工业互联网平台赋能钢铁行业数字化转型方法论

信息化与软件产业研究所

钢铁行业作为我国重要的原材料流程制造行业，具备生产流程长、生产工艺复杂、供应链冗长等典型特征，当今正面临设备维护成本高、工业知识隐形程度高、下游需求日益个性化、环保压力增大等挑战，亟需围绕设备管理、生产管控、供应链管理、环保管理等方面开展数字化转型。连接全要素、全产业链、全价值链的工业互联网，正是钢铁行业进行数字化转型的首选路径，但是在落地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中规模化落地具有重要意义，有利于推动我国钢铁行业关键生产设备管理、生产工艺全过程管控、全产业链协同以及能耗管理向数字化、网络化、智能化转型升级，深化钢铁行业供给侧结构性改革，开创钢铁行业高质量发展新局面，实现从钢铁大国向钢铁强国的转变。

钢铁行业数字化转型

趋势分析

设备管理由传统维护向智能维护转变。钢铁企业通常部署有高炉等众多高价值设备，以往只能采取事后维护或者基于主观经验判断和固定失效周期的定期维护，很难准确识别设备故障并维修，容易造成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、流量等各种工况数据成为了现实，基于此可实现设备故障的自感知、自分析和自决策，做好设备的预测性维护，减少维护成本，提高设备的可靠性，并保障生产的通畅运转。

生产工艺由黑箱式向透明化转变。钢铁行业是典型的长流程行业，生产环节众多，生产工艺复杂，对工艺知识的依赖程度很高。很长一段时间，钢铁企业的冶炼工艺、冶炼配方、设备维护、经营管理等环节的正常运转，只能依靠隐形程度很高的人工经验，容易造成工人技术水平参差不齐和产品质量波动。随着信息技术在钢铁企业的深度渗透，隐形的生产经验被挖掘、提炼，并封装显性化软件模型，实现生产工艺透明化，更有效指导实际生产，提高生产效率和安全水平。

供应链体系由局部协同向全局协同转变。库存一直是钢铁行业的一大管理痛点，主要源于对上下游产业的信息盲区，并且家电、汽车等下游产业对钢材的需求日益个性化，加大了作出科学高效采销决策的难度。钢铁行业传统的供应链只能靠契约合同保障，信息孤岛化问题突出，物料信息难以在供应链中实现跨环节的自由流通，大大增加了企业运营成本。钢铁企业可将ERP、SCM等信息系统集成用于供应链整合，构建上下游信息流通渠道，结合产品需求、原料供给和产能配置，及时调整生产计划，提高产能利用率，减少库存积压，保障订单稳定到期兑现。

环保管理由粗放型向清洁型转变。作为我国支柱产业的钢铁行业也是高耗能、高污染、高排放的代表性行业，在国家大力治理环境污染时，行业面临的环保成本急剧上升。钢铁行业急需转变发展理念，重视环保管理水平提升，加快由以前单纯追求产量扩张的粗放型生产方式向追求优质低碳的清洁型生产方式转变。而物联网、大数据、人工智能等数字技术的出现，可以帮助钢铁企业实时采集、监测、分析各生产环节的能耗和排污情况，集中企业资源对重点环节进行工艺优化或设备升级，提高企业清洁型发展水平。

钢铁行业工业互联网平台

典型应用场景及实践

设备全生命周期管理。钢铁行业工业互联网平台可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，自动预警设备故障并确定最优设备维护方案，实现设备预测性维护。一是设备状态监测。钢铁企业通过工业互联网平台实时采集高炉等设备工作温度、工作环境和应力分布等状态数据，并做可视化处理，增强设备状态监测的可靠程度。二是设备故障诊断。综合利用采集的设备数据，结合设备故障诊断模型，对设备故障进行分析和预警，避免设备故障引发的生产停滞和安全问题。三是设备维护仿真。根据设备故障位置和重要性，利用工业互联网平台在赛博空间中仿真模拟维护方案，并选出可靠的维护方案，保障企业正常生产。四是设备创新设计。将高炉等生产设备运行监测数据反馈至设备生产商，结合性能需求和应用环境，全方位模拟设备运行状态，确定最佳设备生产方案，形成良性的设备迭代优化闭环。

例如，宝钢集团面向钢铁行业设备远程运维建立了工业互联网平台，促进了设备维修实现从被动处理到主动管控、从单一数据专项分析到大数据综合分析、从基于经验的预防性维修到基于数据的预测性维修、从单纯反馈设备状态到提供整体解决方案的四个转变，为企业带来了显著经济效益，使设备运维成本降低5%以上、检修作业效率提升10%以上、设备整体效率提升5%以上、备件使用效率提升10%，并每年为企业带来基于平台增加的社会市场技术服务费超过2000万元。

智能化生产。钢铁行业工业互联网平台可将生产工艺、生产过程管控、产品质量管理等领域涉及的工业知识显性化为工业机理模型，结合实际采集数据，实现智能化生产。一是生产工艺优化。工业互联网平台可应用人工智能技术等先进技术，在赛博空间对钢铁的工艺配方、工艺流程等方面进行全方位、超逼真的模拟仿真，得到产品最佳生产工艺方案，缩短产品上市周期。二是生产过程管控。工业互联网平台可将生产过程中涉及的工艺知识、工业经验等技术要素封装化并显性化为可调用的机理模型，结合采集的设备、环境、材料等参数，确定最优加工计划，提升生产效率。三是产品质量管控。通过在工业互联网平台部署生产质量分析模型，可采用机器视觉等技术，采集和分析产品全过程质量数据，持续迭代优化闭环控制体系，实现全流程产品质量跟踪及自动控制，提升产品质量控制精度。

例如，东方国信利用在机理模型和大数据分析领域积累的技术优势，开发了适用于炼铁行业的工业互联网平台，在工艺优化、生产管控和质量管理等环节为钢铁企业实现了降本增效的经济目标。酒钢集团在实施炼铁平台之后，铁水质量稳定性提高了20%，单座高炉每年成本降低了2400万元，冶炼效率提升了10%。

供应链协同。钢铁行业工业互联网平台可汇聚整理产业链物料信息和产能信息，结合下游实际需求和企业生产能力，制定科学的生产计划，满足零库存运营要求，实现供应链协同。一是产业链物料流通协同。通过工业互联网平台可与上下游企业建立互通互联的数据通道，动态监测上游原材料供给情况，辅助原材料采购决策;搜集整理下游企业订单和产品定制信息，自动生成生产计划，对产品进行个性化加工和精準化配送。二是社会范围生产能力协同。通过工业互联网平台整理订单信息和其他钢铁企业的基本信息，动态匹配产品性能要求和钢厂的生产工艺水平，通过订单共享实现产能共享，提高钢铁行业产能利用率。

例如，南京钢铁积极适应下游个性化需求，通过构建面向供应链管理的制造云平台，提供“JIT+C2M模型的定制服务”，寻找“个性化定制”和“大规模生产”之间的最佳平衡点，使企业设计成材率提高0.15%、每吨产品附加值提升近百元、整票合同兑现率提升至98.94%、用户满意度提升至94.26%。

绿色化生产。钢铁行业的能耗和环保问题日益突出，钢铁企业可采集各生产环节的能源消耗和污染物排放数据，找出问题严重的环节，并进行工艺优化和设备升级，降低能耗成本和环保成本，实现清洁低碳的绿色化生产。一是节能降耗。贯穿钢铁企业整个生产过程的工业互联网平台，通过建设能源管控中心，实现能源生产、能源消耗数据的自动实时采集、集中监视，并基于数据进行能源智能管理、能源供需平衡、能源预测优化，生成高效的能源利用方案，减少能耗成本。二是治污减排。钢铁企业可在各工艺设备的排污口设置智能监测传感器，将实时采集的排污数据传输至工业互联网平台，综合分析钢铁企业生产过程中的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。

例如，酒钢集团是我国西部最大的钢铁联合企业，其原燃料主要依赖自产，原燃料质量差并且质量波动幅度大，高炉类型多样化，因反应器“黑箱”特性，其能耗成本和环保成本一直居高不下。在实施了东方国信炼铁平台后，酒钢集团单座高炉每年减少碳排放2万吨。东方国信预期整个钢铁行业推行Cloudiip平台后，每年将为我国钢铁行业降低100亿元成本和1000万吨碳排放。