工业互联网平台助力钢铁行业数字化转型方法论

钢铁行业作为我国重要的原材料加工制造业，具有生产流程长、生产流程复杂、供应链冗长等典型特征。如今，它面临着设备维护成本高、工业知识高度隐形、下游需求日益个性化、环保压力日益增大等挑战。围绕设备管理、生产控制、供应链管理和环保管理进行数字化改造迫在眉睫。连接所有要素、整个产业链和整个价值链的工业互联网是钢铁行业数字化转型的首选路径，但其应用中存在诸多问题。基于此，研究工业互联网平台如何在钢铁行业大规模应用，有利于推动我国钢铁行业关键生产设备管理、全过程控制、全产业链协调、能耗管理向数字化、网络化、智能化转型升级，有利于深化钢铁行业供应方的结构改革，开创钢铁行业高质量发展的新局面，实现钢铁大国向钢铁强国的转型，具有重要意义。

钢铁工业的数字化转型

趋势分析

设备管理从传统维护向智能维护转变。钢铁企业通常会部署许多高价值的设备，如高炉。过去，他们只能根据主观经验和固定的故障周期进行事后维护或定期维护。设备故障难以准确识别和修复，容易造成生产线停滞和生产安全等重大问题。随着智能传感器和通信技术的兴起，实时监测高炉等设备的温度、压力、流量等工况数据已经成为现实。基于此，可以实现对设备故障的自我感知、自我分析和自我决策，做好设备的预见性维护，降低维护成本，提高设备可靠性，保证生产的顺利运行。

生产技术从黑盒变透明。钢铁行业是典型的长流程行业，生产环节多，生产流程复杂，对工艺知识的依赖性高。长期以来，钢铁企业的冶炼工艺、冶炼配方、设备维护、运行管理的正常运行只能依靠高度隐形的人工经验，容易导致工人技术水平参差不齐，产品质量波动。随着信息技术在钢铁企业的深入渗透，对无形的生产经验进行挖掘和提炼，封装显式的软件模型，实现生产过程的透明，更有效地指导实际生产，提高生产效率和安全水平。

供应链系统从本地协作转变为全球协作。库存一直是钢铁行业的主要管理痛点，主要是由于上下游行业的信息盲区，家电、汽车等下游行业对钢材的需求日益个性化，使得科学高效的生产销售决策更加困难。传统的钢铁行业供应链只能通过合同来保证，信息孤岛问题突出，难以实现供应链中物料信息跨环节的自由流通，大大增加了企业的运营成本。钢铁企业可以将ERP、SCM等信息系统集成到供应链集成中，构建上下游信息流通渠道，结合产品需求、原材料供应和产能配置及时调整生产计划，提高产能利用率，减少库存积压，保证订单的稳定履行。

环保管理由粗放向清洁转变。钢铁工业作为我国的支柱产业，也是高能耗、高污染、高排放的代表性行业。当国家大力治理环境污染时，行业面临的环保成本急剧上升。钢铁工业迫切需要转变发展观念，重视环境的改善

设备的生命周期管理。钢铁行业工业互联网平台可以实时采集高炉等高价值设备的运行数据，结合设备故障诊断模型，自动对设备故障进行预警，确定最优的设备维护方案，实现设备的预测性维护。首先是设备状态监控。钢铁企业通过工业互联网平台实时采集高炉等设备的工作温度、工作环境和应力分布数据，并进行可视化处理，增强设备状态监测的可靠性。二是设备故障诊断。综合利用收集到的设备数据，结合设备故障诊断模型，对设备故障进行分析和预警，避免因设备故障造成生产停滞和安全问题。三、设备维修模拟。根据设备故障的位置和重要性，利用工业互联网平台模拟赛博空间的维护方案，选择可靠的维护方案，保证企业的正常生产。第四，设备创新设计。将高炉等生产设备的运行监控数据反馈给设备制造商，结合性能要求和应用环境，全方位模拟设备运行状态，确定最佳设备生产方案，形成良性迭代优化闭环

比如宝钢集团建立了钢铁行业设备远程运维的工业互联网平台，推动了设备维护从被动处理到主动管控、从单数据专项分析到大数据综合分析、从基于经验的预防性维护到基于数据的预测性维护、从简单反馈设备状态到提供整体解决方案的四大变革，为企业带来了显著的经济效益。设备运维成本降低5%以上，检修作业效率提高10%以上，设备整体效率提高5%以上，备件使用效率提高10%，基于平台的社会市场技术服务费每年为企业增加2000多万元。

智能生产。钢铁行业工业互联网平台可以将生产技术、生产过程控制、产品质量管理等领域涉及的工业知识转化为工业机制模型，并结合实际数据采集实现智能生产。一是生产工艺优化。工业互联网平台可以应用人工智能技术等先进技术，对赛博航天钢铁的工艺配方和工艺流程进行全方位、超逼真的模拟，从而获得最佳的生产工艺方案，缩短产品投放周期。第二，生产过程控制。工业互联网平台可以将生产过程中涉及的工艺知识、工业经验等技术要素封装、体现为可调用的机制模型，结合收集到的设备、环境、材料等参数，确定最优加工方案，提高生产效率。第三，产品质量控制。通过在工业互联网平台上部署生产质量分析模型，可以采用机器视觉等技术采集和分析产品的全过程质量数据，不断迭代优化闭环控制系统，实现全过程产品质量跟踪和自动控制，提高产品质量控制精度。

例如，东方国信利用其在机制模型和大数据分析领域积累的技术优势，开发了适合炼铁行业的工业互联网平台，实现了钢铁企业在流程优化、生产控制和质量管理方面降低成本、提高效率的经济目标。酒钢集团炼铁平台实施后，铁水质量稳定性提高20%，单座高炉年成本降低2400万元，冶炼效率提高10%。

供应链协调。钢铁行业工业互联网平台可以收集整理产业链的物料信息和产能信息，结合实际下游需求和企业产能，制定科学的生产计划，满足零库存运营的要求，实现供应链协调。第一，产业链物流协调。通过工业互联网平台，可以与上下游企业建立互联互通的数据通道，动态监控上游原材料供应，协助原材料采购决策；收集整理下游企业的订单和产品定制信息，自动生成生产计划，进行产品的个性化加工和精准配送。第二，社会范围内生产能力的协调。通过工业互联网平台整理其他钢铁企业的订单信息和基础信息，将产品性能需求与钢厂的生产工艺水平动态匹配，通过订单共享实现产能共享，提高钢铁行业的产能利用率。

例如，南京钢铁股份有限公司积极适应下游个性化需求，通过构建供应链管理的制造云平台，提供“JIT C2M模式定制服务”，寻求“个性化定制”与“规模化生产”的最佳平衡，使企业设计产品率提高0.15%，每吨产品附加值提高近100元，全票合同兑现率提高到98.94%，客户满意度提高到94.26%。

绿色生产。钢铁工业的能源消耗和环境保护问题日益突出。钢铁企业可以收集各生产环节的能耗和污染物排放数据，找出问题严重的环节，优化工艺和升级设备，降低能耗成本和环保成本，实现清洁、低碳、绿色生产。第一，节能降耗。通过贯穿钢铁企业整个生产过程的工业互联网平台，通过能源管控中心的建设，实现能源生产和能源消耗的自动实时数据采集和集中监控，并基于数据进行智能能源管理、能源供需平衡和能源预测优化，生成高效的能源利用方案，降低能源消耗成本。二是治污减排。钢铁企业可以在各种工艺设备的排污口设置智能监控传感器，将实时采集的污水数据传输到工业互联网平台，综合分析钢铁企业生产过程中有毒有害物质的排放情况，确定工艺优化和设备升级方案，减少对生态环境的污染和破坏。

比如酒钢集团是中国西部最大的钢铁联合企业，原料燃料主要靠自产。原料燃料质量差，质量波动大，高炉类型多样。由于反应堆的“黑箱”特性，其能耗成本和环保成本一直很高。东方国信炼铁平台实施后，酒钢集团单座高炉每年减少碳排放2万吨。东方国信预计，在整个钢铁行业实施Cloudiip平台后，中国钢铁行业每年将减少100亿元成本和1000万吨碳排放。

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