工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整合數(shù)據(jù)與應(yīng)用,5G智慧鋼鐵十大應(yīng)用場(chǎng)景

中國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的裂變來(lái)的出乎意料，又在意料之中。

《財(cái)富》官方近期全球發(fā)布2020《財(cái)富》世界500強(qiáng)排行榜，中國(guó)大陸公司實(shí)現(xiàn)了歷史性跨越：中國(guó)大陸（含香港）公司數(shù)量達(dá)到124家，歷史上第一次超過(guò)美國(guó)（121家）。寶武、河鋼、沙鋼、鞍鋼、首鋼、山東鋼鐵、青山控股集團(tuán)7家鋼鐵企業(yè)在列（全球共有12家）。

中國(guó)已儼然是鋼鐵大國(guó)，據(jù)世界鋼鐵協(xié)會(huì)最新統(tǒng)計(jì)，2019年全球粗鋼產(chǎn)量達(dá)到18.699億噸，同比增長(zhǎng)3.4％。其中中國(guó)的粗鋼產(chǎn)量為9.963億噸，同比增長(zhǎng)8.3％，占全球粗鋼產(chǎn)量的份額從2018年的50.9％上升至2019年的53.3％。

同時(shí)，經(jīng)過(guò)多年的改革開(kāi)放和自主創(chuàng)新，中國(guó)鋼鐵行業(yè)的信息化、自動(dòng)化水平已經(jīng)躋身國(guó)際前列，成為離智能化最近的行業(yè)，向鋼鐵強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。

鋼鐵行業(yè)有其固有特性：全流程是看不見(jiàn)、摸不到、測(cè)不出的“黑箱”，多場(chǎng)、多相共存，多變量、強(qiáng)耦合、大滯后、非線性的特征決定鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程本身和鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的突出特征是極強(qiáng)的不確定性。在5G商用、“新基建”全面推進(jìn)的大背景下，需要重新思考與繪制下一代鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展、柔性制造和智能制造的宏圖，制定企業(yè)生產(chǎn)、技術(shù)、管理、物流、銷(xiāo)售等整體智能化規(guī)劃。

近日，華為聯(lián)合中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信、亮風(fēng)臺(tái)、東北大學(xué)等，深入寶武、河鋼、華菱湘鋼、柳鋼、首鋼等鋼鐵企業(yè)，撰寫(xiě)發(fā)布《5G智慧制造白皮書(shū)》，為5G與新一代信息技術(shù)協(xié)同交叉推動(dòng)鋼鐵行業(yè)發(fā)展提供了一些路徑。

一、鋼鐵信息化：連接是基礎(chǔ)、云是重要載體、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整合數(shù)據(jù)與應(yīng)用、AI賦能未來(lái)

鋼鐵行業(yè)從“制造”向“智造”轉(zhuǎn)型離不開(kāi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能的技術(shù)和平臺(tái)支撐，以此實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)備的全連接、作業(yè)過(guò)程的智能化控制、生產(chǎn)管理的信息共享、產(chǎn)供銷(xiāo)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)、市場(chǎng)投放的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

網(wǎng)絡(luò)連接是工廠數(shù)字化的前提，連接由有線為主向無(wú)線為主過(guò)渡，由多種接入方式整合為以5G+光纖共存的模式為主，共同打造低時(shí)延、高可靠的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。工廠連接六要素：生產(chǎn)環(huán)境、物料、物流車(chē)輛、生產(chǎn)設(shè)備、制造執(zhí)行控制系統(tǒng)、人。

目前，越來(lái)越多企業(yè)采用云計(jì)算模式部署信息系統(tǒng)，企業(yè)上云漸成趨勢(shì)。通過(guò)構(gòu)建一體化數(shù)據(jù)集群云平臺(tái)，收集工業(yè)流程各個(gè)環(huán)節(jié)信息，建立企業(yè)財(cái)務(wù)共享云、數(shù)據(jù)分析云、電子采購(gòu)云、生產(chǎn)控制云、企業(yè)管理云，可分析綜合信息數(shù)據(jù)，優(yōu)化流程，提高工作效率。

而智能制造已經(jīng)成為制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了不少鋼鐵行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)聚焦設(shè)備全生命周期管理、智能化生產(chǎn)、供應(yīng)鏈協(xié)同及綠色化生產(chǎn)四個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。

隨著鋼廠數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平的提高以及人工智能技術(shù)的進(jìn)步，長(zhǎng)期積累并不斷采集、監(jiān)測(cè)到的海多源異構(gòu)數(shù)據(jù)得以有效利用，人工智能技術(shù)在鋼廠生產(chǎn)中的應(yīng)用場(chǎng)景逐漸豐富，已經(jīng)深入鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)方面，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、鐵水質(zhì)量預(yù)測(cè)、過(guò)程控制、產(chǎn)品質(zhì)量判定、設(shè)備故障診斷、鐵前采購(gòu)與配料優(yōu)化、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度等，對(duì)實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的高效化、協(xié)同化、智能化運(yùn)行，提高鋼鐵工業(yè)信息化和智能化制造水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

總體來(lái)說(shuō)，鋼鐵行業(yè)要實(shí)現(xiàn)信息化，連接是基礎(chǔ)、云是重要載體、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整合數(shù)據(jù)與應(yīng)用、人工智能賦能未來(lái)?！?G 智慧制造白皮書(shū)》基于此對(duì)未來(lái)鋼鐵信息化的框架提出設(shè)想。

鋼鐵行業(yè)核心業(yè)務(wù)從分成上來(lái)講分為五層，從L1到L5。L1是控制單元，包括各種設(shè)備和儀表。L2 包括 DCS、TCS 等過(guò)程控制系統(tǒng)。L3是生產(chǎn)管理系統(tǒng)，也就是俗稱(chēng)的MES。L4 是公司管理，L5 是集團(tuán)管控，主要包括戰(zhàn)略管理、商業(yè)分析和BI 等。這個(gè)模型是六七十年代美國(guó)大學(xué)提出的，但制造業(yè)一直延續(xù)到今天。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)，平臺(tái)是核心，安全是保障。因此也需要規(guī)劃一套端到端的安全防護(hù)體系，確保從L1層到L5層的整體信息安全。主要模塊包括設(shè)備安全、網(wǎng)絡(luò)安全、安全控制、數(shù)據(jù)安全、主機(jī)安全、平臺(tái)安全、應(yīng)用安全和安全態(tài)勢(shì)感知等。

二．5G智慧鋼鐵十大應(yīng)用場(chǎng)景：無(wú)線替換有線、機(jī)器替人、連接未連接

《白皮書(shū)》從價(jià)值層面將5G智慧鋼鐵應(yīng)用場(chǎng)景分為三大板塊十大場(chǎng)景，即無(wú)線替換有線、機(jī)器替人、連接未連接，其中5G高清視頻監(jiān)控、5G融合通信、5G AR遠(yuǎn)程裝配為無(wú)線替換有線板塊；5G+AI鋼材表面缺陷檢測(cè)、5G無(wú)人天車(chē)、5G+AI智能配煤為機(jī)器替人板塊；5G設(shè)備點(diǎn)檢與監(jiān)測(cè)、5G智慧照明、5G高精度定位、5G無(wú)人庫(kù)房為連接未連接板塊。

其中，5G AR遠(yuǎn)程裝配通過(guò)AR+工業(yè)的解決方案，可以減少在日常作業(yè)中所發(fā)生的問(wèn)題，員工可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)“設(shè)備異?！?、“人員行為異常”、“錯(cuò)誤流程”、“質(zhì)量不穩(wěn)定”等信息。系統(tǒng)會(huì)智能地挑選最優(yōu)解決方案來(lái)處理當(dāng)前所發(fā)生的異常，減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；第一時(shí)間同步信息、AI智能指導(dǎo)作業(yè)過(guò)程、工單列表保證正規(guī)的流程、清晰的培訓(xùn)方式 + 實(shí)踐指導(dǎo)、自動(dòng)智能巡檢 +AR 巡檢、遠(yuǎn)程維修等每一個(gè)環(huán)節(jié)都可提高效率，降低成本。

在應(yīng)用場(chǎng)景中，現(xiàn)場(chǎng)工程師將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境視頻和第一視角畫(huà)面通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)推送給位于遠(yuǎn)程廠家的技術(shù)人員，廠家依托AR的實(shí)時(shí)標(biāo)注、凍屏標(biāo)注、音視頻通信、桌面共享等技術(shù)，遠(yuǎn)程配合鋼廠工程師進(jìn)行產(chǎn)線裝配工作。

5G+AI鋼材表面缺陷檢測(cè)提升抽檢率：人工檢測(cè)，抽檢率最高45%，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)后，不僅實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，抽檢率也提升到了91%；非接觸處理：避免二次損傷，提高可靠性；還能改善產(chǎn)線自動(dòng)化、提高產(chǎn)品品質(zhì)；檢測(cè)精度可達(dá)到u級(jí)，人眼無(wú)法檢測(cè)，可使用機(jī)器完成。

5G設(shè)備點(diǎn)檢與檢測(cè)可提前1-3月預(yù)警：預(yù)知設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析計(jì)算有無(wú)狀態(tài)異?；蚬收馅厔?shì)；每年平均可節(jié)省數(shù)十萬(wàn)元：降低設(shè)備異常的維修損失，以50萬(wàn)噸高線為例，一次意外停機(jī)，損失可達(dá)50萬(wàn)元；提效30%：維修效率提升，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果智能定位故障，提前準(zhǔn)備備品備件，根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行維修；釋放巡檢人力：管理人員通過(guò)手機(jī)/巡檢儀采集音視頻等，傳送后臺(tái)大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，可釋放70%巡檢人力。

從以上場(chǎng)景來(lái)看，智慧鋼鐵的方向集中在提升人工效能，讓機(jī)器和技術(shù)超越人的能力，進(jìn)而替代人類(lèi)，再者預(yù)測(cè)性介入，和人力做互補(bǔ)。

三．應(yīng)用實(shí)踐：頭部企業(yè)試點(diǎn)，重塑標(biāo)準(zhǔn)、 場(chǎng)景和目標(biāo)

《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級(jí)規(guī)劃（2016-2020 年）》提出，要將創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能制造和服務(wù)型制造三者有機(jī)結(jié)合起來(lái)，推進(jìn)鋼鐵工業(yè)有效供給水平的提高。要通過(guò)重點(diǎn)培育流程型智能制造、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、大規(guī)模個(gè)性化定制、遠(yuǎn)程運(yùn)維4種智能制造新模式的試點(diǎn)示范，總結(jié)出鋼鐵工業(yè)智能制造的發(fā)展路徑。

中國(guó)信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，2020年，中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)總體規(guī)模約為3.1萬(wàn)億元，據(jù)統(tǒng)計(jì)2019年，規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入105.78萬(wàn)億元，其中中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)員鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入4.27萬(wàn)億，占工業(yè)企業(yè)總營(yíng)收的4%，可以推算出，鋼鐵行業(yè)2020年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)?；?qū)⑦_(dá)1240億。

目前，寶武、河鋼、華菱湘鋼、柳鋼、首鋼等頭部鋼鐵企業(yè)都在進(jìn)行智能化應(yīng)用實(shí)踐。

以寶武為例，目前在各工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)布線相當(dāng)復(fù)雜，很難維護(hù)，尤其面臨更換設(shè)備、搬遷產(chǎn)線時(shí)幾乎需要重新部署網(wǎng)絡(luò)，非常不靈活。傳統(tǒng)無(wú)線方案，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)多且封閉，互聯(lián)互通難度大，性能上也存在差距：不能滿(mǎn)足毫秒級(jí)時(shí)延的實(shí)時(shí)性控制及可靠性的應(yīng)用場(chǎng)景；無(wú)法大規(guī)模、高速率的數(shù)據(jù)傳輸； 延時(shí)大、易丟包、易掉線導(dǎo)致產(chǎn)線設(shè)備間數(shù)據(jù)交互不理想，嚴(yán)重制約了設(shè)備上云。

在中國(guó)寶武寶山基地打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 5G 應(yīng)用試點(diǎn)示范，其中5G的出現(xiàn)解決了如上諸多問(wèn)題，可以解決智能工廠遠(yuǎn)程操控大量工業(yè)機(jī)器人所需要的高精準(zhǔn)、高強(qiáng)度交互的需要。

到2021年末，寶鋼股份機(jī)器人應(yīng)用實(shí)現(xiàn)置換人工超過(guò)2000人，機(jī)器人應(yīng)用總量將超過(guò)1000套，建設(shè)、改造一批智能化產(chǎn)線，完成基于5G技術(shù)滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化需求的快速響應(yīng)、柔性的研發(fā)、營(yíng)銷(xiāo)、制造、物流體系構(gòu)建。

目前，在寶武的5G智能化應(yīng)用場(chǎng)景包括：遠(yuǎn)程一鍵煉鋼、5G+AR設(shè)備檢修等。

利用數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)快速部署的案例范本則是湘鋼，湘鋼通信傳輸主要依賴(lài)光纖、WiFi和微波，有線傳輸在廠區(qū)部署會(huì)大大妨礙設(shè)備的移動(dòng)，同時(shí)增加部署的難度和成本，華菱湘鋼與中國(guó)移動(dòng)、華為、天橋嘉成、亮風(fēng)臺(tái)，通過(guò)建設(shè)5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)湘鋼數(shù)據(jù)不出廠、流量本地卸載、本地業(yè)務(wù)優(yōu)先處理的5G行業(yè)應(yīng)用新模式。

5米寬厚板廠廢料車(chē)間4臺(tái)天車(chē)完成了5G遠(yuǎn)程化改造，通過(guò)遠(yuǎn)程人工操控，解除了天車(chē)現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)節(jié)；“無(wú)人自動(dòng)天車(chē)及智能調(diào)度系統(tǒng)”通過(guò) 3D 掃描儀、測(cè)距儀等現(xiàn)代傳感器和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，對(duì)作業(yè)區(qū)實(shí)時(shí)建模分析，自動(dòng)生成調(diào)度指令和作業(yè)指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吊等多項(xiàng)先進(jìn)功能，調(diào)度作業(yè)過(guò)程完全自動(dòng)化，無(wú)人干預(yù)，極大的減少了企業(yè)的人力資源成本，提高了生產(chǎn)效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)；來(lái)自不同國(guó)家的技術(shù)工程師通過(guò)AR眼鏡以及電腦客戶(hù)端的凍屏、實(shí)時(shí)標(biāo)注等功能使得湘鋼工程師與歐洲專(zhuān)家克服疫情影響，進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)障礙溝通協(xié)作。此種創(chuàng)新裝配方式，提升了工作效率，節(jié)約了由于疫情導(dǎo)致的工程拖延、現(xiàn)場(chǎng)差旅等諸多不可控成本。

“十三五”以來(lái)，我國(guó)主要鋼鐵企業(yè)裝備達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，關(guān)鍵制造工藝流程的數(shù)控化率超過(guò)65%，企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）裝備率超過(guò)70%，信息化程度得到了跨越式發(fā)展。在下一個(gè)5年來(lái)臨之際，先進(jìn)鋼鐵企業(yè)開(kāi)始率先走向工業(yè)4.0階段，而對(duì)于仍停留在工業(yè)2.0的大批鋼企來(lái)說(shuō)，5G和邊緣計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)是機(jī)遇也是壓力。

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