chǎn)運行的集約化建設(shè)，是智能工廠的有形價值體現(xiàn)。這是過去5年各個智能化工廠的重點關(guān)注內(nèi)容，主要瞄準過程控制智能化、生產(chǎn)操作少人化，來實現(xiàn)車間運行集中操控，內(nèi)容包括新一代控制系統(tǒng)實現(xiàn)自感知、自決策、自執(zhí)行和自學(xué)習(xí)，生產(chǎn)全過程的一鍵式、高精度、無人化、少人化綜合運行技術(shù)，以及在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)高效生產(chǎn)、崗位優(yōu)化、操作集控和精益生產(chǎn)。在熱軋中，具體如無人行車和智能庫管技術(shù)、“1+N”操作集控技術(shù)、磨輥間集中控制等，智能生產(chǎn)層也是熱軋高度度自動化的外在表現(xiàn)，并可通過集約化方式倒逼軋線全方位技術(shù)升級。
第三，智能管控層聚焦大數(shù)據(jù)應(yīng)用，是智能工廠建設(shè)的無形價值體現(xiàn)。這個層面主要關(guān)注流程信息透明化、工廠管理扁平化和業(yè)務(wù)決策精準化，具體包括以數(shù)字產(chǎn)品為核心構(gòu)建業(yè)務(wù)集控中心，以績效動態(tài)指標管理為導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)、質(zhì)量、成本、設(shè)備等多業(yè)務(wù)大尺度協(xié)同，智能管控近些年也被用戶廣泛關(guān)注。在熱軋中，具體如建立工廠級質(zhì)量管控系統(tǒng)、精細化能源系統(tǒng)、精細化成本系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)視與工藝分析系統(tǒng)等，通過數(shù)據(jù)分析方法和工藝技術(shù)的融合解決現(xiàn)場多類遺留問題。
由馬鋼、北科大、寶信軟件等聯(lián)合研發(fā)的馬鋼熱軋智能工廠是國內(nèi)首條雙智控示范線。該項目的順利投產(chǎn)也證明了面向雙智控的多層次智能工廠構(gòu)架具有合理性和可行性，并已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)形成了良好的示范效應(yīng)。目前，該項目實現(xiàn)主線減員超過35%，產(chǎn)能提升8%，成本下降10%，質(zhì)量降級率下降10%，達到預(yù)期效果。
通過近些年的實踐，國內(nèi)冶金智能工廠的建設(shè)已經(jīng)走上了快車道，且探索出了一條適合中國現(xiàn)階段發(fā)展特點的冶金智能工廠建設(shè)路線，我們在技術(shù)先進性及成效方面均處于領(lǐng)跑水平。同時，我們也欣喜地看到，智能工廠建設(shè)正強力倒逼著企業(yè)自動化、信息化技術(shù)升級，并以KPI目標及逐層分解為導(dǎo)向的分層設(shè)計保證了項目成效。值得強調(diào)的是，在弱人工智能的背景下，研發(fā)團隊及實施隊伍的背景和技術(shù)底蘊一定程度上決定了智能工廠建設(shè)的成敗和高度，對相關(guān)人才的培養(yǎng)和技術(shù)積累不是一朝一夕能夠完成的。這也提醒我們，智能工廠建設(shè)不可能一蹴而就，也不能包打天下，唯有腳踏實地、勇于創(chuàng)新、面向終端，才能將智能工廠真正做好、做實。
