三核兩翼助力新發(fā)展，昂揚奮進(jìn)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(chǎn)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(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程的關(guān)鍵之年。2021年，中國鋼鐵粗鋼產(chǎn)能達(dá)10.32億噸，連續(xù)26年世界第一，十種有色金屬產(chǎn)量達(dá)6454萬噸，連續(xù)19年世界第一，一大批重要的基礎(chǔ)、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(chǎn)業(yè)供給高端化、結(jié)構(gòu)合理化、發(fā)展綠色化、轉(zhuǎn)型數(shù)字化等需求進(jìn)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(zhì)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(zhuǎn)型升級。2021年8月，依托北京科技大學(xué)建設(shè)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(nèi)金屬材料加工與智能制造領(lǐng)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(chǎn)、運營流程的痛點，把創(chuàng)效作為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型最主要目標(biāo)。經(jīng)過多年的智能制造頂層設(shè)計引領(lǐng)和落地實踐，北科工研提出的包含智能支撐、智能生產(chǎn)、智慧管控、智慧運營的冶金企業(yè)智能制造四層建設(shè)體系被行業(yè)廣泛認(rèn)可，系統(tǒng)性破解了冶金企業(yè)如何進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的困惑。在冶金企業(yè)智能制造四層建設(shè)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(shù)為三個核心，生產(chǎn)集約化和運管精益化作為雙翼驅(qū)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(chǎn)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(shù)應(yīng)用，使得產(chǎn)線的自動化水平進(jìn)一步提升、數(shù)據(jù)盲區(qū)得到消除、信息感知進(jìn)一步增強，這些都是冶金工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)，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(shù)
基于100余套各類型鑄坯、軋線表面檢測項目經(jīng)驗，開發(fā)360°旋轉(zhuǎn)的2D/3D成像技術(shù)并正應(yīng)用于承德建龍258鋼管生產(chǎn)線上。利用三維檢測技術(shù)，通過點云配準(zhǔn)，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(jìn)行檢測，包括外形輪廓、直徑、橢圓度等，在國內(nèi)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(shù)
物料精準(zhǔn)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(nèi)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(biāo)、字符識別、視頻異常捕捉等技術(shù)，開發(fā)了冶金全流程物料逐板、逐支跟蹤技術(shù)，實現(xiàn)物料自動核對。2021年，該技術(shù)在漣鋼、沙鋼、本鋼、廣投、南鋼、鞍鋼等企業(yè)精準(zhǔn)落地，廣泛應(yīng)用于板帶、棒材、型鋼等領(lǐng)域，跟蹤精度和全流程物料匹配精度達(dá)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(gòu)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(zhuǎn)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(chǎn)線的快速部署，服務(wù)于生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)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(chǎn)品。截止2021年底，平臺接入冶金流程關(guān)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(chǎn)瞄準(zhǔn)集約化
智能生產(chǎn)以高精度數(shù)學(xué)模型和先進(jìn)測控、集控技術(shù)為抓手，追求生產(chǎn)過程的智能化、少人化和集約化。在智能生產(chǎn)方面，北科工研2021年亮點工作如下：
多個企業(yè)熱軋功勛產(chǎn)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(xué)模型。項目中采用的在線網(wǎng)關(guān)技術(shù)實現(xiàn)新舊系統(tǒng)同臺競技，無需停機時間，減少改造風(fēng)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(xué)習(xí)、層流動態(tài)控制等方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的適應(yīng)性，各項指標(biāo)全面超越原外方系統(tǒng)，達(dá)到項目預(yù)期，為企業(yè)功勛產(chǎn)線裝備“中國芯”。
國內(nèi)首個高速線材無人天車智能庫投入運行
繼在珠?；浽ＸS實現(xiàn)國內(nèi)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(nèi)空白。以庫區(qū)管理系統(tǒng)及天車調(diào)度系統(tǒng)為核心，利用天車無人化控制技術(shù)、信息化管理、無線通訊、傳感器技術(shù)、設(shè)備狀態(tài)管理，結(jié)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(wù)，系統(tǒng)信息準(zhǔn)確率99.9%，設(shè)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(dá)到雙線無紙化辦公和輥耗降低10%的目標(biāo)。該系統(tǒng)打破磨輥間與軋線的信息孤島，構(gòu)建多線一體化管理、精準(zhǔn)響應(yīng)軋線需求，將軋輥、裝配、設(shè)備、點檢等業(yè)務(wù)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(jìn)入調(diào)試，這是繼南鋼板卷廠熱處理集控后的又一業(yè)績，進(jìn)一步奠定了北科工研在這一領(lǐng)域的領(lǐng)跑地位。北科工研充分利用在熱處理區(qū)域的豐富經(jīng)驗，將物料跟蹤、字符識別、二級模型等成熟技術(shù)應(yīng)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(diào)節(jié)。項目正式運行后，人工抄號、手動錄入、手動設(shè)定和人工記錄的生產(chǎn)模式將成為歷史，產(chǎn)線節(jié)能2%，操作人員精簡45%。
熱軋板帶自動軋鋼測控技術(shù)實現(xiàn)“全家?！?/p>
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(guān)鍵技術(shù)“全家?！薄?021年又進(jìn)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(shù)協(xié)議簽訂。該成套技術(shù)可實現(xiàn)粗軋軋制無人化，精軋少人化（人工干預(yù)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(wù)協(xié)同為目標(biāo)，基于冶金工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺打破工序和業(yè)務(wù)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(zhǔn)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(zhì)量管控系統(tǒng)再次斬獲多類訂單
2021年中標(biāo)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(chǎn)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(zhì)量管控項目，業(yè)績繼續(xù)領(lǐng)跑，支撐企業(yè)各類質(zhì)量損失平均下降20%。同時，《鋼-軋過程產(chǎn)品質(zhì)量智能管控技術(shù)與平臺》項目榮獲2021年冶金科學(xué)技術(shù)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(shù)在支撐中鋁瑞閩獲得全國質(zhì)量標(biāo)桿企業(yè)、鞍鋼質(zhì)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(biāo)桿項目等榮譽后的又一批重量級獎項。
組織性能預(yù)測和工藝仿真實現(xiàn)協(xié)同應(yīng)用
溫度-組織-性能-能耗多維度協(xié)同分析模型可實現(xiàn)產(chǎn)品全尺寸組織性能在線預(yù)測、產(chǎn)品性能質(zhì)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(yù)測及工藝優(yōu)化項目在馬鋼完成驗收，預(yù)測精度達(dá)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(chǎn)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(chǎn)線。
工序級能源介質(zhì)智能化管理聚焦精細(xì)化節(jié)能
工序級能源介質(zhì)智能化管理系統(tǒng)開創(chuàng)能源管理理念轉(zhuǎn)變的先河，由以往關(guān)注計量結(jié)算和宏觀能源管理轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注產(chǎn)品能耗精準(zhǔn)核算、生產(chǎn)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(chǎn)線、承德建龍鋼管等工序級能源介質(zhì)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(chǎn)提供支撐。
設(shè)備狀態(tài)智能運維系統(tǒng)不但關(guān)注“能用”，更加關(guān)注“好用”
2021年12月，北科工研承接的鞍鋼2150mm設(shè)備狀態(tài)智能運維系統(tǒng)成功上線，系統(tǒng)通過設(shè)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(shè)備狀態(tài)全方位監(jiān)控、工藝精度的精準(zhǔn)評價和分析。項目覆蓋全線關(guān)鍵設(shè)備、液壓潤滑系統(tǒng)、供輔系統(tǒng)等，監(jiān)控關(guān)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(gòu)建工藝精度評價模型近20項、工藝精度評價指標(biāo)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(chǎn)線，為客戶提供全方位的設(shè)備智能運維服務(wù)，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(yuǎn)等單位共同承擔(dān)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(biāo)準(zhǔn)”、“高顏值”為要求，以“全流程”、“全工序”、“全要素”、“全集成”為標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建起“一基兩翼”的智慧工廠，實現(xiàn)了熱軋生產(chǎn)高度自動化和業(yè)務(wù)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(shù)，開發(fā)出44項智能化模型，推動生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量的一鍵分析與實時預(yù)警，產(chǎn)線運行規(guī)則、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一律上線，知識沉淀、知識共享助力員工成長，績效導(dǎo)航引領(lǐng)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(chǎn)量903萬噸、熱軋材933萬噸，雙雙創(chuàng)下年產(chǎn)紀(jì)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(shè)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(tuán)第一家國家級智能制造示范工廠。該項目的關(guān)鍵技術(shù)包括從坯料到成品的全流程逐支跟蹤系統(tǒng)，鋼管內(nèi)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(chǎn)過程質(zhì)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(shù)應(yīng)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?xì)庀钠骄陆?%，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(jìn)智能制造提供優(yōu)秀樣板和可復(fù)制推廣路徑。
南鋼數(shù)字化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)責(zé)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(shè)內(nèi)容涵蓋第一煉鋼廠和寬厚板廠集控中心建設(shè)、板材事業(yè)部智慧運營中心建設(shè)，通過構(gòu)建物料數(shù)字畫像和板材KPI指標(biāo)體系，結(jié)合數(shù)據(jù)治理，以質(zhì)量和成本為主線，以提質(zhì)降本增效為目標(biāo)，建設(shè)九位一體的智慧運營平臺，涵蓋生產(chǎn)、質(zhì)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(tuán)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(shè)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(shù)，支撐公司從原料到成品、從制造到經(jīng)營生態(tài)各領(lǐng)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(zhuǎn)變。項目由金恒總包，北科工研負(fù)責(zé)總體框架及功能模塊設(shè)計、可視化系統(tǒng)技術(shù)支撐與推進(jìn)管理等方面工作。從2021年7月正式進(jìn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)變革與冶金行業(yè)高質(zhì)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(shù)變革和優(yōu)化升級，以“鼎新”帶動“革故”，提高質(zhì)量、效率效益，減少資源能源消耗，暢通產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈，助力企業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。
2022年，北科工研將踔厲奮發(fā)，篤行不怠，一起向未來！