鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是衡量一個國家綜合國力和工業(yè)化程度的重要標志。同時，鋼鐵行業(yè)碳排放量占全國碳排放總量的15%左右，是“碳達峰”、“碳中和”目標實現(xiàn)的重要領(lǐng)域和責任主體行業(yè)。如何有效地結(jié)合工業(yè)智能化技術(shù)實現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展，成為產(chǎn)業(yè)當下關(guān)注的重點。

鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型的目標是構(gòu)建以鋼鐵制造為核心的智能信息服務(wù)。它以數(shù)字化作為驅(qū)動，智能制造為核心，圍繞鋼鐵企業(yè)為中心，對內(nèi)形成包含智能制造、智能裝備、智慧能管和智能決策在內(nèi)的智能鋼鐵應(yīng)用服務(wù);同時，因為有了信息化交互，對外又可以形成貫穿上游原物料、礦山到下游消費市場，面向產(chǎn)業(yè)鏈的服務(wù)體系。

“鋼鐵智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵是增強預(yù)測性。我們通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一個鋼廠三年的設(shè)備維護費用就高達數(shù)億，設(shè)備運行安全是重中之重。傳統(tǒng)的被動維護已經(jīng)不能滿足智能設(shè)備管理的發(fā)展趨勢，而是要轉(zhuǎn)向預(yù)測性維護;同時，鋼鐵是一個高能耗高污染的行業(yè)，但德國的鋼鐵廠可以建在萊茵河上，美國的大河鋼廠則運用了很多AI分析技術(shù)提升生產(chǎn)運營效率。”天澤智云首席數(shù)據(jù)科學家晉文靜博士在接受科技日報記者采訪時表示。

鋼鐵企業(yè)通過引入智能化技術(shù)可優(yōu)化能源管理，提升運營效率

晉文靜認為，對于鋼鐵制造過程，通過智能化手段輔助決策，可以體現(xiàn)在設(shè)備、質(zhì)量、效能這三個方面。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，對鋼鐵制造過程工藝設(shè)備開展實時運行監(jiān)測、故障診斷、能源調(diào)度管理;通過將經(jīng)驗和知識模塊化、軟件化為員工賦能，不斷探索基于平臺的按用戶需求的制造模式;把工業(yè)智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)真正用于鋼鐵制造業(yè)的提質(zhì)、降本、增效、減耗，最終實現(xiàn)制造行業(yè)從以產(chǎn)品為核心到以服務(wù)為核心的價值轉(zhuǎn)型。

通過工業(yè)智能系統(tǒng)為能源預(yù)測、平衡、優(yōu)化、診斷提供技術(shù)支撐，對水、電、氣、汽集中管理，健全能源生產(chǎn)管理體系、能源決策分析體系和能源系統(tǒng)考核評價體系，真正實現(xiàn)“數(shù)出一處，量出一門”的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的能源管理模式。能源管理的目標就是從經(jīng)驗型到分析型調(diào)度的轉(zhuǎn)變，就是從靠人管到靠系統(tǒng)管，系統(tǒng)提供準確的數(shù)據(jù)，結(jié)合人多年的經(jīng)驗，把這些知識做成模型，固化在系統(tǒng)中，從而變成有理有據(jù)，更加合理高效的管理模式。

鋼鐵行業(yè)里的兩大能源介質(zhì)，一個是電力，一個是煤氣。電力是鋼鐵企業(yè)的重要能源物質(zhì)，鋼鐵企業(yè)的電力負荷需量管理往往存在難預(yù)測、難降本、難調(diào)控和異常難及時定位的痛點。而與電力相關(guān)的就是煤氣的平衡調(diào)度，煤氣作為高爐煉鐵過程的副產(chǎn)物，供應(yīng)不足時，影響下游生產(chǎn);產(chǎn)大于消耗時，會壓力超高，導致爆炸的可能風險。壓力波動大，下游用戶不穩(wěn)定，閥門開合頻率高，燃燒不穩(wěn)定，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時也會影響到發(fā)電量，電力煤氣二者相互影響。

數(shù)據(jù)顯示：在某鋼鐵集團落地實施了需量智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了精準預(yù)測電力需求，實時發(fā)生需量成本節(jié)約3%，并實現(xiàn)谷時發(fā)電節(jié)省綜合成本大于500萬/年;落地應(yīng)用了高爐煤氣平衡系統(tǒng)，指導一線生產(chǎn)人員進行標準化操作，將操作基于模糊經(jīng)驗化轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W化，提升決策敏捷性和精準性，系統(tǒng)自動預(yù)警產(chǎn)用氣異常，并對異常原因進行量化追蹤，輔助調(diào)度對煤氣管網(wǎng)進行精細化管理，實現(xiàn)直接經(jīng)濟價值2300萬元/年。

這些成功的實踐經(jīng)驗以知識模型的形式被沉淀到鋼鐵企業(yè)的系統(tǒng)中，與生產(chǎn)制造過程實時交互迭代，既能為企業(yè)持續(xù)節(jié)省能源成本，也為鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)雙碳目標輸入源源不斷的科技動力。

設(shè)備智能管理，以PHM為驅(qū)動的生產(chǎn)全生命周期管理

“基于設(shè)備為驅(qū)動的質(zhì)量的全生命周期管理的核心理念是，管設(shè)備不是目的，管設(shè)備最終是為了對產(chǎn)品質(zhì)量負責，提升良品率及產(chǎn)品競爭力，也就是實現(xiàn)質(zhì)量的全生命周期管理，從而實現(xiàn)零宕機、零次品、零浪費的目標。”晉文靜介紹。

很多人將狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測性維護與健康管理(PHM)混淆，雖然他們都是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行判斷，但其解決問題的原理和目標是不同的。狀態(tài)監(jiān)測以振動監(jiān)測為主，定期采取人工診斷的方式，利用專家經(jīng)驗給出設(shè)備故障診斷報告。

“健康管理(PHM)是在探索機理數(shù)據(jù)分析與行業(yè)知識相結(jié)合的手段，利用智能模型量化設(shè)備的故障嚴重程度，乃至預(yù)測剩余使用壽命。進一步結(jié)合時間、人員、備品備件等客觀因素，給出最經(jīng)濟、最恰當?shù)摹_定性’的運維時機和方式。”晉文靜進一步解釋，PHM可以從數(shù)據(jù)獲取，到轉(zhuǎn)化成信息，再到支持我們的決策和反饋控制，形成完整的閉環(huán)。

晉文靜提到，不同等級的設(shè)備需要不同的維護方式，不是所有的設(shè)備都需要遠程監(jiān)測。天澤智云設(shè)備智慧運維管理系統(tǒng)分等級設(shè)計不同的監(jiān)測手段，綜合傳感器、運行數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)信息，綜合評判，做到故障判據(jù)客觀化、診斷流程自動化。并在“臨界點”給出及時的維護維修建議，保障設(shè)備最長時間的在線運行。系統(tǒng)支持在線一鍵導出分析報告，便于設(shè)備維護人員綜合分析做出最為合理的維護措施。真正做到及時按需維護，降低備件成本。

某鋼鐵廠在運行了設(shè)備智慧運維管理系統(tǒng)后，設(shè)備備件庫存成本降低150萬元/年，設(shè)備OEE提升1%，新增產(chǎn)能5萬噸/年。

“現(xiàn)在國內(nèi)很多鋼鐵企業(yè)已經(jīng)在向數(shù)字化邁進，紛紛在做精益管理、能源可視化看板等，但是這些系統(tǒng)缺乏預(yù)測性，智慧能管的目標則是要建立一個具備預(yù)測和協(xié)同優(yōu)化能力的智能系統(tǒng)。鋼鐵企業(yè)通過智能化轉(zhuǎn)型，可以降低運營成本，提升效率，提高競爭力，還可以在此基礎(chǔ)上不斷地創(chuàng)新價值鏈和業(yè)務(wù)模型，創(chuàng)造新的商業(yè)模式。”晉文靜表示。