中國鋼鐵行業自動化、信息化、智能化進展
殷瑞鈺 孫彥廣
智能化是當今鋼鐵工業轉型升級和高質量可持續發展的主題之一。新中國成立75年來，伴隨著中國鋼鐵工業由小到大、由弱到強，智能化呈現從生產裝備自動化、管理信息化到智能制造的不同層次，為中國鋼鐵工業發展做出了應有的貢獻。
生產裝備自動化——
顯著提升生產效率和工序過程控制水平促進了鋼鐵工業規模化發展
鋼鐵生產裝備自動化起源于上世紀50年代，基于自動檢測、自動控制、電氣傳動等技術，與工藝機理和模型結合，實現冶金設備和工序生產過程的自動控制。上世紀70年代，國際上已采用大規模全線自動化的計算機控制。
新中國成立后，國內冶金裝置、自動化控制基礎還非常薄弱，主要依靠溫度、壓力和流量等儀表進行手動控制。
20世紀70年代初從日、德、法引進的武鋼“一米七”工程，包括從加熱爐上料－粗軋－七機架連軋－卷取－運輸鏈全線自動化的兩級計算機控制的帶鋼熱連軋廠、計算機控制五機架冷連軋機的冷軋廠、擁有森吉米爾軋機的硅鋼廠和計算機控制的板坯連鑄機。
20世紀80年代初在上海建設新的寶山鋼鐵廠，原料場、燒結、高爐、煉鋼、焦化、初軋、連軋帶鋼、無縫鋼管以及備用電廠，全部采用先進的EIC（電氣儀表計算機）一體化兩級自動化系統，主要機組均設有過程計算機，使用數學模型進行優化控制。
20世紀80年代中期以來，在消化吸收國外先進自動化技術基礎上，國內進入了自主研發階段。通過多年的科研攻關、研究開發和工程實踐，國內在自動檢測、計算機控制、電氣傳動領域取得了豐碩成果，冶金系列特殊檢測裝置、大功率交交變頻裝置填補了國內空白，融自動檢測、計算機控制、電氣傳動為一體的冶金三電自動化系統覆蓋了煉鐵、煉鋼、軋鋼各個工序，部分打破了國外壟斷,為鋼鐵工業自動化技術水平提升和全面推廣普及做出了貢獻。
目前，鋼鐵企業普遍實現設備的數字化自動控制。將工藝知識、數學模型、專家經驗和數字自動化技術相結合，成功應用于煉鐵、煉鋼、連鑄和軋鋼等典型工序的過程控制和過程優化，涌現了選礦作業自動控制、燒結機閉環自動控制、高爐專家系統、“一鍵式”轉爐煉鋼、精煉爐自動控制、加熱爐燃燒優化控制、熱連軋模型控制、冷連軋模型控制等具有國際先進水平的科技成果。
冶金自動化應用于鋼鐵工業，大大減輕了生產人員的工作強度，改善了工作環境，提高了勞動生產率，人均產鋼量實現數十倍提升。同時，基于工藝模型的過程控制，提升了煉鐵、煉鋼、軋鋼生產工序的關鍵工藝變量（成分、溫度、尺寸精度和力學性能）的控制水平，在節能、降本的同時，增強了產品質量的穩定性。
企業信息化——
推動鋼鐵企業精益管理提升企業管控和競爭能力
上世紀60年代，發達國家的鋼鐵企業紛紛引入計算機管理信息系統。上世紀七八十年代，一些國際知名鋼鐵企業開發了鋼鐵企業產銷一體化系統。上世紀90年代以后，隨著互聯網和工業網絡發展，企業信息化逐步拓展到生產管控信息化，形成了企業資源計劃系統（ERP）和制造執行系統(MES)，與工藝裝置的過程自動化（PCS）一起構成了完整的三層管控體系。
本世紀初，全球信息化浪潮洶涌，我國提出“以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化，走新型工業化路子”。其間，鋼鐵企業信息化顯現了前所未有的蓬勃發展新局面。
寶鋼股份在創造性地吸收了新日鐵公司的扁平化管理模式、消化德國熱軋冷軋生產柔性制造系統技術的基礎上，采用冶金工藝流程編碼技術，打通了從銷售到生產的關鍵流程，集成全流程的質量管理和財務成本管理，建成了綜合營銷系統。
武鋼的整體產銷系統涵蓋了銷售、技術質量、生產、出貨、財務和信息作業的一級管理。武鋼通過企業的銷售合同來貫穿銷售、排程、生產、存貨、發貨的全過程，實時掌握生產進度及實物動態，做到適當的資源調度與安排，實現企業的生產、技術質量、財務等信息作業的一級管理。
經過本世紀初以來的持續發展，信息化在不少重點鋼鐵企業基本普及：
在生產組織層面，MES（制造執行系統）通過信息化促進生產計劃調度、物流跟蹤、質量管理控制、設備維護、庫存管理水平的提升。EMS（能源管理系統）通過建立能源中心，實現了電力、燃氣、動力、水等能源介質遠程監控、集中平衡調配、能源精細化管理等功能，涌現了全流程物流件次動態跟蹤、煉—鑄—軋計劃排程、一貫制質量過程控制等具有國際先進水平的科技成果。
在企業運營管理層面，隨著企業管理水平的不斷提高，ERP（企業資源計劃）、CRM（客戶關系管理）、SCM（供應鏈管理）、電子商務等取得成功應用，在更好地滿足客戶需求、縮短交貨期、精細控制生產成本方面發揮了作用。一些大型重點企業建立了集團信息化系統，支持企業一體化采購、銷售和多基地生產組織，涌現了產銷一體化、供應鏈深度協同等具有國際先進水平的科技成果。
企業信息化提升了企業集約化經營、扁平化管理、數字化決策和精益管控的能力水平：
首先，我國鋼鐵企業信息化追求的目標實現了生產從以產品為中心向以客戶和市場為中心的轉變。滿足用戶需求，適應市場需要，按照訂單組織生產已經成為當前鋼鐵企業信息系統建設的核心任務。產品交貨期相應縮減，有的企業甚至由論月轉為論周供貨，客戶訂貨的響應速度由過去的數十天加快到數天。
其次，信息化和體制創新、管理創新相輔相成、相互促進。信息化促成了傳統產業領域的體制創新和管理創新，企業管理實現了一級財務核算，集中采購、集中倉庫管理，統一的生產指揮調度等，顯著提高了企業的競爭力。流程再造、機構整合、崗位角色轉換、員工素質提高為信息化打下了基礎，促進了我國鋼鐵企業信息化。很多企業由多級財務變成了一級核算。多個科室按照管理流程進行了優化重構，銷售、生產、技術質量也實現了一級管理。不少企業還將煉鋼廠、熱軋廠合并為鋼軋廠，全面提高了企業的市場反應能力和用戶服務水平。
最后，信息化打破了條條塊塊的信息壁壘和信息割據，有效解決了信息孤島現象，在一個全面統一的信息平臺上實現了信息共享。生產中的實時成本核算強化了財務的事中監控作用，銷售、采購、項目管理和財務系統的集成，強化了企業資金管理，加快了貨幣回籠和月財務決算。產品標準、技術規范、檢驗標準等均是成文標準文件，產品檢化驗和質量異常信息數據高度共享，提升了產品質量PDCA（計劃、執行、檢查、處理）循環改進能力。
智能制造——
助力我國鋼鐵工業數字化轉型、高質量發展
目前，鋼鐵工業市場環境、技術環境和社會環境發生了巨大的變化，進入從高速度向高質量發展的數字化轉型發展階段，高端化、綠色化、智能化成為鋼鐵工業新的發展主題。
鋼廠智能化需要采用數字物理系統深度融合的技術路線。該系統以物理系統（工藝流程和裝置群）的自組織優化為技術“底座”，以與之相應的數字信息系統為他組織“大腦”，相互作用、相互適應，實現數字信息系統向物理工藝系統賦能，即達成數字信息系統與物理實體系統融合，并能夠持續運行，進而實現制造流程（制造工藝流程與相關過程群）整體自感知、自學習、自決策、自執行、自適應。
鋼廠智能化的表現形式應該是把數字信息技術系統地融入鋼鐵制造流程生產運行、運營決策、管理執行的過程中，實現數字化研發和生產、網絡協同化制造、一體化生產排程和動態調度、能量流和物質流協同調配、全過程質量管控，實現全流程緊湊連續、動態協同運行，達到節能減排、提質增效的目的。當前，智能制造正在萌發、創新發展的過程中，是鋼鐵強國、創新發展的重要路徑和標志之一，未來，要在黨的二十屆三中全會精神的指引下，不斷探索創新，真正打造新質生產力，助力我國鋼鐵工業數字化轉型和高質量發展。
（殷瑞鈺系中國工程院院士；孫彥廣系中國鋼研科技集團有限公司副總工程師）
史海尋珠①
劉涵清“一米七”工程開中國鋼鐵自動化之先河
為消化“一米七”軋機技術，武鋼人千方百計學技術、練本領。圖為武鋼職工盲操測試。（武鋼 供圖）
40多年前，我作為武鋼第一任女指揮長，主持“一米七”工程二煉鋼廠連鑄車間的建成投產，催生了中國第一個全連鑄的碩果。
1972年，中央決定引進一批國外先進技術設備，其中包括13套大型化肥設備、4套大型化纖設備、3套石油化工設備、1.7米軋機等。1.7米軋機具有20世紀70年代先進水平，身價也最高，不計國內配套設施，引進費用高達6億美元，約合40億元人民幣，相當于當時的8億中國人民每人出了5元錢。“一米七”主體工程包括“三廠一車間”，即熱軋帶鋼廠、冷軋薄板廠、冷軋硅鋼片廠和連鑄車間，連鑄和冷軋設備從聯邦德國引進，熱軋和硅鋼片生產設備從日本引進。該工程從1975年6月正式施工，1978年陸續建成投產。
“一米七”工程具備當時世界先進水平不是假話，從自動化程度來說就了不起，按今天的說法就是智能制造。二煉鋼廠連鑄車間一進入設備安裝階段我就看出來了，很多配套、輔助的物件都不簡單，好比在主體設備上裝上了眼睛、耳朵，讓鑄機能夠自動識別鋼坯和輥道。到了操作臺安裝的時候，很多人都驚掉了下巴，全部是電子按鈕，所有操作都可以在按鈕上完成，這在當時無疑是一個奇跡。
張國文是“一米七”工程熱軋項目的中方談判專家。“一米七”項目啟動后，入選為項目組的一員。很多人都知道有一個姓日渡的日本專家在撤離武鋼前劃過一道開口向下的曲線，意為一旦離開外方專家的支持，“一米七”軋機的生產將掉頭向下，卻不清楚讓這個曲線反過來的人中有多少無名英雄。張國文正是這些英雄中的一員。
日渡走了以后，擺在我們面前的首要難題就是“洋設備吃不慣土面包”。原先不光專家是日本的，吃進去的鋼坯也是日本的，軋機開起來就軋有限的幾個品種，當然一切順利。等到日方專家撤了，鋼坯也換成了國產的，動不動就卡殼跳閘。
我們采用的方法是調整軋制的參數和模型，自動化那一套已經不好使了，需要從頭建模。過程是艱難的，但我們沒有被困難嚇倒，反而錘煉出了“爭氣爭光爭一流”的“三爭”精神。暫時放棄自動化是無奈之舉，但是很有必要，因為如果不那樣軋機就什么也干不了。從積累數據到重新建立軋制模型，武鋼人仿佛開了竅，在自動化方面走上了一條不同凡響的自主之路，當時走到了國內前列。
最終，在大家的共同努力下，熱軋廠終于可以順利地“吃下”二煉鋼廠連鑄車間生產的鋼坯！而且軋制的品種越來越多，還可以為后面的冷軋廠和硅鋼生產廠兩個廠提供質量優良的原料卷，這不是哪一個廠的勝利，而是整個“一米七”工程的勝利。
還有一個關鍵人物，為武鋼“一米七”工程貢獻了力量。他就是不久前逝世的張壽榮院士。
1982年，時任武鋼副總經理的張壽榮受命主持“一米七”全面達產工作。在他的指導下，1.7米軋機系統開展了外貌、性能、精度和自動化程度“四恢復”，并在此基礎上鼓勵工人和技術人員消化吸收再創新。武鋼二煉鋼廠于1985年3月在中國首次實現全連鑄，到1985年底，武鋼已能生產1.7米軋機系統原設計的全部鋼種。1990年，“武鋼一米七軋機系統新技術的開發與創新”項目獲得了國家科技進步獎特等獎。
不僅如此，“一米七”工程還樹立了我國鋼鐵工業成套引進吸收世界先進技術裝備，在全面掌握的基礎上不斷創新最終實現反向輸出的典范。這其中既有工人操作訣竅的總結，也有現場創造發明的成果；既有機械、電氣自動化的不斷升級，也有基于計算機技術的智能化革新和集成式創新。武鋼于上世紀90年代初自行研制成功的APC（高級過程控制）帶材糾偏裝置技術，成功解決了薄板生產中的跑偏斷帶問題，1992年被納入《“八五”國家重點新技術推廣項目計劃》，并向當時的日本新日鐵公司轉讓4套這種裝置。武鋼自行研制開發的冷軋帶鋼生產線防塌卷技術，攻克了國際性技術難題，1993年又一次將該項技術轉讓給日本。
（本報通訊員程琳整理）
史海尋珠②
阮文杰：南鋼智慧運營中心實現跨領域甚至全局尋優
圖為南鋼智慧運營中心。（南鋼 供圖）
2021年11月28日，歷時475天建設的南鋼智慧運營中心正式投用了。該項目榮獲2024年冶金科學技術獎特等獎，是行業內首個數字化轉型特等獎項目，作為這套系統軟件的開發企業——江蘇金恒信息科技股份有限公司智能化部副部長，我深感榮耀與欣慰。
它在鋼鐵行業創造了多項領先：行業首創鐵區物料跟蹤系統；成為首個覆蓋鋼鐵“研產銷”全業務、全鏈條的集群式一體化的數字運營平臺；關鍵工序數控化率超過80%，連接現場7萬多個數據采集點，實現了物質流、信息流、能量流的全要素匯集。“生產全景一塊屏，運營管理三張圖，要素指標一張表”成為南鋼生產管控、協同調度、智慧運營、應急響應4條管理主線的重要支柱。
能夠參與這樣一個項目，我感到很自豪。回想起來，最難的是項目剛起步的時候，不知道要做成什么樣，行業內也沒有可借鑒的案例。公司領導幾乎每天都帶著我們開項目會，一點一點去磨、去討論，不斷地推翻、再優化，像“歷劫”一樣。
鋼鐵企業流程長，數據多維高頻、非結構化、強業務性、強耦合性等特點導致數據獲取難、治理難、使用難，成為該項目實現的最大難點。過去，工廠生產、財務信息、客戶管理等諸多部門產生、積累了大量的過程數據，它們都記錄著公司的生產和經營狀態，但又散落在各個系統里成為“散兵游勇”，沒有形成合力。經過持續的數字化建設，南鋼建成了自己的全棧式工業互聯網，現場織就了一張實時感知網，各類數據上云入湖“、顆粒歸倉”。通過連續幾場戰役，南鋼在生產端實現了鐵區一體化集控、鋼軋分區集控、C2M（用戶對制造端）智能工廠，上線了EMS（能源管理系統）和QMS（質量管理系統）。在運營端，南鋼有了智慧物流系統、數字研發平臺、財務共享中心、一體化招采平臺等數字化系統。在銷售端，南鋼面向客戶形成了C2M云商平臺、GMS（重工制造業供給體系）產業互聯平臺。在數據治理體系的支撐下，南鋼有了開展全流程數據跟蹤、一體化運營和全局尋優的條件。是到鋼鐵企業全要素集成，把這些海量數據組織起來，結成“軍團”釋放價值的時候了。就這樣，經過無數次的思想碰撞與打磨，南鋼智慧運營中心項目應運而生。
通過智慧運營中心項目的建設，南鋼形成了“一腦三中心”（智慧運營中心、鐵區一體化智慧中心、鋼軋一體化智慧中心和能源管控一體中心）的布局，實現了大規模集控、無邊界協同、大數據決策、智能化運營的變革。
經過鐵區一體化集控中心的全面改造和升級，480名工人脫離了危險的工作區域。因為有了全景式數字駕駛艙，才實現了多崗融合、跨區域可視可控，集約化生產帶來了人員作業效率15%以上的提升。
從看不見到看得見，從看不清到全透明，在南鋼智慧運營中心聯合調度和全局尋優的助力下，整條生產線如同精密的齒輪，相互咬合、有條不紊地運轉。僅通過煤氣精準調度和發電機組運行模式的優化，就將年度高爐煤氣放散率降低到0.23%，實現自發電年均增益超4500萬元，這是一項行業領先的成績。通過對在途物料和鐵水罐運輸的實時跟蹤，南鋼智慧運營中心引導各部門協作，在鐵運停時費上實現年降本400萬元，耐材費用每年也節約了300萬元。南鋼智慧運營中心以數據支撐物流協同調度、物料全流程跟蹤、質量一貫制管理，實現了加工成本下降20%、噸鋼質量成本下降10%、噸鋼能源綜合成本降低2%、產品成材率提升2%。這就是借數據之力實現無邊界協同、智能化運營所產生的價值。
從單領域、單工序尋優走向跨領域甚至全局尋優，實現業務流程橫向到邊、管控縱向到底的多專業、多領域高效協同管理側的提升是最有價值且具有劃時代意義的，這是行業首個以集群式一體化運營管理理念構建的智慧運營中心。正如南鋼黨委書記、董事長黃一新所說：“未來只有兩種企業，數字化企業與非數字化企業。”南鋼將繼續向智而行，將數據資產凝練為鋼鐵工業的知識大腦，著力構建面向鋼鐵制造的行業大模型，拓展小模型應用深度，以大模型+小模型+機理模型耦合應用的能力，賦能“一腦三中心”，持續提升智慧制造、智慧運營能力，實現全領域的業務尋優。
（本報通訊員榮慰整理）
