工業(yè)設備上云是工業(yè)互聯(lián)網平臺建設和應用的重點，難點，也是切入點，意義十分重大。2018年7月工信部發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網平臺建設及推廣指南》，提出要“實施工業(yè)設備上云‘領跑者’計劃”，并明確了四類十大重點工業(yè)設備，即以煉鐵高爐、工業(yè)鍋爐、石化設備為代表的高能耗設備，以柴油發(fā)動機、大中型電機、大型空壓機為代表的高通用設備，以工程機械、數(shù)控機床為代表的高價值設備和以風電、光伏為表的新能源設備。
三年來，工業(yè)設備上云取得了重大進展，全國重點工業(yè)互聯(lián)網平臺連接的工業(yè)設備數(shù)量超過7300萬臺套，上云深度從狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷向預測預警、精準運維演進。為幫助業(yè)界進一步明確不同工業(yè)設備上云面臨的痛點問題、應用場景、實施路徑和推廣前景，賽迪智庫信息化與軟件產業(yè)研究所工業(yè)互聯(lián)網研究室在調研40余家企業(yè)的基礎上，編制形成了“工業(yè)互聯(lián)網平臺+工業(yè)設備上云”系列研究報告。
文 | 賽迪智庫信軟所工業(yè)互聯(lián)網研究室 張朝
煉鐵高爐面臨著設備管理低效、環(huán)保管理粗放、工藝知識高度隱性和設備互聯(lián)水平低等痛點問題。以東方國信、北京智冶互聯(lián)、寶信軟件等為代表的解決方案企業(yè)積極探索基于工業(yè)互聯(lián)網平臺推動煉鐵高爐上云，并開展高爐故障診斷、高爐綠色生產、生產工藝優(yōu)化和產線協(xié)同管控等新型應用服務，有效提升了煉鐵高爐運行效率和能源利用效率。
痛點問題
01設備管理低效
鋼鐵企業(yè)通常部署煉鐵高爐等眾多高價值設備，數(shù)字化水平普遍較低，亟需增強自感知、自分析和自決策等功能。傳統(tǒng)的高爐管理主要采取事后維護或定期維護，難以實時監(jiān)測高爐等設備的溫度、壓力、流量等各種工況數(shù)據并準確識別設備故障，容易造成產線停滯和生產安全等重大問題。
02環(huán)保管理粗放
鋼鐵行業(yè)是高耗能、高污染、高排放的代表性行業(yè)，在國家大力治理環(huán)境污染背景下，面臨著環(huán)保成本急劇上升的壓力。在傳統(tǒng)模式下，企業(yè)采集、監(jiān)測的煉鐵產線設備能耗和排污情況，難以精準確定重點問題環(huán)節(jié)，清潔發(fā)展水平不高。
03工藝知識高度隱性
鋼鐵行業(yè)是典型的長流程行業(yè)，生產環(huán)節(jié)眾多，工藝復雜，對工藝知識、經驗的依賴程度很高。鋼鐵企業(yè)冶煉工藝、冶煉配方等決策只能依靠隱性生產經驗，容易造成工人操作水平參差不齊和產品質量波動，對生產效率具有重要影響。
04設備互聯(lián)水平低
鋼鐵企業(yè)內部、上下游企業(yè)之間設備信息孤島問題嚴重，互聯(lián)互通水平較差，容易造成上下游企業(yè)間的信息盲區(qū)，使鋼鐵企業(yè)很難作出科學高效的采銷決策，難以減少庫存、提高產能利用率。
應用場景
01高爐故障診斷
推動煉鐵高爐上云，可實時采集高爐等高價值設備的運行數(shù)據，結合設備故障診斷模型，自動預警設備故障并確定最優(yōu)設備維護方案，實現(xiàn)設備健康管理。一是設備狀態(tài)監(jiān)測。實時采集高爐設備工作溫度、應力分布和工作環(huán)境等狀態(tài)數(shù)據，并做可視化處理，增強設備狀態(tài)監(jiān)測的實時性和可靠性。二是設備故障預警。綜合利用采集的高爐設備狀態(tài)數(shù)據，結合煉鐵高爐故障診斷模型，對設備故障進行分析和預警，避免發(fā)生高爐燒穿、高爐爆炸等生產事故。三是煉鐵設備維護仿真。精準確定設備故障位置和重要性，在賽博空間中仿真模擬維護方案，提高設備維護效率。
例如，寶武集團面向鋼鐵行業(yè)設備遠程運維建立了工業(yè)互聯(lián)網平臺，推動煉鐵高爐等設備上云上平臺，促進了設備維修實現(xiàn)從被動處理到主動管控、從單一數(shù)據專項分析到大數(shù)據綜合分析、從基于經驗的預防性維修到基于數(shù)據的預測性維修、從單純反饋設備狀態(tài)到提供整體解決方案的四個轉變，為企業(yè)帶來了顯著經濟效益，使設備運維成本降低5%以上、檢修作業(yè)效率提升10%以上、設備整體效率提升5%以上、備件使用效率提升10%，并每年為企業(yè)帶來基于平臺增加的社會市場技術服務費2000萬元以上。
寶武裝備智能科技有限公司通過智能傳感、工業(yè)物聯(lián)、數(shù)據挖掘、人機交互等先進技術，率先開發(fā)了鐵區(qū)設備遠程智能運維云平臺，將設備狀態(tài)與生產工藝相結合、將智能傳感與5G相結合、將煉鐵工藝機理與人工智能(AI)技術相結合，對煉鐵63093臺套設備按照重要程度、運行狀態(tài)、可監(jiān)測度、經濟性進行多維度分類梳理，確定41104臺設備可通過遠程運維進行管理。目前，寶鋼股份煉鐵廠關鍵設備運維遠程化率達到65.1%，設備突發(fā)故障趨向于零，停機時間縮短20%以上，人員負荷下降20%以上，備件庫存下降6%以上，構建了面向未來的遠程、智能、高效設備運維新模式。
02高爐綠色生產
推動煉鐵高爐上云，可以實時監(jiān)測能耗和排污情況，提高環(huán)保管理的精準性和科學性，實現(xiàn)清潔低碳的綠色化生產。一是節(jié)能降耗。采集高爐等煉鐵產線設備能源消耗類型、速度、時間等數(shù)據，基于高爐能效優(yōu)化模型，精準優(yōu)化設備能源供給，降低能耗成本。二是治污減排。動態(tài)采集煉鐵高爐排放的廢水、廢氣的總量、成分、時間等數(shù)據，結合各環(huán)節(jié)化學反應模型，深入分析問題環(huán)節(jié)，綜合確定工藝優(yōu)化和設備升級方案，減少對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。
例如，酒鋼集團是我國西部最大的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其原燃料主要依賴自產，原燃料質量差并且波動幅度大，高爐類型多樣化，因反應器“黑箱”特性，其能耗成本和環(huán)保成本一直居高不下。在實施了東方國信煉鐵云平臺后，煉鐵高爐等設備數(shù)據在云端匯聚，提高企業(yè)優(yōu)化綠色發(fā)展水平，助力酒鋼集團單座高爐每年減少碳排放20000噸。東方國信預期整個鋼鐵行業(yè)在推行Cloudiip平臺后，每年將為我國鋼鐵行業(yè)降低100億元成本和1000萬噸碳排放。
03生產工藝優(yōu)化
推動煉鐵高爐上云，可實時采集高爐工況數(shù)據，與工業(yè)互聯(lián)網平臺中的工業(yè)機理模型進行對接，優(yōu)化生產決策，實現(xiàn)智能化生產。一是生產工藝優(yōu)化。基于高爐狀態(tài)、物料、產出等經驗數(shù)據優(yōu)化煉鐵工藝模型，依托煉鐵高爐實時數(shù)據，動態(tài)優(yōu)化原料配比、裝料制度等生產決策，優(yōu)化生產工藝方案。二是生產過程管控。采集煉鐵過程中的物料檢化驗數(shù)據、操作工藝數(shù)據、運行狀態(tài)等數(shù)據，結合過程管控模型，實時優(yōu)化生產過程，自主決策并控制高爐運行參數(shù)。三是產品質量管控。利用機器視覺等技術，結合質量檢測、質量管理等模型，對采集到的產品全過程質量數(shù)據進行深入分析，實現(xiàn)全流程產品質量跟蹤及自動控制。
例如，東方國信利用在行業(yè)機理和大數(shù)據分析領域積累的技術優(yōu)勢，基于煉鐵高爐上云，將采集的生產數(shù)據和機理模型相結合，在工藝優(yōu)化、生產管控和質量管理等環(huán)節(jié)為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)了降本增效的經濟目標。酒鋼集團在實施煉鐵平臺之后，鐵水質量穩(wěn)定性提高了20%，平均單座高爐每年降低了成本2400萬元，冶煉效率提升了10%。
鞍鋼股份積極推動煉鐵高爐上云，通過引進業(yè)內先進技術，運用數(shù)字測溫、三維激光雷達、熱成像等技術對高爐爐缸、冷卻壁及爐內等關鍵部位的數(shù)據進行實時在線監(jiān)測，根據各高爐的設計、生產和操作特點，從熱力學、煉鐵學、冶金物理化學等機理層面開發(fā)高爐數(shù)字模型，實現(xiàn)高爐的高效穩(wěn)定生產，建立了合理的管理標準，有效控制煤氣流分布，減少異常工況情況，提高煤氣利用率，降低煉鐵成本3元/噸，目前已完成兩座高爐的改造，正在逐步推廣。
04產線協(xié)同管控
推動煉鐵高爐上云，可實現(xiàn)全產業(yè)鏈中高爐設備的互聯(lián)互通，匯聚產業(yè)鏈上下游信息，結合上游物料供給和下游需求情況，依據高爐生產狀態(tài)，制定科學的物料采購與生產計劃，在一定計劃原料庫存的情況，實現(xiàn)采購、生產與銷售的協(xié)同，降低產線整體生產成本。一是產業(yè)鏈物料流通協(xié)同。采集煉鐵高爐原材料消耗和鐵水產出數(shù)據，結合智能排產模型自動生成生產計劃，實現(xiàn)企業(yè)物料動態(tài)平衡。二是社會范圍生產能力協(xié)同?；跓掕F高爐上云推動全產業(yè)鏈高爐運行數(shù)據集成共享，結合產訂單共享、產能平衡等機理模型，動態(tài)匹配產品性能要求和鋼廠的生產工藝水平，提高煉鐵高爐設備利用率。
例如，北京智冶互聯(lián)科技有限公司為興澄特鋼搭建企業(yè)私有云平臺，推動以高爐為中心的鐵前產線生產管理數(shù)據上云，同時也建立了基于配料機理及大數(shù)據分析的市場-采購-生產一體化協(xié)同配礦體系，助力興澄特鋼實現(xiàn)關鍵數(shù)據(檢化驗、生產、采購庫存等數(shù)據)采集超過97%，并為其提供基于成本最優(yōu)、止損等定制服務，尋找外圍市場和廠內原料庫存與生產之間的最優(yōu)采購與配料方案，使企業(yè)噸鐵配礦成本降低6.88元，單條年產150萬噸的燒結-高爐產線年降本344萬元，提高鐵水質量8.8%。
寶信軟件基于工業(yè)互聯(lián)網平臺，依托中國寶武大數(shù)據中心，建設高爐互聯(lián)智控平臺，通過寶武集團內大跨域廣連接多高爐信息鏈、資產鏈、價值鏈的全景展示和融合應用，實現(xiàn)集團內40座在役運行高爐(3000m3以上高爐數(shù)量占全國40%，服務高爐的生鐵產量占全國11%、占世界7%)的生產數(shù)據互聯(lián)互通、數(shù)據匯集、遠程監(jiān)視、智能對標、高爐畫像(競爭力評價)、數(shù)據挖掘和生產優(yōu)化，有效支撐寶武集團各個基地煉鐵一體化協(xié)同運作。
推廣前景
當前，我國鋼鐵行業(yè)有1000余座煉鐵高爐，僅有30%的高爐已接入云平臺，能耗水平較高，環(huán)保壓力日益增大，上云推廣市場空間巨大。據統(tǒng)計，2019年我國高爐煉鐵焦比為366.26kg/t、燃料比為535.95kg/t，均落后于國際先進水平。2020年，我國鋼鐵行業(yè)的碳排放量占全國碳排放總量的15%左右，是迫切需要實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重點行業(yè)。推動煉鐵高爐上云，可實時采集設備工況數(shù)據，結合大數(shù)據、人工智能等新興技術，開展高爐設備狀態(tài)檢測、故障預警、遠程運維等智能服務，改善能耗水平和綠色生產水平。預計到2025年，煉鐵高爐上云普及率將超過45%，使設備平均能耗降低2%，CO2排放量減少1千萬噸以上。
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