智能制造是實施《中國制造2025》的重要抓手，對加快推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展保持中高速、產(chǎn)業(yè)邁向中高端起到關(guān)鍵作用；《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級規(guī)劃（2016年~2020年）》為鋼鐵行業(yè)智能制造指明了方向。當(dāng)前，鋼鐵行業(yè)在智能化實施過程中，自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方面均取得了較大進(jìn)展和豐碩成果，鋼鐵企業(yè)智能制造“十三五”開局良好，方向正確，但鋼鐵行業(yè)智能制造終極目標(biāo)的實現(xiàn)還有待于腦科學(xué)研究的進(jìn)展。本期與您共同探討鋼鐵行業(yè)智能制造的實現(xiàn)路徑。
【事件】
2月14日，工信部等3部門聯(lián)合印發(fā)《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》。至此，《中國制造2025》的“1+X”規(guī)劃體系全部發(fā)布。這標(biāo)志著《中國制造2025》頂層設(shè)計基本完成，全面轉(zhuǎn)入實施階段，其中智能制造作為主攻方向和核心內(nèi)容，成為解決我國制造業(yè)由大變強的根本路徑。此前發(fā)布的《智能制造工程實施指南（2016年~2020年）》，要求“十三五”期間同步實施數(shù)字化制造普及、智能化制造示范，持續(xù)推動傳統(tǒng)制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型，為構(gòu)建我國制造業(yè)競爭新優(yōu)勢、建設(shè)制造強國奠定扎實的基礎(chǔ)。
【深度】
我國鋼鐵業(yè)智能制造“十三五”開局良好
我國鋼鐵企業(yè)開展智能制造工作以來，為提高自動化水平而對設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級而普及數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，所以基本上不存在“一哄而起”“盲目跟進(jìn)”的現(xiàn)象。整個行業(yè)智能制造在平穩(wěn)有序地進(jìn)行。
當(dāng)前，我國不同地區(qū)各個鋼鐵企業(yè)在智能制造過程中側(cè)重點有所不同，進(jìn)度也有差別，但路徑相同，基本上是自動化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。例如，河北省是我國鋼鐵制造業(yè)大省，其智能制造的發(fā)展目標(biāo)令人矚目：河北省工信廳計劃，到2020年，該省智能工廠（數(shù)字化車間）數(shù)量達(dá)到1500個，工業(yè)機(jī)器人密度達(dá)到每萬名員工使用機(jī)器人60臺套；數(shù)字化研究設(shè)計工具普及率達(dá)到65%，關(guān)鍵工序制造裝備數(shù)控化率達(dá)到52%。這意味著河北省鋼鐵企業(yè)的智能制造也要達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。
有專家稱，我國鋼鐵企業(yè)在關(guān)鍵流程的數(shù)控化比例超過了65%，企業(yè)資源計劃（ERP)的裝備率超過了70%，向智能制造發(fā)展有了一個較踏實的基礎(chǔ)，因而“十三五”開局良好。鋼鐵行業(yè)智能制造正在實施的過程包括5個方面：一是提高基礎(chǔ)自動化水平和數(shù)字化控制應(yīng)用水平，鋼鐵企業(yè)要因地制宜推進(jìn)兩化融合，提高管理水平；二是優(yōu)勢企業(yè)進(jìn)一步優(yōu)化綜合網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)，在制造、管理、經(jīng)營和流通領(lǐng)域構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈在線服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，建設(shè)鋼鐵企業(yè)大數(shù)據(jù)綜合信息平臺；三是建立產(chǎn)品質(zhì)量追溯和評價機(jī)制，健全產(chǎn)品質(zhì)量檢測體系，提高產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性、穩(wěn)定性；四是綠色制造也要兩化融合，進(jìn)行工藝優(yōu)化和技術(shù)升級，提高節(jié)能環(huán)保的經(jīng)濟(jì)效益；五是有條件的鋼企要大量使用機(jī)器人，例如自動測量取樣、板坯自動清理、原料分揀、金屬切割、表面缺陷判定、產(chǎn)品自動標(biāo)記以及圖像自動識別等崗位要使用機(jī)器人。
以推進(jìn)自動化為基礎(chǔ)推動智能化
智能化是自動化的高級階段，只有在自動化的基礎(chǔ)上才有條件說智能化。2016年，我國鋼鐵企業(yè)在推進(jìn)自動化方面取得了較好的進(jìn)展。
2016年，華菱湘鋼的智能制造處于打基礎(chǔ)階段，推進(jìn)重點放在提高基礎(chǔ)自動化水平上，實施“短、平、快”項目，旨在快速創(chuàng)效。具體項目有：在主控室、水站、變電站、空壓站、油庫、除塵站推動自動化，實現(xiàn)無人值守。截至2016年10月底，華菱湘鋼已完成4批共61個自動化項目，投入資金3630萬元，精減人員349名，年創(chuàng)效4882萬元。2016年底，華菱湘鋼確定了第5批項目，計劃到2017年減員500人，到2018年再減員1000人，人員精減比例達(dá)到20%。
在2016年鋼鐵行業(yè)智能制造現(xiàn)場交流會上，寶鋼股份總經(jīng)理戴志浩表示：“鋼鐵行業(yè)智能化改造空間巨大，是最有可能通過智能制造實現(xiàn)轉(zhuǎn)型的傳統(tǒng)行業(yè)之一。”據(jù)戴志浩介紹，寶鋼股份正大力推進(jìn)機(jī)器人用于現(xiàn)場工作崗位，在高爐爐前作業(yè)、煉鋼澆鋼、冷軋鋅鍋撈渣等區(qū)域進(jìn)行試點。目前，寶鋼股份應(yīng)用的機(jī)器人總數(shù)達(dá)到149臺套，達(dá)到每萬人50臺套的水平。寶鋼股份在冷軋廠下屬的5條生產(chǎn)線分別應(yīng)用入口自動拆捆機(jī)器人、樣板搬運機(jī)器人、貼標(biāo)機(jī)器人、撈渣機(jī)器人，并計劃組織實施包裝自動化系列改造，估計減人超過400個。同時，寶鋼股份在冷軋008區(qū)域?qū)?部行車實施無人化改造，減少行車作業(yè)人員崗位20個。
寶武集團(tuán)梅鋼提出2016年~2021年智能制造的10個優(yōu)先領(lǐng)域，以及實現(xiàn)智能制造的基本路徑：裝備從自動化向智能化過渡，信息化系統(tǒng)升級改造并實現(xiàn)全域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，完善工藝控制和管理分析模型、機(jī)器人應(yīng)用，推進(jìn)工業(yè)大數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)建設(shè)，員工從技能型轉(zhuǎn)變?yōu)橹R型等。目前，梅鋼通過生產(chǎn)設(shè)備的自動化、集成化改造代替人工操作，如推進(jìn)無人行車、自動行車、機(jī)組入口段及庫區(qū)無人化等。
沙鋼在2013年~2015年已經(jīng)在轉(zhuǎn)爐、電爐上使用了約8套機(jī)械手進(jìn)行自動噴號和自動測溫取樣，并計劃在2016年~2020年采用1000臺套~1500臺套機(jī)器人用于機(jī)器加工焊接、精密鑄造、鋅鍋撈渣、冷軋卷貼標(biāo)、自動測溫取樣、鋼卷表面判定、廢邊絲自動抓取、存儲功能自動定位等項目。沙鋼智能化工程將要對燒結(jié)、焦化、煉鋼、軋鋼及其輔助車間進(jìn)行技術(shù)改造，上述崗位用機(jī)器人替代，實現(xiàn)無人值守。
此外，中冶賽迪開發(fā)的全自動、無人化行車系統(tǒng)（CICS)已應(yīng)用于寶武集團(tuán)八鋼熱卷鋼卷庫，還可用于熱軋、冷軋等倉儲及碼頭物流系統(tǒng)；鞍鋼煉鐵總廠自動化作業(yè)區(qū)自主創(chuàng)建的PLC（可編程邏輯控制器）實驗室，對解決PLC疑難問題、開展PLC攻關(guān)及自動化系統(tǒng)培訓(xùn)起到重要作用。
以數(shù)字化為基礎(chǔ)推動大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控
已經(jīng)順利投產(chǎn)的河鋼宣鋼1號轉(zhuǎn)爐智能煉鋼項目，在沒有轉(zhuǎn)爐副槍和爐氣定碳動態(tài)檢測裝置的條件下，在高精準(zhǔn)計算、高仿真性能、高智能控制下，使冶煉過程直觀可視。與此同時，河鋼邯鋼邯寶鋼鐵230毫米×2150毫米連鑄機(jī)大倒角結(jié)晶器在線熱調(diào)寬技術(shù)，是中國重型機(jī)械研究院在連鑄數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面研發(fā)創(chuàng)新的成果；河鋼唐鋼3條熱軋板卷生產(chǎn)線（1700、1810和1580生產(chǎn)線）將關(guān)注點由過去的單體設(shè)備自動化控制功能的優(yōu)化轉(zhuǎn)為全工序整個流程控制功能的優(yōu)化，達(dá)到實時監(jiān)控生產(chǎn)工藝參數(shù)的目的；華菱湘鋼選定1條摩根高線軋機(jī)和1條寬厚板軋機(jī)作為技改試點，從坯料準(zhǔn)備、裝爐到加熱爐控制、軋制過程、軋制精整，再到成品庫管理，全部實現(xiàn)數(shù)控化，將滿足客戶需求的生產(chǎn)模式從大批量生產(chǎn)過渡到小批量定制化生產(chǎn)，預(yù)計到2018年做成示范智能化生產(chǎn)線和智能化車間。
在大數(shù)據(jù)的應(yīng)用方面，邢鋼煉鐵廠為了解決難以準(zhǔn)確測算燒結(jié)混合料成分這一難題，利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，對每垛入垛物料的種類、數(shù)量、成分進(jìn)行詳細(xì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，建立數(shù)學(xué)模型，從而推導(dǎo)出燒結(jié)礦的成分，保證了高爐入爐料的穩(wěn)定。
在產(chǎn)品檢測方面，河鋼石鋼開發(fā)了9套無損檢測系統(tǒng)，用于軋鋼廠小棒精整線、探傷線、大棒精整1號線和3號線等，在國內(nèi)同行中處于領(lǐng)先地位，探傷結(jié)果的置信度很高。
在節(jié)能環(huán)保方面，沙鋼能源環(huán)保管理系統(tǒng)對全公司蒸汽鍋爐和發(fā)電效率進(jìn)行集中監(jiān)控，利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)4800多個、可控畫面300余張，生成各類單耗報表450余張；通過對這個系統(tǒng)進(jìn)行3次升級改造，開發(fā)了轉(zhuǎn)爐煤氣回收跟蹤、主輔機(jī)電耗跟蹤、分時段煤氣放散等多項跟蹤功能，使節(jié)能降耗工作取得良好效果。
在遠(yuǎn)程監(jiān)控方面，鞍鋼礦山信息化在物料管理方面，利用圖像識別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對礦物承載工具進(jìn)行實時遠(yuǎn)程監(jiān)控，推行礦山“無人化”操作整體解決方案，不僅是安全生產(chǎn)的要求，也是提高勞動生產(chǎn)率、降低成本的必然選擇；寶鋼在第十六屆中國國際冶金展會上展示了如何通過APP（手機(jī)應(yīng)用軟件）控制機(jī)器臂，也體現(xiàn)了遠(yuǎn)程思維。
從全廠數(shù)字化建設(shè)來看，太鋼有包括三煉鋼廠在內(nèi)的11個信息化項目和全廠的13個信息化擬建項目正在快速推進(jìn)。目前，太鋼從廠級到基層工序，已經(jīng)形成三級網(wǎng)絡(luò)體系，與ERP無縫對接，實現(xiàn)了不銹鋼、碳鋼實時生產(chǎn)的全過程信息流、實物流和財務(wù)流的“三流同步”。該廠領(lǐng)導(dǎo)表示，所謂“數(shù)字太鋼”，就是將太鋼的信息技術(shù)、管理技術(shù)和制造技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造、生產(chǎn)管理控制、制造設(shè)備的數(shù)字化和集成化。
網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化融為一體推進(jìn)智能制造
數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是融為一體的。從鞍鋼礦業(yè)信息化發(fā)展之路可以看到，鞍鋼礦業(yè)建成了集管理網(wǎng)、控制網(wǎng)、MES（制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)）網(wǎng)、視頻會議網(wǎng)、視頻監(jiān)視網(wǎng)為一體的大型萬兆企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了以ERP為核心的信息化管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了從基層數(shù)據(jù)采集、MES控制、ERP管理、BI分析的信息聯(lián)動。馬鋼股份公司建設(shè)了覆蓋全公司生產(chǎn)和經(jīng)營核心業(yè)務(wù)的大型綜合信息化系統(tǒng)（整體RTP），已使主線生產(chǎn)單元和生產(chǎn)經(jīng)營管理部門實現(xiàn)了生產(chǎn)、業(yè)務(wù)和財務(wù)的信息集成，形成了覆蓋全公司的日成本管理工作網(wǎng)絡(luò)。
在數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的細(xì)分領(lǐng)域，河鋼唐鋼1580生產(chǎn)線的質(zhì)量管理系統(tǒng)能夠同步顯示產(chǎn)品質(zhì)量的檢測數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)，讓產(chǎn)品質(zhì)量管理精確到熱軋鋼帶長度以“米”為單位進(jìn)行匹配。
要使500米~600米以上的鋼卷全部滿足用戶需求，必須運用信息自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)過程的數(shù)百個參數(shù)進(jìn)行掌控，實現(xiàn)產(chǎn)品全過程質(zhì)量跟蹤與管理，提高產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性與穩(wěn)定性。對此，華菱湘鋼體會頗深。他們認(rèn)為，與離散式生產(chǎn)不同，鋼鐵產(chǎn)品就是連續(xù)性生產(chǎn)，最需要解決的是物料跟蹤，從鐵水變成鋼水、鋼坯、鋼材，必須隨時掌控它在制造過程中的流向，掌控它的物理信息發(fā)生了什么變化，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。再擴(kuò)大視野，他們還把營銷系統(tǒng)吸納進(jìn)來，實現(xiàn)價值流。隨著物流走，然后他們把研發(fā)系統(tǒng)吸納進(jìn)來，實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。
【觀察】
鋼鐵業(yè)推進(jìn)智能制造應(yīng)分兩步走
2016年以來，我國鋼鐵企業(yè)在實施智能化過程中在自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方面取得了重要進(jìn)展和豐碩成果，說明鋼鐵行業(yè)在智能制造“十三五”開局良好，方向正確。那么，今后鋼鐵企業(yè)如何進(jìn)一步推進(jìn)智能制造呢？《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級規(guī)劃（2016年~2020年）》和《中國智能制造“十三五”規(guī)劃》對發(fā)展智能制造的闡述具有強烈的前瞻性，為推動鋼鐵行業(yè)的制造系統(tǒng)調(diào)整升級指明了方向；《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級規(guī)劃（2016年~2020年）》提出了鋼鐵行業(yè)智能制造的方向和模式。筆者認(rèn)為，當(dāng)前，鋼鐵行業(yè)和企業(yè)的問題在于如何深刻理解智能制造的內(nèi)涵和如何分階段推進(jìn)智能制造。
國內(nèi)外關(guān)于智能制造的認(rèn)識、分析和判斷存在爭議，專家、學(xué)者各有自己的看法，鋼鐵企業(yè)各有自己的做法。
1997年，美國IBM公司的“深藍(lán)”超級計算機(jī)戰(zhàn)勝了當(dāng)時世界排名第一的國際象棋大師卡斯帕羅夫。20年后，英國倫敦的谷歌DeepMind公司開發(fā)了“AIphaGo”計算機(jī)圍棋軟件，于2016年3月份擊敗世界圍棋頂尖高手韓國的圍棋世界冠軍李世石，將人工智能推向了一個新階段：人工智能能夠深度學(xué)習(xí)，具有“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，有推理和決策能力。
中科院自動化所研究員王飛躍認(rèn)為，“AIphaGo”電腦軟件同“深藍(lán)”超級計算機(jī)是兩回事，“深藍(lán)”超級計算機(jī)同人工智能沒有關(guān)系，靠的是硬件的計算力，每秒鐘能處理500GB以上的數(shù)據(jù)，而“AIphaGo”還加入了對局勢的評判，加入了價值網(wǎng)絡(luò)。上次是自動化勝人，這次是智能化勝人?！癆IphaGo”電腦軟件在原理上具有通用性，可應(yīng)用于制造流程即智能制造。
中國工程院院士王國棟對智能化的觀點是：“從感覺到記憶再到思維這一過程稱為‘智慧’，智慧的結(jié)果將產(chǎn)生行為和語言的‘能力’，將兩者合并稱為‘智能’?！彼J(rèn)為，智能系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有下列4種能力：感知能力、記憶和思維能力、學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力、行為決策能力。
中國工程院院士殷瑞鈺對智能工廠的認(rèn)識可以這樣概括：鋼鐵行業(yè)屬于流程制造行業(yè)，鋼廠的智能制造是一個典型的信息物理系統(tǒng)，要將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等信息系統(tǒng)與鋼鐵制造深度融合，實現(xiàn)信息深度自感知、智能化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行3種功能，提升全流程運行過程的智能化控制、管理和服務(wù)水平，這要經(jīng)歷一個探索、研發(fā)的過程。
寶武集團(tuán)首席研究員郭朝暉對鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)智能制造的思考是：將信息通信技術(shù)（ICT）與工業(yè)深度融合，實現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化為基礎(chǔ)的智能制造。在鋼鐵行業(yè)，數(shù)字化是全行業(yè)實現(xiàn)智能化并最終走向工業(yè)4.0時代的關(guān)鍵所在。如果從技術(shù)層面總結(jié)智能制造的共性，就是深入地采用數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化手段。
筆者認(rèn)為，國內(nèi)兩位院士和寶武集團(tuán)專家關(guān)于智能制造的見解很深刻，兩位院士關(guān)于智能制造的“4種能力”“3種功能”的理解與人工智能的深度學(xué)習(xí)和推理決策能力一脈相通，可作為中國鋼鐵企業(yè)實行智能制造的終極目標(biāo)。但這一理念在當(dāng)前的實現(xiàn)難度很大，國內(nèi)外多數(shù)鋼企難以達(dá)到這個要求。例如，浦項將智能工廠的終極目標(biāo)只是確定為高度自動化水平的無人值守。
有關(guān)專家提出，鋼鐵行業(yè)的智能制造要著力解決的問題是，我國尚未建立鋼鐵生產(chǎn)過程的一體化控制，未形成各層次的協(xié)調(diào)優(yōu)化，鋼材產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性和適用性不高，產(chǎn)品的外形尺寸精度和組織性能的控制尚待提高，在大規(guī)模、連續(xù)化生產(chǎn)的條件下，產(chǎn)品個性化、定制化亟待加強。與此同時，冶金裝備的狀態(tài)診斷、預(yù)測與智能化自愈控制亟待實現(xiàn)，物流、能源的智能控制與優(yōu)化協(xié)同也亟待建立。
在筆者看來，寶武集團(tuán)專家提出的觀點可作為鋼鐵企業(yè)智能制造在啟動階段的目標(biāo)，或者說是操作的切入點，即智能制造的基礎(chǔ)是提高自動化水平，著力點是廣泛深入地普及數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，這是我國多數(shù)鋼鐵企業(yè)能夠做到并正在努力做的。而工信部的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)也提出要重點做好3個方面的工作：一是加快發(fā)展制造過程的智能化，二是加快生產(chǎn)服務(wù)的智能化，三是加快生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)新模式的發(fā)展。新模式主要有4種：一是培養(yǎng)流程型的智能制造，二是網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造，三是大規(guī)模個性化定制，四是遠(yuǎn)程思維。以上這些實施細(xì)則為鋼鐵企業(yè)開展智能制造在啟動階段明確了規(guī)定動作。
據(jù)此，筆者認(rèn)為，我國鋼鐵企業(yè)智能制造可分為兩個目標(biāo)，即現(xiàn)階段目標(biāo)和終極目標(biāo)。其中，現(xiàn)階段目標(biāo)是自動化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，終極目標(biāo)是實現(xiàn)流程制造過程的3種功能，即信息深度自感知、智能化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行。我們鋼鐵行業(yè)當(dāng)前要關(guān)注國內(nèi)外人工智能的發(fā)展趨勢，在智能制造的進(jìn)程中，加快啟動階段的步伐，也要在有條件、有能力的大型企業(yè)盡可能探索研發(fā)“智能化自決策”功能電腦軟件，如同AIphaGo圍棋軟件那樣，引入類似于人類腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能，以縮短達(dá)到終極目標(biāo)的時間并做出示范。
同時也要看到，鋼鐵行業(yè)的冶金、軋鋼原理和生產(chǎn)技術(shù)比較復(fù)雜，開發(fā)“有自決策功能”的電腦軟件不是短期間內(nèi)能夠奏效的。正如互聯(lián)網(wǎng)實驗室創(chuàng)始人方興東所說：“圍棋‘人機(jī)大戰(zhàn)’雖炙手可熱，卻始終與我們的用戶距離甚遠(yuǎn)?！边@緣于人類對自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究還處在探索階段。當(dāng)前，中美兩國都在加強腦科學(xué)研究，我國盛大創(chuàng)始人陳天橋近日宣布成立10億美元基金支持腦科學(xué)研究，首批將向美國加州理工學(xué)院捐款1億美元，用于大腦基礎(chǔ)生物學(xué)研究，而美國慈善家麥戈文夫婦捐款給北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京師范大學(xué)成立了腦科學(xué)研究所。據(jù)介紹，我國腦科學(xué)研究的水平已經(jīng)與美國接近。著名美國華裔科學(xué)家丁肇中于2016年12月20日在上海表示，復(fù)旦大學(xué)在腦科學(xué)研究方面已經(jīng)取得重大的進(jìn)展。