在新一輪發(fā)展周期中，中國鋼鐵工業(yè)將以綠色制造的全新理念，運(yùn)用人工智能，信息技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，為世界鋼鐵工業(yè)留下更深的印記。未來，智能制造技術(shù)給鋼鐵工業(yè)帶來的變革不僅是效率的提升和質(zhì)量的穩(wěn)定，更重要的是提升柔性生產(chǎn)能力。

　　1 《中國制造 2025》在河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)中的體現(xiàn)與應(yīng)用

      《中國制造 2025》的核心是“智能制造”和“互聯(lián)網(wǎng)+”，主攻方向是智能制造，要推進(jìn)信息和與工業(yè)化深度整合，把智能制造技術(shù)作為信息化和工業(yè)化深度融合的主要發(fā)展方向，主要發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品，促進(jìn)生產(chǎn)過程中的程智能化、培養(yǎng)新型生產(chǎn)方式，大力提升企業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)、管理和服務(wù)的智能化水平。在信息化技術(shù)背景下，工業(yè)與信息化的融合，催生了新的工業(yè)發(fā)展形態(tài)。河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)在《中國制造 2025》行動(dòng)綱領(lǐng)指導(dǎo)下，加大對(duì)數(shù)字化、智能化技術(shù)的應(yīng)用，將為鋼鐵企業(yè)在技術(shù)、設(shè)備正常運(yùn)行率、生產(chǎn)效率、綠色環(huán)保、能源效率等方面實(shí)現(xiàn)更多的改善，又能滿足客戶端日新月異的高標(biāo)準(zhǔn)、個(gè)性化需求，將給河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)的發(fā)展創(chuàng)造更加美好的未來。

　　2 智能制造概述

　　智能制造是制造業(yè)在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)中的充分體現(xiàn)，是我國制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的主要途徑，更是我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要路徑，也是我國加快建設(shè)制造強(qiáng)國的主要發(fā)展方向。智能制造既是一個(gè)“大系統(tǒng)”，貫穿于產(chǎn)品、制造、服務(wù)全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，又是個(gè)“大概能”，是信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合。

　　2.1 智能制造國內(nèi)外發(fā)展與應(yīng)用

　　20 世紀(jì) 90 年代，美國開始了制造業(yè)信息化，目標(biāo)是研究世界領(lǐng)先的先進(jìn)制造技術(shù)，制定了 AMT(Advanced ManufacturingTechnology，先進(jìn)制造技術(shù))發(fā)展戰(zhàn)略，支持科研院所、大學(xué)與工業(yè)界三者聯(lián)合開發(fā)先進(jìn)制造技術(shù)。人工智能技術(shù)、控制論、互聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)的基礎(chǔ)大多數(shù)起源于美國。美國在智能產(chǎn)品的研發(fā)方面有早期的集成電路、PLC、數(shù)控機(jī)床，到如今的無人駕駛汽車、智能手機(jī)以及各種先進(jìn)傳感器，美國的 IBM、思科、通用電氣和 AT&T 等軟件公司也是用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來改造制造業(yè)，用信息化帶動(dòng)制造業(yè)發(fā)展。

　　早在 1982 年歐洲制定的信息技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃中，就強(qiáng)調(diào)了面向未來制造核心技術(shù)的開發(fā)。由德國、法國和英國發(fā)起的“未來的工廠”的尤里卡項(xiàng)目將相關(guān)制造業(yè)方面的研究與開發(fā)作為重點(diǎn)。歐洲國家在智能制造領(lǐng)域中的戰(zhàn)略布局也非常早，其智能制造各環(huán)節(jié)均處于世界領(lǐng)先地位。德國企業(yè)在汽車電子、機(jī)械電子、機(jī)床電子、醫(yī)療電子等領(lǐng)域引領(lǐng)全球相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

　　1991 年我國國家自然科學(xué)基金委員會(huì)組織多個(gè)高校及亞太國家就智能制造的國際合作進(jìn)行了研討。在智能系統(tǒng)與建模、智能調(diào)度、智能機(jī)器人、智能控制、智能故障診斷5個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行合作研究。我國制定的“九五”計(jì)劃也將先進(jìn)制造技術(shù)作為發(fā)展領(lǐng)域。1993 年，我國國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目就研究了“智能制造系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”1999 年開展了“支持產(chǎn)品創(chuàng)新先進(jìn)制造技術(shù)研究”，在“863”計(jì)劃中先進(jìn)智能制造技術(shù)被納入計(jì)劃之中。在工業(yè) 4.0 以后，中國相繼提出信息化和工業(yè)化深度融合、互聯(lián)網(wǎng)+、《中國制造 2025》等一系列指導(dǎo)思想，來指導(dǎo)我國智能化制造的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國在許多智能制造重點(diǎn)項(xiàng)目方面取得巨大成果，掌握了一大批相關(guān)基礎(chǔ)研究成果，建設(shè)了一批相關(guān)的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家工程技術(shù)研究中心。在未來20年，我國在智能制造方面的發(fā)展總體將分為兩步走。

　　第一步：到 2025 年“互聯(lián)網(wǎng)+制造”即數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)制造在全國會(huì)得到大規(guī)模推廣應(yīng)用;同時(shí)，新一代智能制造試點(diǎn)示范取得顯著成果。

　　第二步：到 2035 年，全新智能制造將在全國制造業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用，中國制造業(yè)將實(shí)現(xiàn)智能升級(jí)。

　　2.2 智能工廠的構(gòu)架與功能定義

　　全新智能工廠是實(shí)現(xiàn)智能制造的前提和基礎(chǔ)，智能工廠可以分成三大部分(圖 1)。

圖1  智能工廠構(gòu)架

　　(1)第一部分包括：企業(yè)層對(duì)產(chǎn)品研發(fā)和制造準(zhǔn)備進(jìn)行統(tǒng)一的管控和 ERP(Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計(jì)劃)進(jìn)行集成，建立統(tǒng)一的研發(fā)制造管理系統(tǒng)。

　　(2)第二部分包括：管理層、操作層、控制層、現(xiàn)場(chǎng)層通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)管理，到工業(yè)網(wǎng)底層的網(wǎng)絡(luò)連接，來滿足管理生產(chǎn)過程、監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)執(zhí)行、采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備和物料數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)要求。

　　(3)第三部分包括：要求產(chǎn)品開發(fā)制造過程進(jìn)行建模與仿真之外，還要根據(jù)產(chǎn)品的變化對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的重組和運(yùn)行進(jìn)行仿真，在投入運(yùn)行前就要了解系統(tǒng)的使用性能，分析其可靠性、經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量、工期等，為生產(chǎn)制造過程中的流程優(yōu)化和規(guī)模性網(wǎng)絡(luò)制造提供有力支持。

　　2.3 河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)主要智能工廠項(xiàng)目

　　唐鋼新區(qū)的智能工廠建設(shè)，通過系統(tǒng)間的深度集成、互聯(lián)互通，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、計(jì)劃、生產(chǎn)、質(zhì)量、銷售一貫到底，使企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)管理單元與客戶和市場(chǎng)構(gòu)成了協(xié)同作業(yè)鏈，訂單交付周期、品種鋼比例、訂單兌現(xiàn)率等指標(biāo)均有良好改善。具體項(xiàng)目有全球首座智能“無人化”料場(chǎng)、沖渣水處理裝置、2050 mm 熱軋精軋機(jī)組、數(shù)字化生產(chǎn)指揮中心、智能化連鑄六包回轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)澆鋼、能源環(huán)保一流管控項(xiàng)目等。智能制造技術(shù)全面的推廣應(yīng)用，能夠快速帶動(dòng)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)“柔性制造”生產(chǎn)模式，從而實(shí)現(xiàn)用宏觀大數(shù)據(jù)來指導(dǎo)微觀生產(chǎn)，為鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排、綠色環(huán)保發(fā)展，起到了有力支撐。

　　3 河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)的數(shù)字化工廠

　　對(duì)于鋼鐵制造業(yè)而言，數(shù)字化工廠以軟件為依托，為工廠建立一個(gè)全面的電子化數(shù)據(jù)倉庫平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫全面涵蓋了工廠設(shè)計(jì)、技術(shù)改造、設(shè)備更新等各個(gè)階段，能夠從設(shè)計(jì)開始到工廠退役之間的過程中，合理的管理工廠。河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)充分應(yīng)用了數(shù)字化信息技術(shù)，在鋼鐵產(chǎn)銷系統(tǒng)平臺(tái)中，產(chǎn)品訂單信息輸入后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)整體生產(chǎn)的成本消耗和市場(chǎng)價(jià)格準(zhǔn)確的測(cè)算出指定品種鋼材的效益情況，生產(chǎn)制造部門也就可以根據(jù)測(cè)算結(jié)果來選擇效益最大化的訂單，并優(yōu)先組織產(chǎn)品的生產(chǎn)。在滿足客戶需求的同時(shí)，來實(shí)現(xiàn)效益的最大化，充分體現(xiàn)了“柔性制造”生產(chǎn)模式。

　　4 智能制造裝備

　　智能制造裝備是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的高度集成，也是智能制造產(chǎn)業(yè)的核心載體。與傳統(tǒng)的數(shù)控裝備不同，智能制造裝備不僅是緊密、復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)，還需要具有自感知、自適應(yīng)、自診斷、自決策等智能特征，才能滿足航空、航天、汽車、能源等不同制造領(lǐng)域的多樣化需要。

　　4.1 智能制造裝備的特征與意義

　　智能制造裝備是機(jī)電系統(tǒng)與人工智能系統(tǒng)的高度融合，充分體現(xiàn)了制造業(yè)向智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需求。與傳統(tǒng)的制造裝備相比，智能制造裝備具有自我感知能力、自適應(yīng)和優(yōu)化能力、自我診斷和維護(hù)能力、自主規(guī)劃和決策能力。智能制造裝備是未來制造裝備發(fā)展的必然趨勢(shì)：智能制造裝備的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)將在航空、航天、汽車、能源等重點(diǎn)制造領(lǐng)域得到充分體現(xiàn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)低污染、節(jié)能加工、對(duì)推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義;智能制造裝備是全面發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ);智能制造裝備是推動(dòng)我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的核心力量，智能制造裝備是智能化、信息化與自動(dòng)化深度融合的體現(xiàn)，大力發(fā)展智能化裝備對(duì)加快我國制造業(yè)向“高端制造”轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升制造效率、技術(shù)水平與產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源與資源消耗，推動(dòng)制造過程智能化和可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義，智能制造裝備是實(shí)現(xiàn)高端裝備的主要技術(shù)手段，涉及智能儀器儀表、智能數(shù)控系統(tǒng)、智能機(jī)床與成套裝備等方面，因此，加強(qiáng)智能制造裝備的發(fā)展，能夠滿足關(guān)鍵領(lǐng)域向高端制造轉(zhuǎn)型的需求，是提高國家制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和其他新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，推動(dòng)“中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)變。

　　4.2 智能制造裝備及系統(tǒng)的組成

　　智能制造裝備是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的高度集成，也智能制造產(chǎn)業(yè)核心載體。智能制造裝備通常包括裝備本體與相關(guān)的智能使能技術(shù)，裝備本體需要具備優(yōu)異的性能指標(biāo)，如精度、效率及可靠性，而相關(guān)的使能技術(shù)則是使裝備本體自感知、自適應(yīng)、自診斷、自決策等智能特征的關(guān)鍵途徑。智能制造裝備的組成圖 2 所示，其中典型的智能使能技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能傳感、互聯(lián)互通與遠(yuǎn)程運(yùn)維等。智能制造單體雖然具備智能特征，但其功能和效率始終是有限的，無法滿足現(xiàn)代化制造業(yè)規(guī)?；l(fā)展的需求，因此需要基于智能制造裝備，進(jìn)一步發(fā)展和建立智能制造系統(tǒng)(圖 3)。其中，最下層為不同功能的智能制造裝備，如智能機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、智能測(cè)量儀;多臺(tái)制造裝備組成了數(shù)字化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了各種智能制造連接。進(jìn)一步多條數(shù)字化生產(chǎn)線組成了數(shù)字化車間，實(shí)現(xiàn)了各數(shù)字化生產(chǎn)線的連接;最后由多個(gè)數(shù)字化車間組成智能工廠。最上一層為應(yīng)用層、由物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程運(yùn)維等使能技術(shù)組成，為各級(jí)智能制造系統(tǒng)提供技術(shù)服務(wù)和支撐。

 圖2 智能制造裝備組

圖3  智能制造系統(tǒng)的組成

　　4.3 河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)工業(yè)機(jī)器人

　　河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)大力推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人在線的典型應(yīng)用，加快“智能化與工藝裝備的深度融合”步伐，提升生產(chǎn)線智能化水平，促進(jìn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)無人化，進(jìn)一步提升產(chǎn)品生產(chǎn)線智能制造的支撐能力。工業(yè)機(jī)器人的投入有效提升了生產(chǎn)線撈渣的工作效率，在提高產(chǎn)品表面質(zhì)量穩(wěn)定性、提高產(chǎn)品合格率、降低生產(chǎn)成本等方面作用明顯，促進(jìn)生產(chǎn)線提質(zhì)增效。從鋼鐵企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人和智能制造裝備應(yīng)用的 6 個(gè)偏好為出發(fā)點(diǎn)，即質(zhì)量偏好、效益偏好、減員偏好、安全偏好、政策偏好、降本偏好，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工位強(qiáng)度需求與機(jī)器人研發(fā)難度象限圖分布理論，重點(diǎn)研究了精煉爐自動(dòng)測(cè)溫取樣、鍍鋅線自動(dòng)撈鋅渣、鋼材自動(dòng)打捆、自動(dòng)包裝、產(chǎn)品自動(dòng)標(biāo)識(shí)等機(jī)器人在生產(chǎn)線應(yīng)用的可行性。通過研發(fā)并實(shí)際部署具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，為作業(yè)過程標(biāo)準(zhǔn)化、質(zhì)量改善、工作效率提升以及安全保障能力建設(shè)提供專業(yè)化支撐手段。機(jī)器人的應(yīng)用將在降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)方面帶來良好效果。

　　5 工業(yè)大數(shù)據(jù)在河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)的應(yīng)用

　　大數(shù)據(jù)是指儲(chǔ)存在各種介質(zhì)中的大規(guī)模的各種心態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)各種儲(chǔ)存介質(zhì)中的海量信息進(jìn)行獲取、儲(chǔ)存、管理、分析、控制而得到的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)的大不止體現(xiàn)在容量方面，更體現(xiàn)在其價(jià)值方面相較于數(shù)據(jù)的大小，數(shù)據(jù)的多元性和實(shí)時(shí)性對(duì)大數(shù)據(jù)價(jià)值有著更加直接影響，大數(shù)據(jù)技術(shù)意義并不在于數(shù)據(jù)本身，而在于將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔?，再從信息中獲得知識(shí)，從而可以更好地進(jìn)行決策。工業(yè)大數(shù)據(jù)是鋼鐵工業(yè)未來發(fā)展的主要方向。河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)進(jìn)一步推進(jìn)人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)字信息化等新一代信息通信技術(shù)與鋼鐵行業(yè)深度融合，推動(dòng)質(zhì)量變革和效率變革，打造智能制造時(shí)代河鋼發(fā)展新優(yōu)勢(shì)。尤其是在智能制造方面持續(xù)發(fā)力，積累了海量的工業(yè)數(shù)據(jù)，在無人天車、一鍵煉鋼、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用等領(lǐng)域不斷取得突破，這些工業(yè)大數(shù)據(jù)將推動(dòng)河鋼集團(tuán)唐鋼新區(qū)向智慧企業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)變。

　　6 結(jié)束語

　　21 世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等全新信息技術(shù)飛速發(fā)展，智能制造集中匯聚在全新人工智能技術(shù)的戰(zhàn)略性突破，全新人工智能已經(jīng)成為新一輪科技革命的核心技術(shù)。因此鋼鐵領(lǐng)域大力發(fā)展智能制造，是我國鋼鐵領(lǐng)域制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要途徑，是加快建設(shè)制造強(qiáng)國的主要發(fā)展方向。(作者：李鴻)