鞍钢股份数字孪生钢铁智造模式.pdf

金业堂理2 0 2 3.8本刊特稿FOCUS造新一代数据智能存储底座和数据处理引擎，可将机器视觉检测设备生成的数据文件自动进行图片压缩或格式转换、按需自定义标签（产线号、机台号、工序号、LotID、时间戳等）信息、图片批注和打水印等，大幅提升半导体企业产线质量检测和质量回溯效率。针对智能电能表计量性能无法实时精准监测，用电负荷需求侧响应管理与光伏能效监测不能适应新要求、充电桩运维成本高等电网行业痛点问题，北京志翔科技股份有限公司建设基于数字李生的电能计量态势感知平台，为电力发、配、用等环节提供“云边协同”“末端支撑”智能化监测手段与分析工具，应用于厂/站关口计量点在线监测、电力低压配电台区智能管理、用电负荷辨识及电动汽车充电桩计量点在线监测、光伏能效监测等多种场景，助力电网企业数字化转型。深圳联友科技有限公司针对新能源汽车电池生产过程数据追溯难的问题，搭建标识解析电池溯源集成应用平台，建立电池标识编码规则及标识编码解析定义，以标识编码方式赋予物理电池唯一身份编码，通过工业互联网标识解析实现电池全生命周期任意位置的识别和定位，以及各级异构系统之间的数据互联互通。本文系工业和信息化部工业大数据分析与集成应用重点实验室“数实融合赋能新型工业化方法路径与产业实践课题”（编号：IbdlabWG1-2021-011)的阶段性研究成果。作者单位国家工业信息安全发展研究中心鞍钢股份数字李生钢铁智造模式文|赵庆涛王兴刘宇全胡洋赵伟关键词鞍钢股份；“1+5+N”数字化转型；数字李生钢铁智造；工业互联网鞍钢股份有限公司（简称鞍钢股份）以建设世界一流企业和智能制造创新钢铁基地为目标，实施“1+5+N”数字化转型战略，探索基于工业互联网的数字李生钢铁智能制造模式，为钢铁行业数字化转型提供解决方案。规划数字化转型蓝图1.围绕公司战略目标，规划“1+5+N”数字化转型蓝图鞍钢股份围绕建设世界一流企业和智能制造创新钢铁基地的战略目标，规划“1+5+N数字化转型蓝图。“1”即“一个中心”：钢铁工业大数据中心；“五大平台”：生产经营决策支持大数据平台、能源智能管控大数据平台、钢铁生产全流程质量管控大数据平台、设备状态在线分析与智能诊断大数据系统、产品和技术研发大数据平台；“N”即N条智能化生产线。根据“1+5+N”数字化转型蓝图，鞍钢股份应用大数据、人工智能、5G、工业互联网、数字李生等技术，推动数字技术与钢铁制造技术深度融合，加快推进钢铁主业生产运营智能化、产品研发数字化、用户服务敏捷化的数字化转型升级。2.以数据要素为驱动，打造钢铁制造流程工业互联网平台鞍钢股份从业务数字化、数字业务化、数据资产化人手，以数字李生智能制造为主攻方向，以工业大数据为核心驱动力，打造全新的钢铁制造流程工业互联网平台。2023.8金业营理FOCUS本刊特稿一是构建覆盖全产业链、生产全流程、产品全生命周期的工业数据融合应用能力，逐步打通公司各个部门、系统间的数据孤岛和数据烟卤，汇聚生产经营各类业务数据，搭建数源综合集成、数据共享共用、系统高效运行的“流程管控+数字智能”双驱动的工业互联网架构，促进技术和业务数据的跨系统、跨部门、跨层级、跨条线融合，实现“数据赋能、业务增效”。二是依托云数据中心基础平台，集成产品研发设计、运营管控、生产制造、设备管理、能源管理五大类工业大数据应用场景，建立面向钢铁制造全流程的工业大数据资源聚合和分析应用平台。三是以智能工厂建设为牵引，打造数字李生系统，挖掘数据深层次价值，贯通生产、经营、供应链协同等业务场景，实现产供销深度融合、高效协同，提高产品质量和生产经营效率、效益。鞍钢股份基于钢铁制造流程工业互联网平台打造的“钢铁制造流程工业大数据应用”和“钢铁行业智慧供应链方向智能制造标准应用”数字化建设项目，分别人选工业和信息化部2 0 2 2 年“大数据产业发展试点示范项目”和“智能制造标准应用试点项目”。建设钢铁工业大数据中心为提升数据资产管理水平和数字化综合服务能力，夯实数字化转型的基础，鞍钢股份面向钢铁主业建设涵盖数据基础设施、数据源、数据底座、数据消费的钢铁工业大数据中心（如图1所示），实现公司各个层面系统之间的数据融合互通共享。建立统一数据标准，推动数据业务应用数据应用数据消费采购域销售域仓储物流域财务域组织域钢铁制造域产业金融域主题域业务域授权使用智慧服务域自建公业务中台金融域客户域供应商城投资域审计域产业园区域 材料研发域资源环境域应用同层面“1”数据底座数据入湖主题联接明确数据所有者发布数据标准认证数据源定义数据密级评估数据治理元数据注册智慧运营一体化平台“1+N”实体应用及平台部署“N”中同质业务在“1”中业务域聚合1制造PES能源管控制造PES能源管控制造PES能源管控基地层面质量管控质量管控设备状态管控数据源质量管控设备状态管控设备状态管控“N”业务应用数据应用业务应用数据应用业务应用数据应用业务中台数据域数据治理业务中台数据域数据治理业务中台数据域数据治理鞍山基地鲮鱼圈基地朝阳基地XXXX“1+N”就近节点部署三个核心基地提供云基础架构服务IDC物理部署节点（数据中心节点）数据基础设施服务运维服务王鞍山laas数据库中间件大数据移动鲮鱼圈Paas计算存储网络安全朝阳环境数据中心图1鞍钢股份工业大数据中心架构14金业管理2023.8本刊特稿FOCUS贯通融合。针对企业规模大、业务复杂、流程条线多导致的数据多源、流程不通畅等问题，鞍钢股份通过建设工业大数据中心，打破公司各层级、条线之间的数据专业壁垒，统筹制定数据标准、构建数据模型，强化统一数据模型（SG-CIM）的应用，推动全公司数据贯通融合，提升数据管理和应用标准化水平。构建企业级数据平台，为数字化转型提供技术支撑。通过建设工业大数据中心，鞍钢股份构建了企业级数据平台和三个基地级数据平台，实现公司各类业务应用场景数据的全量汇聚，支撑整个公司数据的融合分析和应用共享，强化数据对业务的赋能，使得数据价值得到深度挖掘和有效利用。规范元数据管理，实现数据可视可查。鞍钢股份通过建设工业大数据中心，全面系统开展数据资源盘点，规范元数据管理并构建形成覆盖“一总部+多基地”的多层级数据目录体系，得以全面掌握公司数据资源状况，实现数据可视可查。加强数据质量管理，推动数据可用好用。通过建设钢铁工业大数据中心，鞍钢股份加强源头数据治理，对公司各类数据实行全链条质量管理，形成数据全生命周期质量管控模式，持续提升数据质量，推动数据可用好用。五大平台拓展数字李生应用鞍钢股份基于工业大数据中心构建生产经营决策支持、能源智能管控、钢铁生产全流程质量管控、设备状态在线分析与智能诊断、产品和技术研发五个大数据平台，汇聚来自各业务系统工作现场的专业数据，形成横向到边、纵向到底的“流程管控+数字智能”双驱动架构，围绕钢铁生产经营决策、能源管理、质量管控、设备管理、产品和技术研发五大主题，拓展和深化基于工业互联网的数字李生应用。1.生产经营决策支持大数据平台鞍钢股份以智慧运营一体化系统为基础，构建生产经营决策支持大数据平台，实现决策支持数字化、可视化，做到“用数据说话、用数据经营、用数据评价”，打造数字化决策管理“驾驶舱”“作战室”，助力企业决策层和管理层对内外部环境变化的动态敏捷感知、实时分析和科学决策。生产经营决策支持平台以公司各业务管理系统数据为源头进行构建，实现跨系统数据资源整合和共享，充分挖掘数据价值，以数据支持公司经营决策。如通过整合分析散落在各个业务系统中的存货数据信息，可及时、准确、直观、全面地反映公司库存结构与资金占用及其相互对应关系等情况，为公司产品成本和盈利能力分析及供、产、销经营活动价值分析决策提供量化的数据支持。2.能源智能管控大数据平台能源智能管控大数据平台将设备控制系统、信息系统和智能操作系统进行纵向集成，横向上整合燃气供应、发电、供电、给水、制氧等多个专业的能源数据，以智能化手段开展能源流分析预测及多介质耦合优化，实现能源介质之间系统化的平衡优化；运用大数据、云计算、数字李生等技术和方法，对生产全流程物质流、能量流网络进行拓扑关系建模；通过对不同层级生产计划的大数据分析，实现能源计划自动生成、能源成本自动分析预测、能源使用状况实时监测和自动报警等功能，并根据分析结果对生产计划进行仿真调整优化，实现生产、能源、财务计划管理一体化协同，从三个维度建立起一套完整的基于能源价值和钢铁产品价值综合优化的能源管控体系，为钢铁行业能源管控提供了全新思路和系统解决方2022年4月，集成烧结、球团、焦化、高炉等工序，融合生产决策、指挥调度、作业操控、设备运行状态监测等功能于一体的鞍钢股份“智慧炼铁中心”建成投运。2023.8金业管理FOCUS本刊特稿案。该平台建成投运后，公司每年可降低能源成本7 0 0 0 多万元，减少碳排放量5%以上。3.钢铁生产全流程质量管控大数据平台钢铁生产全流程质量管控大数据平台将钢铁生产全流程数据作为新的生产要素，以提升钢铁企业产品质量管理水平为目标，将炼钢、连铸、热轧、冷轧、涂镀等产品制造全流程的工艺过程数据、质量数据、表检数据等多源异构数据进行全面采集与集成应用，实现质量数据在线分析、设备运行状况实时监控和智能诊断等；同时实现对钢铁生产所需物料的全流程质量追溯，提高物料质量管理水平。4.设备状态在线分析与智能诊断大数据平台通过建立设备状态在线分析与智能诊断大数据平台，鞍钢股份实现对鞍山本部基地和鲮鱼圈基地各分厂生产线A类关键设备运行状态数据的集中采集、存储、分析和统一管理，实时和动态掌握关键设备运行状况，对设备异常情况进行分析、预警，定位故障点和故障原因，以便相关人员及时采取措施排除设备故障。5.产品和技术研发大数据平台鞍钢股份建立产品和技术研发大数据平台，通过深度挖掘、整合相关研发数据，实现对海量、多源、异构、实时产生的工业大数据集成应用和统一管理，公司科研人员和产品开发设计人员可共享平台数据资源，开发新产品、研究新技术，从而提高研发效率，降低研发成本，促进集成创新。如公司科研人员依托该平台，运用计算材料学理论模型和方法，集成应用多源数据，科学测算和创新设计材料结构与性能，降低了新材料研发过程的试错成本，缩短了新材料研发、验证和投产周期。探索生产经营一体化智能工厂建设模式近年来，鞍钢股份以实施“1+5+N”数字化转型战略为契机，推动生产经营各业务流程、环节的数据互联互通共享，构建跨基地、跨企业的智能制造、智慧营销、智慧物流等协同平台，优化产能、技术、装备、仓储物流、人力等生产经营要素资源配置，探索生产经营一体化智能工厂建设模式。1.全业务领域、多基地协同“制造+服务”经营模式鞍钢股份探索全业务领域、多基地协同的“制造+服务”经营模式，通过对所属企业跨系统、跨基地数据资源整合和共享，实现从合同签订、生产计划、原料采购、生产制造、质量检验、物流发运到货款结算的供产销业务数字化、一体化运作，并通过建设“国家工业互联网大数据中心辽宁钢铁行业中心”，带动供应链上下游企业相关信息数据互联互通共享和业务协同，打造区域钢铁产业生态圈。2.部署应用智能化装备近年来，为适应数字化转型需要，鞍钢股份加快部署应用具有感知、分析、推理、决策和自动控制功能的智能装备，促进新一代信息技术和钢铁制造技术在装备领域的集成和融合应用。加快推进脏（D i r t y）累（Difficult）险（Dangerous）3D岗位“机器换人”，重点在炼钢测温取样、连铸更换水口、浇铸、喷号、贴标、加渣、线材修剪、钢卷打捆与拆捆等环节推广应用智能机器人；在部分厂区打造无人仓库，实现成品和原料进出库无人化智能作业；在鲮鱼圈基地重点区域实施无人化行车改造，试点从成品仓库到码头运输车辆无人驾驶、自动倒装运输等无人化物流运输示范项目。3.开发应用智能化工业模型鞍钢股份运用大数据、云计算、人工智能等技术，将优秀技术/技能人才长期积累的行业经验抽象提炼成知识，并将这些知识规范化、模型化、数据化和代码化，构建全业务场景主题数据模型库，促进智能化工业模型的开发应用。在分析模型方面，面向“一总部+多基地”各业务板块开发应用数字化模型，构建节能降耗、安全环保、设备运维、质量管控、工艺优化、盈利能力等12 0 多个分析模型。围绕产销业务，开发指标综合分析与展示、产线效能评价、合同资源分析、人机资源匹配等大数据分析应用模型，为智慧运营决策、智能制造和智慧营销提供支持。在控制模型方面，根据各生产工序实际需求，加强生产自动化与管理信息化融合，围绕生产闭环管理，开发应用配煤、高炉布料、炉体状态实时监控、中厚板智能拼板、钢轧一体化排程、铁水优化调度、钢包智能跟踪与调度、炼钢和轧钢自动化管控等工序控制模型17 0 多16金业管理2 0 2 3.8本刊特稿FOCUS个，提升了各工序智能化控制水平和生产效率，降低了生产成本。4.钢铁主体产线智能化改造近几年来，鞍钢股份以钢铁主体产线智能化改造为抓手，推进#“一总部+多基地”点、线、面功能布局规划落地，共组织实施智能工厂建设相关项目10 0 多个。以鞍山本部基地、鲮鱼圈基地为重点，实施14条数字化、智能化产线改造项目，建成两条全流程智能化产线。在铁前区域，重点建设炼铁集控中心和高炉智能专家系统，实施炼焦炉四大车（装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车）和堆取料机无人化改造等项目。在炼钢区域，重点建设炼钢/连铸集控中心，实施转炉自动化炼钢、转炉自动化出钢、钢包智能跟踪与调度、一键自动脱硫、远程扒渣控制等智能工业机器人应用项目。在热轧区域，重点建设数字化轧钢生产线，实施设备智能管控与分析预警、智能点检系统、板坏/卷形自动识别、工业机器人及无人行车改造等项目。在冷轧区域，重点建设数字化轧钢生产线、设备状态预测/预警系统，实施生产过程可视化、质量全流程管控、工业机器人应用、吊车无人化改造等项目。在物流运输区域，应用大数据、人工智能、物联网、5G等技术，将物流运输与生产经营业务紧密结合，建设铁水联运智能化调度系统；依托鲮鱼圈基地港口运输优势，对成品码头实施智能化改造，打造数字化码头和铁水联运物流示范项目；开展钢铁智慧物流二期项目建设，提升铁路运输技术装备水平，建立高效协同的铁路运输指挥调度系统，全面提升铁路运输自动化、信息化、智能化水平。作者单位赵庆涛王兴刘宇赵伟鞍钢股份有限公司全胡洋国家工业信息安全发展研究中心中化信息“智能工厂+智慧HSE”文丨崔世宇李静张晓明邵明堃关键词中化信息；智能工厂+智慧HSE；线上中化；化备智；化视界中化信息技术有限公司（简称中化信息）通过构建“线上中化”数据管理与应用体系、重大危险源检测预警平台、“化备智”智能设备管理平台、化工行业模式化监控平台、化学品和化学反应安全数据库、智慧HSE管理平台、“化视界”大数据平台，打造化工行业“智能工厂+智慧HSE”解决方案。构建“线上中化数据管理与应用体系1.围绕集团发展战略，提供数字化服务中化信息根据中国中化“十四五”规划和产业发展战略，搭建中国中化大数据平台，为集团及所属企业提供包括数据采集、交换、计算存储、分析建模、应用服务在内的一站式数据服务；围绕化工行业研发设计、生产、经营、服务等全流程业务活动，以智慧决策、智能工厂、智慧营销等典型场景为切人点，将大数据、人工智能、5G、云计算、物联网等新一代信息技术与生产经营业务融合，提供成体系的数字化产品和服务，先后落地实施“化工行业智能制造大数据应用”“化视界”“化