智能制造引领转型升级钢铁强国之路任重道远

施灿涛 吴秀婷

加快发展智能制造，是培育我国经济增长新动能的必由之路，是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择，对于推动我国制造业供给侧结构性改革，打造我国制造业竞争新优势，实现制造强国具有重要战略意义。2017年1-10月，我国粗钢产量为7.1亿吨，中钢协会员钢铁企业销售利润率为4.41%，仍然低于工业企业6.24%的平均水平。可见，我国钢铁行业虽然整体实现扭亏为盈，但利润水平仍然较低。我国钢铁工业在铁矿石等原料受制于人、能源环保等环节压力巨大的情况下，以较低成本向市场提供有竞争力的产品是企业的必然选择，因此，应将利润率作为衡量我国钢铁工业综合实力的关键指标。钢铁智能制造从提升钢铁制造过程中新钢种高效研发能力、产品质量稳定生产能力、柔性化生产组织能力、能效成本综合控制能力等方面实现产品规模化生产与定制式制造相融合，提升以利润率为关键指标的钢铁企业综合竞争力，从而实现我国从钢铁大国到钢铁强国的跨越。

一、我国钢铁两化融合历程回顾

信息化是钢铁企业智能化的初始形态，在这一阶段实质上并不算真正意义上的智能化，但是作为智能化的先导形态，却是智能化发展不可或缺的基础阶段。

钢铁行业的信息化发展大致可分为三个阶段。2000年以前是起步探索阶段，主要是钢铁企业的信息化初始阶段；2000-2010年是飞速发展阶段，钢铁企业的信息化向集成化发展；2010年至今是成熟转化阶段，钢铁企业信息化建设逐渐成熟，向智能化转变。

（一）部门信息化：单项应用

20世纪80-90年代初是尝试摸索阶段，信息系统在原有的人工作业流程之上进行电子记账，实现功能电子化。90年代后期，认识到管理信息化的重要，部分钢铁企业（宝钢、马钢等）加强投资于生产自动化，开始考虑系统集成和产销、财务管理等业务需求，注重信息系统项目投资的效益回收——应用功能的建立，少数领先者开始引进外界咨询及技术移转，建设“产销一体化”的信息系统。

（二）企业信息化：综合集成

进入21世纪，钢铁企业信息化建设的方向随钢铁行业环境的变化而调整。钢铁电子商务的建设、钢铁信息系统的应用扩大到与客户、供应商之间的应用。钢铁企业开始完善从生产现场到管理决策的纵向集成；在核心信息管理系统的基础上扩充开发新的应用功能；增加许多分布式信息系统；企业在信息系统建设上的投资增大，信息部门组织更加扩大，人员增多；信息管理系统成为企业运行不可或缺的支柱。

（三）深度信息化：智能提升

深化提升是一个创新突破阶段，通过关键业务环节以及应用系统之间的协同和集成，实现智能制造和智能化决策。2010年以来，随着智能制造、两化融合以及“互联网+”等政策的提出，钢铁企业将流程工业特点与现代互联网信息技术深度融合，借助智能化和定制化的智能制造技术，努力打造钢铁企业的柔性生产。

经过多年的持续推进，钢铁企业信息化的覆盖率为我国工业领域之首，钢铁企业两化融合的成熟度居于我国工业领域前列。在先进企业的示范带动下，钢铁行业经过自主创新、消化引进再创新，近年在基础自动化、过程自动化和企业经营管理系统建设方面取得了很大进步，为钢铁行业智能制造奠定了较好基础。

二、我国钢铁智能制造发展现状

（一）两化融合水平明显提升

近年来，信息化技术在生产制造、企业管理、物流配送、产品销售等方面应用不断深化，关键工艺流程数控化率超过65%，企业资源计划（ERP）装备率超过70%；开展了以宝钢热连轧智能车间、鞍钢冶金数字矿山为示范的智能制造工厂试点；涌现了南钢船板分段定制准时配送（JIT）为代表的个性化、柔性化产品定制新模式。钢铁交易新业态不断涌现，形成了一批大型钢铁电商综合服务平台。

（二）智能装备水平有所提高

目前，智能装备在国内钢企宝钢、南钢、沙钢等企业的多个生产环节得到应用，主要应用工艺点如：理化试验、弧焊、点焊、涂胶、切割、搬运、码垛、喷漆、贴标签、上下料、测温、扒渣捞渣等。智能装备在钢铁行业的应用减少了生产过程中的人为因素，提高了操作精准度；提高生产安全保障，避免事故的发生；降低人工作业劳动强度，提高生产效率。

（三）智能制造示范成果初显

智能制造深刻改变企业的生产与运作模式，为钢铁行业的竞争力重构创造新机会。作为钢铁智能制造的重大科技专项攻关项目，宝钢1580智能车间改造、鞍钢智慧矿山、南钢定制准时配送、唐钢智能工厂等试点示范项目，对于引领钢铁智能制造的发展方向具有重要作用。

三、我国钢铁智能制造面临的挑战

（一）行业智能制造标准缺失，市场无序发展现象初显

标准的制订是智能制造实现互联互通和信息融合的必要前提。《国家智能制造标准体系建设指南》的发布，标志着中国智能制造顶层框架的构建完成，但基于行业的智能制造标准尚未有序开展。钢铁行业是我国自动化程度最高、制造工序流程最长的行业之一，工业机器人、物联网等关键技术已有不同程度的应用，但在面向未来智能制造发展过程中缺乏清晰路径，国内外的系统实施企业由于对智能制造理解的差异及构建产品竞争壁垒的需要，在产品兼容性及集成度方面较差。企业在智能化改造过程中经常面临系统无法集成而导致的资源浪费风险。标准的缺失给智能制造的互联互通带来巨大挑战，加大了行业智能制造示范推广的难度。

（二）智能制造投资比例过大，企业改造升级动力不足

钢铁行业属于长流程的资产密集型行业，在智能化改造过程中涉及众多装备的技术革新、全厂工业互联网的布局改造、过程控制系统的集成、MES、ERP等工业软件系统的互联互通、优化建模与仿真技术的应用等诸多内容，整体投资成本过大。在投资比例方面，由于基础设备大多引进自西马克、西门子奥钢联、达涅利等国外厂商，在某些智能关键技术上必须配套引进国外系统，从而进一步提高投资成本。在企业投资意愿方面，国有钢铁企业基础设施较好，智能化改造热情较高；中小钢铁企业尤其中小民营企业基础设施较差，人工作业比例较高，在钢铁去产能及环保监管的大背景下资金压力较大，智能化改造升级的动力不足。

（三）核心知识产权掌控不足，原始创新应用比例不高

《智能制造发展规划（2016-2020年）》提出到2020年，建成较为完善的智能制造技术创新体系，一批关键共性技术实现突破，部分技术达到国际先进水平；核心支撑软件市场满足率超过30%。我国钢铁行业在信息系统和物理系统的开发、管理、集成方面，创新能力仍然较弱。产品生产工艺设计与智能管理决策支持系统的综合集成、业务系统向产业链前端延伸，缺乏成熟的行业解决方案。目前，国内多数软件和集成技术处于产业价值链末端，技术水平、劳动生产率、工业增加值率、产品附加值都比较低。在研发方面尚未形成以产学研用为主的创新研发体系，原始创新研发积极性不高，政策扶持力度有待加强。

（四）智能制造体系认识不深，工业软件地位有待加强

低端机器人进入壁垒低，产能过剩风险加大。随着智能制造的兴起，机器人产业快速发展。然而钢铁行业属于长流程行业，在引进机器人方面更多地考虑生产节奏的匹配协同以及与上下游系统的无缝对接，单纯移植其他行业的机器人很难满足钢铁生产流程的需要，一些低端的且无钢铁行业属性的机器人将很快面临市场饱和及产能过剩。智能制造的难点是在建模，焦点是在仿真。目前在钢铁行业的“新四基”中，即“一硬”（自动控制和感知）、“一软”（工业核心软硬件）、“一网”（工业互联网）、“一平台”（工业云和智能服务平台），硬件装备投入比例较大，宝钢、沙钢、日照等自动化机器人比例显著提高，但工业软件的投入比例相对较低，重视智能化硬件建设轻智能集成升级问题突出。

四、我国钢铁智能制造可复性及推广性评估

（一）技术水平愈发成熟，进入壁垒大幅降低

目前互联网、大数据、云计算、物联网等新兴技术广泛应用于各行业，技术进入壁垒大幅降低。钢铁行业自动化、信息化水平较高，在系统集成及实施路线上均有多年的行业积累及实施企业，因此在技术上相对容易复制与推广。

（二）系统实施企业背景复杂，第三方实施机构优势明显

智能制造的示范推广必然会推动先进管理理念及技术的推广。以宝信、中冠等为代表的具有钢铁企业背景的信息化系统提供商，为众多钢铁企业实施了ERP、MES等系统解决方案，然而越来越多的钢铁企业，尤其是具有市场竞争关系的企业对其实施的系统存在担忧，如系统技术的不共享、管理理念是否先进、系统设计是否满足企业发展战略等。

（三）投资回报率难以量化，民营企业发展动力不足

钢铁智能制造一次性投资较大，而在效益指标方面，主要是通过服务水平、管理水平的提升等难以量化且需要较长时间运行后才能统计得出。宝钢1580智能车间投资4亿元，国家还提供了资金支持，这使得行业内将智能制造与巨额投入画上等号，严重影响到试点示范项目的推广性，特别是对于大多数民营企业和中小企业而言，更是如此。据冶金商会统计，2017年1-9月，145家重点民营钢铁企业实现销售收入1.33万亿元，实现利润932亿元，其中河北省民营钢铁企业销售利润率售利润率达6.1%，高于行业4.18%的平均水平。在利润率高于全行业的基础上，民营企业在思想上难以推进智能制造，同时民营企业对成本管控更加严格，一次性大规模投资的项目更加谨慎。因此，针对民营企业智能制造需要加强政策指导扶持，复制推广任务较为艰巨。

五、我国钢铁智能制造的发展建议

（一）健全钢铁智能制造标准体系，夯实钢铁智能转型基础

加快钢铁智能制造相关标准体系建设，鼓励通信设备、装备制造、软件开发、工业自动化、系统集成等领域企业和科研院所联合参与标准制定，制定可以与市场标准协同发展、协调配套的新型标准体系。

（二）大力发展国产工业软件，推进软件集成应用

开展钢铁工业软件服务企业的认定工作，制定更加优惠的工业软件产业财税、投融资、知识产权扶持政策。加大国家各类专项资金对钢铁工业软件基础研发、产业化、推广应用的扶持力度。以在钢铁行业具有权威性的第三方机构为核心，联合上下游供应链企业组建钢铁工业软件联盟，加快制定钢铁工业软件行业标准，推进钢铁工业软件的综合集成应用。

（三）聚焦民营企业智能转型，打造中等规模企业试点示范

智能制造对钢铁行业的推动作用体现在利润率，而不仅仅是劳动生产率。推动钢铁智能制造的过程中，民营企业更需要通过智能制造来实现转型升级。民营企业、中等规模企业，智能制造的基础相似，面临的问题也相似，打造中等规模钢铁企业的智能制造示范，解决中等企业发展的实际问题，才能真正推动钢铁行业的智能转型，也更具有示范效应。

（四）走以自主研发为主，产学研用结合之路

鼓励国内企业自主研发符合中国实际的钢铁智能制造集成应用解决方案。以市场需求为导向，汇聚钢铁产业链企业、高校、科研机构、终端用户等各方资源，共同推进面向应用的钢铁智能制造相关理论研究、技术研发、数据共享、应用推广，形成开发合作、协同发展的大数据技术、产业和应用生态体系。

（五）创新产业推进机制，构建协同发展平台

创新合作机制和方式，支持第三方机构作为公共服务平台，整合各方资源，开展标准制定和技术积累工作，同时强化智能制造先进模式的应用推广，构建起企业实践经验的交流机制，有效推动钢铁行业智能制造的协同发展。