先进安全技术在日本钢铁企业落地

文/于萍

实习编辑 李楠楠

日本钢铁工程控股公司（JFE HOLDINGS，以下简称“JFE”）是日本第二大钢铁企业，2019 年JFE粗钢产量2 735 万t，位居日本第二，全球第十一，JFE 由日本钢管（NKK）和川崎制铁合并成立，是世界上最大的钢铁集团之一，也是全世界为数不多生产小轿车外板的企业，多项技术代表世界钢铁行业的最高水平。

JFE业务特色

装备大型化 重视技术和创新

JFE 为典型长流程企业，其中，4 000 m以上的高炉有6 座，300 t以上转炉6 座，250 t 转炉4 座，2 m以上热连轧机组4 条。

一是JFE 重视汽车钢板的开发和生产。JFE 公司拥有多种汽车用材料的先进生产技术，并在千叶县设立了日本钢铁业首家用户使用技术实验室（CSL），展示使用先进材料和利用加工技术制成的新一代汽车零部件以及防渍、车体腐蚀评价技术，并设有车体构造和材料构成调查作业区、各种焊接机和钢板评价设备实验区等，旨在积极推进面向汽车用户的EVI（Early Vendor Involvement）活动，希望通过CSL的设立推动汽车营销活动和新一代的汽车用钢开发。

二是JFE 开发了多种独特产品。为满足造船、城市中高层建筑、桥梁建设、建筑机械和产业机械、压力容器、管线等使用钢板的需求，JFE 开发利用超级—在线加速冷却和在线热处理等新技术，采用世界第一套和最大的感应加热方法，辅以热机械控制工艺（TMCP）、添加合金化元素控制淬透性、HOP 技术等，开发出JFE-HITEN780LE、耐磨钢360 LE、610 N/mm级高强度钢板、世界强度最高的管线钢CSA 级690 等JFE 独特的产品。

布局国际化 重视交流与合作

JFE 的国际化扩张主要以板带材深加工配送为主，为国际用户提供家电板、汽车板、电工钢等高端产品及技术服务，目前在10 个国家和地区拥有15 个加工基地，年产能超过150 万t。

JFE在安全管理方面的主要做法

引进先进技术以改进安全管理

先进技术的应用是贯穿在JFE整个发展过程中的主旋律，也是JFE 取得骄人成绩的制胜法宝。20世纪中叶，当时仅仅引进了几十台计算机的JFE 就展开了对产业界最先进的自动化技术的挑战。目前，JFE 正在推进数据科学、人工智能（AI）等技术的研究开发和实际安装应用，以实现生产的物联网（IoT）化和所有事务的数字数据化。JFE在第6 次中期经营计划时提出一项重要措施：要“利用最新先进技术，满足社会需求和推进企业成长。”面对社会快速发展带来的多种多样需求，需要强化集团内部的协同和有效利用社会资源，开展革新性研究和技术开发，产生出最先进的技术。而JFE 并未将“最新先进技术”和“最先进的技术”局限为钢铁生产技术，而是扩展至活用AI、IoT、大数据等数据科技和机器人技术。2020 年11 月，JFE 宣布了两项为应对日本及国际钢铁形势而实施的结构性改革措施，除了关停设备和实施改造外，还包括积极采用先进的IT 和大数据技术、精简组织结构等。

1.以AI 技术加强钢厂安全管理

随着近年来新老交替，工作经验较少的年轻员工占比增加，JFE 认为，利用最新的IT 技术是建设更安全工作环境的最佳手段。2018 年，JFE与日本电气公司（NEC）和NEC Solution Innovator 公司合作开发了AI 图像识别技术，利用该技术对员工工作安全性进行识别，以提高钢铁厂及下游加工厂的安全性。其工作原理是利用AI 图像识别技术检测出人物，当工作人员进入“禁入区域”时系统会发出报警，同时使生产线自动停止。这种将AI 图像识别用于安全方面的技术在日本钢铁业尚属首次，尽管已经有许多利用AI 图像识别技术进行人物检测来应对安全风险的案例，但由于钢铁厂内不同位置的照明条件不同，且安装的设备多种多样，作业者也采取不同姿势进行作业，难以进行人物检测，因此，JFE 开发的AI 图像识别技术拍摄了大量人物图像，通过深度学习，人物检测达到了实用水平。

此外，对由条件变化而“禁入区域”也发生变化的特殊工厂内部，也确立了AI 正确辨识区域的技术。该系统为在传统上，只依靠人工的安全工作环境建设提供了强有力的支撑，已经在JFE 钢铁知多厂的中口径无缝钢管厂投入使用并确认了有效性，计划未来推广到其他厂。

2.将AI 技术应用于设备故障修复及其他领域

钢铁厂的设备维护主要包括对运行设备的状态监控和计划性停产、定修点检等，以及在发生故障时实施快速修理，将对生产的影响控制在最低限度。一直以来，JFE 为了在设备发生故障时，从其现象和症状锁定发生问题的位置和原因，除参考大量手册外，还根据熟练工人的设备知识和判断能力进行应对。JFE 认为，引进最先进的IT 技术是将熟练工人的技能传承、将故障恢复时间缩短到极限的最好方法。为此，2017 年，JFE 在日本IBM 的支援下，灵活运用“IBM Watson”，开发了利用AI 技术的设备故障修复支援系统J-mAIster（见图1），2018 年9 月，在日本6 个地区的全部生产线上线。在设备维护业务中应用AI 技术，在日本业界属于首次。通过该系统，各制铁所的生产线在发生故障时，设备维护担当可以很便捷地检索到以前的处置案例。从实际情况来看，该系统启用以来，在故障发生时，使用移动终端通过系统进行检索，可以马上呈现出过去类似的处理案例，不但节省了信息收集和移动时间，缩短故障的处理时间，而且减少了经验不足的工人产生错误操作的情况，避免设备故障和生产事故的发生。

为更好地发挥该系统的功能，JFE 计划与信息化部门一起，继续通过数据收集和AI 学习，将故障分析、对策方案、故障防范等技术进行传承和更好地使用，未来在产品设计等其他领域同样可以使用“IBM Watson”系统。

3.以控制技术提高设备和操作故障预兆检出能力

设备和操作故障使产品质量下降，并导致延迟交货。早期或事前检出设备和操作故障预兆，可以抑制故障的发生。为此，JFE 着力对故障预兆检出传感器和检出系统进行了开发。JFE 开发的连续退火炉带钢断带预报技术采用了正准相关分析的统计方法。采用该方法不仅得出操作变量间的关系，而且得出操作变量在长度方向上的关系，提高了对这些变量偏离值的检出能力，从而提高了设备和操作故障预兆检出能力。此外，JFE 还开发出焦炭推出性预报模型。该模型运用统计方法根据焦炉作业数据库，选定模型变量，得出可实用的焦炭推出性预报公式。

全面应用控制技术进行连贯性管理

JFE 在钢铁生产的每个工序都分别建立了控制系统，使控制量达到目标值。由于钢铁产品是经过许多工序制造成的，所以对这些工序进行连贯性管理和控制可以进一步提高产品的质量。此外，如果对各个工序的操作数据进行同时监测，就可以早期发现导致产品质量异常的原因，但相应的数据非常庞大，传统控制方法难于胜任。为此，JFE开发出运用多变量统计性工艺控制技术（MSPC）的薄钢板质量操作控制系统，对主要成分进行分析并计算出若干个统计量。对这些统计量进行检测，提高了生产中异常现象的检出能力，并进行高效率控制。

JFE 高度重视信息安全对生产安全的影响

JFE 认识到网络安全措施的重要性，将网络攻击定位为最高管理风险之一，并制定了管理策略。JFE 以JFE-SIRT（JFE Security Integration and Response Team）为中心，配置高度专业化人才，并利用与外部专门机构合作的情报和先进技术，采取各种措施，从中长期的角度出发致力于人才培养。

图1 J-mAIster®的应用范围

基于日本经济团体联合会（以下简称“经团联”）于2018 年3 月公开发表的“经团联网络安全管理宣言”，2018 年8 月，JFE 制定了主要内容为“将网络安全管理作为经营课题、制定有关网络安全的经营方针和决策、构筑保障网络安全的公司内外体制、在各种事业活动中努力采取网络安全对策、为构筑放心安全的网络系统做贡献”的集团网络安全管理宣言，进一步推进强化经营管理层的网络安全措施，以应对日益严重和复杂的网络威胁。JFE 还和全球企业级数据管理领域知名企业Veritas Technologies、日本终端安全领域知名企业溢信科技（IP-guard）密切合作，保障其海量数据的安全。

对我国冶金企业加强安全管理的启示

当前，我国冶金行业集中度持续提高，主体生产设备大型化、企业集团化发展趋势明显，在结构调整和转型升级要求下，行业发展和安全生产压力日益增大。2020 年2月，应急管理部办公厅公布的《关于开展钢铁、铝加工行业安全生产执法抽查工作情况的通报》中，反映出部分钢铁企业存在对重大违法行为辨识不清、“举一反三”能力差、未能吸取同类事故教训三大类问题，其中不乏一些综合实力领先的钢铁企业。出现这些问题，归根结底是企业对安全工作的重视程度不高、技术投入不够，导致企业本质安全水平难以得到质的提升。

加快先进技术的应用，升级传统安全“三防”手段

一是提高对安全工作的重视程度，加大技术投入。当前我国冶金企业生产机械化、自动化水平越来越高，但不少企业对安全生产重视程度不够，即使企业引进了较为先进的技术，也更加集中在提高生产效率、提升产品质量、增强经营管理能力等方面，而不认为最先进的技术应被使用在安全工作上，安全工作的科技含量远落后于企业的生产经营。未来，企业应增强认识，充分意识到先进技术的应用是安全工作提质升级的必由之路，将安全生产智能化统筹考虑到智能制造、智慧工厂的建设中，把安全工作重要性提升到影响企业生死存亡的高度，加大对安全工作的重视程度和技术投入。

二是敢于善于将先进技术用于安全管理工作。推动先进技术与安全生产的深度融合，利用AI、IoT、大数据等先进技术升级传统安全生产工艺和技术，改变以往主要依靠人力和经验开展安全工作的模式，升级传统“三防”手段，提高故障排除速度和正确率，提升安全生产信息化水平。

加强安全管理全局性，提升安全生产整体水平

一是集团化管理。冶金企业集团化发展除了带来资源共享、规模效应、综合能力提升等优势外，因其组织架构庞大，还不可避免地存在风险因素多而复杂、协调统筹慢而困难等弊端。在加强安全生产工作方面，集团应尽可能做到步调一致，从集团层面提出安全生产的一致性要求和保障措施，先进的安全工作技术或经验在小范围试用取得效果后，尽快向集团所有公司和全部工序共享经验、推广普及。

二是全流程管理。各个工序的安全管理之间可能存在真空地带，衔接不畅、不严等现象，将影响安全生产工作的总体效果。将控制技术、IT 技术等先进技术从单一工序向全流程扩展是保障企业安全发展的必然趋势，长期来看，也是降低生产成本，提高生产效率和安全水平的重要举措。建议冶金企业以点带线、以线促面，从高危岗位和危险工序着手，与先进技术对接、融合、升级，直至覆盖低风险岗位和一般工序，完成安全管理的全面铺开和整体升级。

完善智能化平台建设，增强信息安全保障能力

一是依靠企业自身力量加快推动标准出台，完善平台建设。依据《国家智能制造标准体系建设指南（2018年版）》和《钢铁行业智能制造标准体系建设指南》等规范标准，加快冶金行业基础共性标准、关键技术标准和行业应用标准的研究步伐，促进行业标准、国家标准的制定出台，在研究过程中摸索冶金企业智能化平台建设的路径和经验，并逐步完善。

二是善借外力，开展跨行业合作。通过培训、演练、安全审计等方式，与专业的信息安全企业开展战略合作，弥补冶金企业在信息安全方面的不足，在保障信息安全的前提下，实现信息协同共享，促进数据安全和生产安全水平提升。（本文作者单位系中国电子信息产业发展研究院）