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钢铁工业,升级出路在“智能制造”
发表时间:2017-03-23 11:26来源:《中国机械·装备制造》 字体:[][][] [打印] [关闭]

   文/董鹏

      我国钢铁智能制造的目标是借助“互联网+”、物联网以及智能制造技术,实现“两化”深入融合。

2016年11月14日,工信部发布《钢铁工业调整升级规划(2016-2020年)》(以下简称《规划》)。《规划》立足调整先行、升级强化助力钢铁行业涅槃重生。而世界强国的兴衰史一再证明,没有强大的制造业就没有国家的强盛。而智能制造又是制造业皇冠上最闪亮的明珠,也是最能体现一个国家先进工业制造水平的指标。在互联网和数字化铺就的“铁路”上,奔跑着智能化的“列车”,牵引着智能制造、智能服务、智能研发、智能供应链的“货物”,创造经济和社会价值。

我国制造业的劳动力红利时代即将结束,周边的东南亚和印度等国凭借更具优势的劳动力成本和土地资源的吸引力,对我国的制造业形成了挑战。美国德国等工业发达国家引领的新一轮产业革命,将使其重获制造业优势。面对“前有围堵后有追兵”的境况,加快发展高端的智能制造成了我国突破重围的必然选择。

为钢铁现状把脉

据《规划》显示, “十二五”期间,信息化技术在生产制造、企业管理、物流配送、产品销售等方面应用不断深化,关键工艺流程数控化率超过65%,企业资源计划(ERP)使用率超过70%。截至2014年底,约80%钢铁企业的生产线MES覆盖率达到70%以上,尤其是炼钢和热轧以及钢管生产线的覆盖率达到80%以上,但在高炉、焦化、烧结和冷轧生产线上的覆盖率相对较低,在中小民企的覆盖率也较低。

事实上,产业协同实现的途径是以SCM(供应链管理)ERP(企业资源计划)MES(制造企业生产过程执行系统)APS(高级计划排程)、PCS(过程控制系统) 、EC(企业即时通讯)等系统的有效集成,打通上下游产业链的原料供给与产品需求,利用大数据技术深度挖掘客户需求,形成以客户为中心、以需求为导向的智能制造体系。钢铁企业可以通过系统集成化、管控一体化和企业智能化建设智慧钢铁,以信息技术创新支持管理创新和商业模式创新。工业4.0先进的实践往往发生在应用价值大而技术难度相对较低的地方。钢铁行业就具备这样的特点:部分用户对定制的需求强烈,而产品的物料跟踪却相对简单。

钢铁行业有非常先进的一面,也有“相对落后”的一面。要用智能制造提升钢铁行业的技术水平,还是应该从痛点出发。在笔者看来,钢铁行业至少有如下几个痛点:

第一,钢铁生产线并非理想的流水线。由于钢铁生产体系是“耗散系统”,这就决定了钢铁生产几乎不可能是理想的流水线。“耗散系统”的本质无法改变,但我们可以做得更好、可以用智能化带动绿色生产。与离散制造业相比,钢铁行业的转型之路可能更加艰辛,主要难点在数字化。离散制造业有能力将次品率降至3.4%,但钢铁行业高级产品的成材率常在90%以下。这从侧面反映出钢铁行业数字化的困难:影响因素众多、检测能力不足、知识积累不够等。

第二,定制化生产的负面作用严重。连铸交接坯浪费、余材多、产品质量不稳定、交货期长等现象,本质上都是定制化生产带来的负面问题。在钢铁行业毛利很低的情况下,应该更加重视这方面的问题。

第三,服务的问题。在定制化生产时,用户遇到的很多问题与设计和服务有关。按照目前的观点,造成这种现象的本质是缺乏优秀的专家。而且由于优秀专家总是“稀缺资源”,钢铁厂的服务很难面对中小客户。随着“供给侧改革”的发展,下游中小企业的质量意识和自动化水平会逐步提高,对服务的要求肯定会大大加强。通过推进“智能服务”,提高专家工作效率,是解决这个问题的方法之一。

第四,我国钢铁产业面临产能过剩、需求低迷、国家化战略的迫切性,需要加强质量管理、降本增效、节能减排。而我国钢铁企业生产管理发展趋势是个性化、定制化、多品种、小批量,关键要协调产销矛盾,以降低生产、库存、物流成本。加强质量管理、降本增效、节能减排是钢铁企业发展生存的必然要求;产销一体、管控衔接、“三流”同步是钢铁企业信息化的必然选择。但是,化解产销矛盾、实现产销平衡是钢铁企业一直面临的关键问题。

促进“两化”深度融

智能生产既包括生产模式的转换变革,又包括信息的集成优化。行业将在以下方面有所转变生产模式由大规模生产转为大规模定制,管理理念由以产品为中心、以低成本赢得市场转变为以顾客为中心、以快速响应赢得市场,驱动方式由根据市场预测安排生产的推动式的生产方式转变为根据客户订单安排生产的拉动式的生产方式,生产战略由成本领先战略转向差异化战略和服务。

智能制造以满足客户要求的性能参数和特殊条件、优化制造工艺流程、监控协调生产制造设备为核心,是服务用户的一种新的制造模式。智能工厂通过可视化设备监控工厂内所有工艺生产流程的各道工序,通过大数据分析实现自动控制和智能制造的新型工厂。建立这种生产体系的工厂以工业4.0为基础,通过物联网技术和大数据实现厂内所有关键要素的实时监控,从而达到智能化。目前,我国诸多钢铁企业正在积极推进“两化”融合体系建设,涌现了一批工业机器人、智能制造和“两化”融合贯标试点、智能在线监测和检验化验设施以及工业互联网、移动互联网、云计算、大数据在企业经营决策全流程和全产业链的综合集成系统应用等先进技术。

我国钢铁智能制造的目标是借助“互联网+”、物联网以及智能制造技术,实现“两化”深入融合,研发具有需求分析、产品设计、生产组织、过程优化、质量全程管控、市场动态反馈等多重功能的钢铁全流程智能制造系统,提升钢铁制造过程中新钢种高效研发能力、产品质量稳定生产能力、柔性化生产组织能力、能效成本综合控制能力,实现产品规模化生产与定制式制造相融合的钢铁智能化制造。“两化”融合模式为钢铁行业带来的改变主要体现在以下方面:

首先,降低成本,提高销售,这是钢铁企业拥抱互联网的主要目的。随着劳动力成本提升,中国钢企也会采用机器人、无人行车、无人台车、无人仓库等技术来提高劳动效率、降低生产成本。在技术上,这些都是没有本质困难的。

其次,提升钢铁行业效率。互联网信息透明化的特点使供需关系明确,有利于钢企提高资源的配置效率;而互联网工具可连接钢铁产业链各个环节,从而提升钢企商业模式效率。

再次,智能制造是互联网引发的技术革命,其特征之一是打破部门和组织的围墙。为此,相关企业必须重视顶层设计。钢铁行业可将CPS信息物理系统嵌入横向集成和端到端集成的信息平台,实现智能化的研发、服务、采购、销售。这样,通过知识和信息的共享,突破部门之间的边界、实现快速有效的协同,拉近企业与客户间的距离,就可以为用户提供量身定做的个性化服务。在钢铁企业中,服务于用户需求的不仅是销售和研发部门,而是整个公司。

最后,推动服务型制造。目前我国大部分钢铁企业还停留在按照用户需求单纯的卖产品阶段。随着制造业强国、创新型国家的建设,对钢材品种、质量和服务需求将不断升级,将由单纯“产品”需求向“产品+服务”需求转变。在钢铁领域大力发展服务型制造,对企业提质增效、形成竞争新优势、更好地满足市场需求具有重要意义。“十三五”期间钢铁企业要通过早期介入用户超前需求、后期跟踪改进等模式,主动由制造商向服务商转变,由单纯的提供“产品”向“产品+一揽子解决方案”转变,不仅满足用户当前需求,还要创造和引领未来需求,实现上下游共赢。特别是要在高技术船舶、海洋工程装备、先进轨道交通、电力、航空航天、机械等领域重大技术装备所需高端钢材品种方面取得突破。

数字化是推进智能制造的“心脏”

数字化并非仅仅是数据的获取和转化,而是要用DIKW体系(数据、信息、知识、智慧)去认识其全貌。也就是说,数字化要以智能化的预测和决策为导向,完成数据的结构化、知识的提炼与管理。PLM(产品生命周期管理)技术恰恰体现了DIKW的思想。通过推动PLM,重点是将研发、生产、服务过程的碎片化的信息和知识有效地组织起来、将模糊的经验提炼出来并用计算机软件实现。依靠这样的载体,将个人知识转化成企业的知识、将隐性知识转化成显性知识,实现知识的有效积累,这样才能促进企业向研发和服务转型。研制PLM也应该是钢铁行业数字化的有效抓手。

同时,要通过产业协调去重塑价值链。产业协同的目标是充分把握新工业时代下信息资源带来的机遇,以数据洞察为核心驱动力,贯穿参与者、产品与生产,实现产业链互联互通的协同,形成集制造和服务为一体的价值网络。与此同时,智能生产将制造过程的资源管理、生产组织、过程控制等不同层级的信息集成,实现动态调整和全工序的优化。从表面来看,钢铁最终要通过线上与线下的互动,而钢铁电商平台将设备、生产线、钢厂、钢贸、钢材和客户联系在了一起。从内层来看,实质是要连接工业链、产品、运营、管理、销售和消费者的数据。

放眼未来,下游用户对个性化服务的要求会逐步加强。基本动力将来自两个方面:一是随着用户自动化、智能化水平的提升和对最终产品质量要求的提高,对材料质量的要求肯定会提高;二是随着电商的不断发展,钢铁产品需要越来越多地来自中小客户,传统的服务模式也将越来越难以为继。因此,推动“智能服务”显然是钢铁行业实现智能制造的重要方向。

在智能制造的终极状态,现在许多工作岗位将变成无人值守。未来,钢铁工业的常规性的生产操作、设计服务、采购销售将实现无人化;设备维修维护、产品与技术创新、商务策略制定需要人的主导,但数字化、智能化的程度将大大提升。这也是智能制造的衡量标准。如果以无人值守为目的,钢铁业必须重视大数据保存和积累。从CPS开发到质量保证,都需要将生产过程的痕迹尽量完整地记录下来。这样,大数据基础建设就是需求驱动的,而不是为大数据而大数据。在钢铁工业的终极状态,若干岗位将无人值守。以此为目标,逻辑上要完成3件事情:一是人的体力劳动必须由机器代替;二是人在生产过程中接收和发送的信息,都要实现数字化检测和传递;三是人的控制、操作思想必须由软件来实现。

总之,钢铁工业智能制造意味着钢铁电商、互联网思维、大数据以及云计算的使用等方面。其中,钢铁电商是互联网+钢铁和企业内部物流与外部物流的智能化为主要表现形式。预计未来五年,我国钢铁工业已不再是大规模发展时期,将进入结构调整、转型升级为主的发展阶段,是钢铁工业结构性改革的关键阶段。钢铁行业要积极适应、把握、引领经济发展新常态,落实供给侧结构性改革,以全面提高钢铁工业综合竞争力为目标,以化解过剩产能为主攻方向,坚持结构调整、坚持创新驱动、坚持绿色发展、坚持质量为先、坚持开放发展,加快实现调整升级,提高我国钢铁工业发展质量和效益。

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责任编辑: 任希佳