三核兩翼助力新發(fā)展，昂揚奮進開啟新征程！2021年北科工研智能制造工作盤點
2021年是中國共產黨成立100周年，也是“十四五”規(guī)劃開局之年，是全面建成小康社會、開啟建設社會主義現(xiàn)代化國家新征程的關鍵之年。2021年，中國鋼鐵粗鋼產能達10.32億噸，連續(xù)26年世界第一，十種有色金屬產量達6454萬噸，連續(xù)19年世界第一，一大批重要的基礎、戰(zhàn)略性材料助力大國騰飛。2021年12月，《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》正式發(fā)布，產業(yè)供給高端化、結構合理化、發(fā)展綠色化、轉型數(shù)字化等需求進一步明確，冶金工業(yè)在低碳、綠色、智能的道路上將快馬揚鞭，實現(xiàn)可持續(xù)高質量發(fā)展。
秉承科技報國理想，北科工研一直致力于冶金工業(yè)數(shù)字化轉型升級。2021年8月，依托北京科技大學建設的“高效軋制與智能制造國家工程研究中心”順利通過優(yōu)化整合評價，納入到國家發(fā)改委首批新序列管理，成為目前國內金屬材料加工與智能制造領域唯一的國家工程研究中心。作為冶金智能制造國家隊，北科工研一貫堅持深度挖掘企業(yè)在生產、運營流程的痛點，把創(chuàng)效作為企業(yè)數(shù)字化轉型最主要目標。經過多年的智能制造頂層設計引領和落地實踐，北科工研提出的包含智能支撐、智能生產、智慧管控、智慧運營的冶金企業(yè)智能制造四層建設體系被行業(yè)廣泛認可，系統(tǒng)性破解了冶金企業(yè)如何進行數(shù)字化轉型的困惑。在冶金企業(yè)智能制造四層建設體系中，冶金工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、冶金工業(yè)大腦、數(shù)字孿生技術為三個核心，生產集約化和運管精益化作為雙翼驅動，推動冶金行業(yè)數(shù)字化變革。
一、數(shù)智互聯(lián)，打造智能制造堅實底座
產線自動化、信息化填平補齊及智能檢測、智能裝備等支撐技術應用，使得產線的自動化水平進一步提升、數(shù)據(jù)盲區(qū)得到消除、信息感知進一步增強，這些都是冶金工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎，使得平臺不僅僅只是數(shù)據(jù)的“搬運工”，而且能夠更好發(fā)揮平臺的智慧力量。在智能制造數(shù)智互聯(lián)方面，北科工研2021年亮點工作如下：
從定性到定量，率先突破表面缺陷3D檢測技術
基于100余套各類型鑄坯、軋線表面檢測項目經驗，開發(fā)360°旋轉的2D/3D成像技術并正應用于承德建龍258鋼管生產線上。利用三維檢測技術，通過點云配準，識別缺陷的長寬高信息（缺陷精度0.2mm），同時還可對鋼管3D輪廓進行檢測，包括外形輪廓、直徑、橢圓度等，在國內率先實現(xiàn)表面缺陷從“定性”到“定量”的飛躍。
多手段融合，創(chuàng)新冶金全流程物料跟蹤技術
物料精準跟蹤是實施智能制造的先決條件，冶煉過程跟蹤、連鑄按坯跟蹤、庫區(qū)物料定位、加熱爐爐內跟蹤、精整區(qū)加工跟蹤、熱處理過程跟蹤、冷床物料跟蹤等都是冶金制造的薄弱環(huán)節(jié)，亟待突破或完善。通過融合邏輯順序控制、5G通訊、激光打標、字符識別、視頻異常捕捉等技術，開發(fā)了冶金全流程物料逐板、逐支跟蹤技術，實現(xiàn)物料自動核對。2021年，該技術在漣鋼、沙鋼、本鋼、廣投、南鋼、鞍鋼等企業(yè)精準落地，廣泛應用于板帶、棒材、型鋼等領域，跟蹤精度和全流程物料匹配精度達到99.8%。
“邊”采集、“邊”融合，邊緣計算實現(xiàn)完全自主化和行業(yè)特色化
邊緣計算主要將海量的多源異構數(shù)據(jù)從冶金各種源系統(tǒng)匯聚到北科工研iBKLinker冶金工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，并依托協(xié)議轉換實現(xiàn)數(shù)據(jù)的歸集、分類、融合，有效提升平臺承載能力，支撐iBKLinker平臺2021年實現(xiàn)在日照鋼鐵、攀鋼西昌、新冶鋼、永鋼、廣投新材料、新疆眾和鋁箔公司、承德建龍、鞍鋼鲅魚圈等15條產線的快速部署，服務于生產、質量、設備、能源、安環(huán)等多類智能化項目，并實現(xiàn)自主化和行業(yè)特色化，完全代替外方產品。截止2021年底，平臺接入冶金流程關鍵機組已超過1000臺，實時數(shù)據(jù)接入點60余萬。
二、極致高效，智能生產瞄準集約化
智能生產以高精度數(shù)學模型和先進測控、集控技術為抓手，追求生產過程的智能化、少人化和集約化。在智能生產方面，北科工研2021年亮點工作如下：
多個企業(yè)熱軋功勛產線再次裝備“中國芯”
2021年9月和12月，酒鋼CSP二級升級改造和沙鋼1450精軋模型升級改造項目通過驗收，這是北科工研繼馬鋼CSP二級改造項目后再次成功替換多家外方數(shù)學模型。項目中采用的在線網(wǎng)關技術實現(xiàn)新舊系統(tǒng)同臺競技，無需停機時間，減少改造風險。新增的多類在線機理和數(shù)據(jù)混合智能模型在軋制力分配、板形控制、穿帶自學習、層流動態(tài)控制等方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的適應性，各項指標全面超越原外方系統(tǒng)，達到項目預期，為企業(yè)功勛產線裝備“中國芯”。
國內首個高速線材無人天車智能庫投入運行
繼在珠海粵裕豐實現(xiàn)國內首套棒材無人庫后，2021年10月，北科工研和飛馬智科聯(lián)合打造的高速線材無人天車智能平面成品庫正式投運，填補了國內空白。以庫區(qū)管理系統(tǒng)及天車調度系統(tǒng)為核心，利用天車無人化控制技術、信息化管理、無線通訊、傳感器技術、設備狀態(tài)管理，結合無固定垛位多層堆垛模型等，形成軟硬件一體化、定制化線材智能庫區(qū)的解決方案，可以實現(xiàn)無人天車自動入庫、貨車出庫自動作業(yè)、火車出庫自動作業(yè)等多種自動作業(yè)任務，系統(tǒng)信息準確率99.9%，設備損耗降低30%。
1580mm/2250mm熱軋雙線磨輥間實現(xiàn)無紙化辦公
北科工研數(shù)字化磨輥間管理系統(tǒng)于2021年12月在馬鋼四鋼軋成功達到雙線無紙化辦公和輥耗降低10%的目標。該系統(tǒng)打破磨輥間與軋線的信息孤島，構建多線一體化管理、精準響應軋線需求，將軋輥、裝配、設備、點檢等業(yè)務流程和現(xiàn)場管理的痛點悉數(shù)把控，效益顯著，受到業(yè)主和寶武專家一致好評。
熱處理集控中心效益和影響力凸顯
2021年11月，沙鋼熱處理車間集控中心進入調試，這是繼南鋼板卷廠熱處理集控后的又一業(yè)績，進一步奠定了北科工研在這一領域的領跑地位。北科工研充分利用在熱處理區(qū)域的豐富經驗，將物料跟蹤、字符識別、二級模型等成熟技術應用到項目中，實現(xiàn)物料信息全自動跟蹤，裝出爐全自動和爐溫智能調節(jié)。項目正式運行后，人工抄號、手動錄入、手動設定和人工記錄的生產模式將成為歷史，產線節(jié)能2%，操作人員精簡45%。
熱軋板帶自動軋鋼測控技術實現(xiàn)“全家福”
2021年5月，德龍1250mm翹扣頭自動測控項目完成驗收，2021年10月馬鋼2250mm精軋全機架自動糾偏項目驗收，至此，北科工研實現(xiàn)粗軋鐮刀彎、粗軋扣翹頭、精軋自動糾偏三個自動軋鋼關鍵技術“全家福”。2021年又進一步獲得首鋼遷鋼1580mm翹扣頭項目、鞍鋼2150mm鐮刀彎項目及德龍1250mm鐮刀彎項目，并完成鞍鋼鲅魚圈1580mm成套（包含三個項目）自動軋鋼測控項目技術協(xié)議簽訂。該成套技術可實現(xiàn)粗軋軋制無人化，精軋少人化（人工干預量減少70%以上）。
三、協(xié)同創(chuàng)效，智能管控探索無形價值
智慧管控以業(yè)務協(xié)同為目標，基于冶金工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺打破工序和業(yè)務雙重壁壘，挖掘數(shù)據(jù)背后的潛在價值，實現(xiàn)流程透明化、管理扁平化和決策精準化。在智慧管控的協(xié)同創(chuàng)效方面，北科工研2021年亮點工作如下：
冶金過程質量管控系統(tǒng)再次斬獲多類訂單
2021年中標永鋼棒線全流程、安鋼板帶/棒材/中板全流程、新冶鋼170熱處理線、西南鋁熱連軋產線、鲅魚圈1580mm熱連軋、漣鋼全流程優(yōu)化、承德建龍258熱軋無縫鋼管等過程質量管控項目，業(yè)績繼續(xù)領跑，支撐企業(yè)各類質量損失平均下降20%。同時，《鋼-軋過程產品質量智能管控技術與平臺》項目榮獲2021年冶金科學技術獎一等獎、第三屆全國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大賽青島賽區(qū)三等獎，這也是該技術在支撐中鋁瑞閩獲得全國質量標桿企業(yè)、鞍鋼質量大數(shù)據(jù)方案入選工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目、新鋼信息化智能化系統(tǒng)獲得國資委全國100個標桿項目等榮譽后的又一批重量級獎項。
組織性能預測和工藝仿真實現(xiàn)協(xié)同應用
溫度-組織-性能-能耗多維度協(xié)同分析模型可實現(xiàn)產品全尺寸組織性能在線預測、產品性能質量和能耗成本的在線監(jiān)控與仿真優(yōu)化、工藝-組織-性能在上下游工序間的遺傳分析和工藝挽救。2021年10月，組織性能預測及工藝優(yōu)化項目在馬鋼完成驗收，預測精度達到90%以上，多類低合金鋼實現(xiàn)免取樣或少取樣，降低勞動強度，縮短產品待判時間，依托冶金工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺或過程控制系統(tǒng)，又推廣到新鋼、柳鋼等多條產線。
工序級能源介質智能化管理聚焦精細化節(jié)能
工序級能源介質智能化管理系統(tǒng)開創(chuàng)能源管理理念轉變的先河，由以往關注計量結算和宏觀能源管理轉變?yōu)殛P注產品能耗精準核算、生產過程消耗管控和能耗根因分析。2021年，北科工研承接了南鋼板材寬厚板和煉鋼產線、承德建龍鋼管等工序級能源介質智能化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了從熱連軋到無縫鋼管、寬厚板、煉鋼的跨工序突破，為工廠實現(xiàn)節(jié)能降耗3%，提高能源利用效率，開展綠色低碳生產提供支撐。
設備狀態(tài)智能運維系統(tǒng)不但關注“能用”，更加關注“好用”
2021年12月，北科工研承接的鞍鋼2150mm設備狀態(tài)智能運維系統(tǒng)成功上線，系統(tǒng)通過設備狀態(tài)監(jiān)測、工藝精度評價和主題分析等功能實現(xiàn)設備狀態(tài)全方位監(jiān)控、工藝精度的精準評價和分析。項目覆蓋全線關鍵設備、液壓潤滑系統(tǒng)、供輔系統(tǒng)等，監(jiān)控關鍵機械、液壓、儀表等對象多維度、高密度數(shù)據(jù)共5000余項，構建工藝精度評價模型近20項、工藝精度評價指標200余條，并完成南鋼等多個項目拓展，延伸到煉鋼、中厚板、軌梁等產線，為客戶提供全方位的設備智能運維服務，持續(xù)創(chuàng)造價值。
四、智能工廠整體解決方案“亮劍”2021
馬鋼熱軋智能工廠完成一期驗收，雙線雙智控正式起航
2021年10月，由北科工研、寶信、金恒博遠等單位共同承擔的馬鋼熱軋智能工廠完成一期整體驗收，打造出全國首個熱軋雙線雙智控智慧中心。中心以“高站位”、“高起點”、“高標準”、“高顏值”為要求，以“全流程”、“全工序”、“全要素”、“全集成”為標準，構建起“一基兩翼”的智慧工廠，實現(xiàn)了熱軋生產高度自動化和業(yè)務高效協(xié)同化。其中操維集控平臺，自主集成12套智能裝備技術，開發(fā)出44項智能化模型，推動生產操維方式的革新，將兩條主線崗位整合為“1+2+1”的新崗位模式，生產效率大幅提升。協(xié)同智慧平臺，實現(xiàn)數(shù)字鋼卷按需分級、成本到卷，生產、設備、質量的一鍵分析與實時預警，產線運行規(guī)則、技術標準一律上線，知識沉淀、知識共享助力員工成長，績效導航引領各工序協(xié)同高效運行。在智慧制造的加持下，2021年，四鋼軋總廠鋼產量903萬噸、熱軋材933萬噸，雙雙創(chuàng)下年產紀錄，主線崗位優(yōu)化35%，成本下降8%。
承德建龍熱軋258無縫鋼管項目入選國家級智能制造示范工廠
2021年12月，北科工研作為主要建設方的承德建龍釩鈦高科258無縫鋼管項目入選國家級智能制造示范工廠，成為河北省僅有的3家示范工廠之一，也是建龍集團第一家國家級智能制造示范工廠。該項目的關鍵技術包括從坯料到成品的全流程逐支跟蹤系統(tǒng)，鋼管內外表面智能缺陷檢測、鋼管管端智能打磨，冶金工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，生產過程質量管控系統(tǒng)，以數(shù)字鋼管為核心的多融合數(shù)字孿生工廠等，通過智能制造技術應用實現(xiàn)運營成本降低4.2%，數(shù)據(jù)錄入時間減少≥90%，噸鋼燃氣消耗平均下降3%，數(shù)據(jù)完整性提高≥98%，定員比同類鋼廠減少40%，一次合格率提高1%，氧化燒損降低0.1-0.2%，成品庫混鋼為0。該項目成功實施將為行業(yè)推進智能制造提供優(yōu)秀樣板和可復制推廣路徑。
南鋼數(shù)字化轉型戰(zhàn)役：板材事業(yè)部全流程智能制造及公司智慧運營項目
2021年4月，南鋼智能制造大會宣布南鋼數(shù)字化轉型總攻戰(zhàn)役正式打響，北科工研作為參戰(zhàn)主力軍之一，負責板材事業(yè)部全流程智能制造項目及參與公司級智慧運營項目。
板材事業(yè)部全流程智能制造項目建設內容涵蓋第一煉鋼廠和寬厚板廠集控中心建設、板材事業(yè)部智慧運營中心建設，通過構建物料數(shù)字畫像和板材KPI指標體系，結合數(shù)據(jù)治理，以質量和成本為主線，以提質降本增效為目標，建設九位一體的智慧運營平臺，涵蓋生產、質量、運維、能源、研發(fā)、物流、成本、營銷及安環(huán)等智慧運營模塊。團隊克服疫情的不利因素，投入80余人，在2021年9月順利完成項目基本設計，11月底實現(xiàn)板材數(shù)字工廠（一期）上線，該項目將在2022年9月全面上線。
南鋼智慧運營項目依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和新一代信息技術，支撐公司從原料到成品、從制造到經營生態(tài)各領域的協(xié)同優(yōu)化和智能決策，實現(xiàn)公司運營管控從傳統(tǒng)到數(shù)字、從離散到集約、從多層級到一體化的轉變。項目由金恒總包，北科工研負責總體框架及功能模塊設計、可視化系統(tǒng)技術支撐與推進管理等方面工作。從2021年7月正式進駐現(xiàn)場以來，與南鋼制造部和金恒科技等單位協(xié)同作戰(zhàn)。2021年11月，智慧運營中心順利實現(xiàn)上線試運行，現(xiàn)已集成45套支撐系統(tǒng)、726個報警規(guī)則、82個模型、26萬多個數(shù)據(jù)點，集成6條配套的數(shù)字工廠示范線，實現(xiàn)運營與產線單元的數(shù)字化、一體化管控。
五、展望
站在新一輪科技革命和產業(yè)變革與冶金行業(yè)高質量發(fā)展的歷史性交匯點上，北科工研將堅定不移地將智能制造作為主攻方向，助力推動行業(yè)技術變革和優(yōu)化升級，以“鼎新”帶動“革故”，提高質量、效率效益，減少資源能源消耗，暢通產業(yè)鏈供應鏈，助力企業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標。
2022年，北科工研將踔厲奮發(fā)，篤行不怠，一起向未來！