工業(yè)設(shè)備上云是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)和應(yīng)用的重點(diǎn)，難點(diǎn)，也是切入點(diǎn)，意義十分重大。2018年7月工信部發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)及推廣指南》，提出要“實(shí)施工業(yè)設(shè)備上云‘領(lǐng)跑者’計劃”，并明確了四類十大重點(diǎn)工業(yè)設(shè)備，即以煉鐵高爐、工業(yè)鍋爐、石化設(shè)備為代表的高能耗設(shè)備，以柴油發(fā)動機(jī)、大中型電機(jī)、大型空壓機(jī)為代表的高通用設(shè)備，以工程機(jī)械、數(shù)控機(jī)床為代表的高價值設(shè)備和以風(fēng)電、光伏為表的新能源設(shè)備。
三年來，工業(yè)設(shè)備上云取得了重大進(jìn)展，全國重點(diǎn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺連接的工業(yè)設(shè)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(yù)測預(yù)警、精準(zhǔn)運(yùn)維演進(jìn)。為幫助業(yè)界進(jìn)一步明確不同工業(yè)設(shè)備上云面臨的痛點(diǎn)問題、應(yīng)用場景、實(shí)施路徑和推廣前景，賽迪智庫信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究室在調(diào)研40余家企業(yè)的基礎(chǔ)上，編制形成了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺+工業(yè)設(shè)備上云”系列研究報告。
文 | 賽迪智庫信軟所工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究室 張朝
煉鐵高爐面臨著設(shè)備管理低效、環(huán)保管理粗放、工藝知識高度隱性和設(shè)備互聯(lián)水平低等痛點(diǎn)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(wǎng)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(chǎn)、生產(chǎn)工藝優(yōu)化和產(chǎn)線協(xié)同管控等新型應(yīng)用服務(wù)，有效提升了煉鐵高爐運(yùn)行效率和能源利用效率。
痛點(diǎn)問題
01設(shè)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(shè)備，數(shù)字化水平普遍較低，亟需增強(qiáng)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(hù)或定期維護(hù)，難以實(shí)時監(jiān)測高爐等設(shè)備的溫度、壓力、流量等各種工況數(shù)據(jù)并準(zhǔn)確識別設(shè)備故障，容易造成產(chǎn)線停滯和生產(chǎn)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(chǎn)線設(shè)備能耗和排污情況，難以精準(zhǔn)確定重點(diǎn)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(chǎn)環(huán)節(jié)眾多，工藝復(fù)雜，對工藝知識、經(jīng)驗(yàn)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(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，容易造成工人操作水平參差不齊和產(chǎn)品質(zhì)量波動，對生產(chǎn)效率具有重要影響。
04設(shè)備互聯(lián)水平低
鋼鐵企業(yè)內(nèi)部、上下游企業(yè)之間設(shè)備信息孤島問題嚴(yán)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(xué)高效的采銷決策，難以減少庫存、提高產(chǎn)能利用率。
應(yīng)用場景
01高爐故障診斷
推動煉鐵高爐上云，可實(shí)時采集高爐等高價值設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備故障診斷模型，自動預(yù)警設(shè)備故障并確定最優(yōu)設(shè)備維護(hù)方案，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康管理。一是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。實(shí)時采集高爐設(shè)備工作溫度、應(yīng)力分布和工作環(huán)境等狀態(tài)數(shù)據(jù)，并做可視化處理，增強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的實(shí)時性和可靠性。二是設(shè)備故障預(yù)警。綜合利用采集的高爐設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合煉鐵高爐故障診斷模型，對設(shè)備故障進(jìn)行分析和預(yù)警，避免發(fā)生高爐燒穿、高爐爆炸等生產(chǎn)事故。三是煉鐵設(shè)備維護(hù)仿真。精準(zhǔn)確定設(shè)備故障位置和重要性，在賽博空間中仿真模擬維護(hù)方案，提高設(shè)備維護(hù)效率。
例如，寶武集團(tuán)面向鋼鐵行業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維建立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，推動煉鐵高爐等設(shè)備上云上平臺，促進(jìn)了設(shè)備維修實(shí)現(xiàn)從被動處理到主動管控、從單一數(shù)據(jù)專項(xiàng)分析到大數(shù)據(jù)綜合分析、從基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)防性維修到基于數(shù)據(jù)的預(yù)測性維修、從單純反饋設(shè)備狀態(tài)到提供整體解決方案的四個轉(zhuǎn)變，為企業(yè)帶來了顯著經(jīng)濟(jì)效益，使設(shè)備運(yùn)維成本降低5%以上、檢修作業(yè)效率提升10%以上、設(shè)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(shù)服務(wù)費(fèi)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(jù)挖掘、人機(jī)交互等先進(jìn)技術(shù)，率先開發(fā)了鐵區(qū)設(shè)備遠(yuǎn)程智能運(yùn)維云平臺，將設(shè)備狀態(tài)與生產(chǎn)工藝相結(jié)合、將智能傳感與5G相結(jié)合、將煉鐵工藝機(jī)理與人工智能(AI)技術(shù)相結(jié)合，對煉鐵63093臺套設(shè)備按照重要程度、運(yùn)行狀態(tài)、可監(jiān)測度、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行多維度分類梳理，確定41104臺設(shè)備可通過遠(yuǎn)程運(yùn)維進(jìn)行管理。目前，寶鋼股份煉鐵廠關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)維遠(yuǎn)程化率達(dá)到65.1%，設(shè)備突發(fā)故障趨向于零，停機(jī)時間縮短20%以上，人員負(fù)荷下降20%以上，備件庫存下降6%以上，構(gòu)建了面向未來的遠(yuǎn)程、智能、高效設(shè)備運(yùn)維新模式。
02高爐綠色生產(chǎn)
推動煉鐵高爐上云，可以實(shí)時監(jiān)測能耗和排污情況，提高環(huán)保管理的精準(zhǔn)性和科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)清潔低碳的綠色化生產(chǎn)。一是節(jié)能降耗。采集高爐等煉鐵產(chǎn)線設(shè)備能源消耗類型、速度、時間等數(shù)據(jù)，基于高爐能效優(yōu)化模型，精準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)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(jù)，結(jié)合各環(huán)節(jié)化學(xué)反應(yīng)模型，深入分析問題環(huán)節(jié)，綜合確定工藝優(yōu)化和設(shè)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(tuán)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(chǎn)，原燃料質(zhì)量差并且波動幅度大，高爐類型多樣化，因反應(yīng)器“黑箱”特性，其能耗成本和環(huán)保成本一直居高不下。在實(shí)施了東方國信煉鐵云平臺后，煉鐵高爐等設(shè)備數(shù)據(jù)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(tuán)單座高爐每年減少碳排放20000噸。東方國信預(yù)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(chǎn)工藝優(yōu)化
推動煉鐵高爐上云，可實(shí)時采集高爐工況數(shù)據(jù)，與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中的工業(yè)機(jī)理模型進(jìn)行對接，優(yōu)化生產(chǎn)決策，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。一是生產(chǎn)工藝優(yōu)化?；诟郀t狀態(tài)、物料、產(chǎn)出等經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化煉鐵工藝模型，依托煉鐵高爐實(shí)時數(shù)據(jù)，動態(tài)優(yōu)化原料配比、裝料制度等生產(chǎn)決策，優(yōu)化生產(chǎn)工藝方案。二是生產(chǎn)過程管控。采集煉鐵過程中的物料檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)、操作工藝數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，結(jié)合過程管控模型，實(shí)時優(yōu)化生產(chǎn)過程，自主決策并控制高爐運(yùn)行參數(shù)。三是產(chǎn)品質(zhì)量管控。利用機(jī)器視覺等技術(shù)，結(jié)合質(zhì)量檢測、質(zhì)量管理等模型，對采集到的產(chǎn)品全過程質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，實(shí)現(xiàn)全流程產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤及自動控制。
例如，東方國信利用在行業(yè)機(jī)理和大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域積累的技術(shù)優(yōu)勢，基于煉鐵高爐上云，將采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和機(jī)理模型相結(jié)合，在工藝優(yōu)化、生產(chǎn)管控和質(zhì)量管理等環(huán)節(jié)為鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)了降本增效的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。酒鋼集團(tuán)在實(shí)施煉鐵平臺之后，鐵水質(zhì)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(jìn)業(yè)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，運(yùn)用數(shù)字測溫、三維激光雷達(dá)、熱成像等技術(shù)對高爐爐缸、冷卻壁及爐內(nèi)等關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測，根據(jù)各高爐的設(shè)計、生產(chǎn)和操作特點(diǎn)，從熱力學(xué)、煉鐵學(xué)、冶金物理化學(xué)等機(jī)理層面開發(fā)高爐數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)高爐的高效穩(wěn)定生產(chǎn)，建立了合理的管理標(biāo)準(zhǔn)，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(chǎn)線協(xié)同管控
推動煉鐵高爐上云，可實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈中高爐設(shè)備的互聯(lián)互通，匯聚產(chǎn)業(yè)鏈上下游信息，結(jié)合上游物料供給和下游需求情況，依據(jù)高爐生產(chǎn)狀態(tài)，制定科學(xué)的物料采購與生產(chǎn)計劃，在一定計劃原料庫存的情況，實(shí)現(xiàn)采購、生產(chǎn)與銷售的協(xié)同，降低產(chǎn)線整體生產(chǎn)成本。一是產(chǎn)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(chǎn)出數(shù)據(jù)，結(jié)合智能排產(chǎn)模型自動生成生產(chǎn)計劃，實(shí)現(xiàn)企業(yè)物料動態(tài)平衡。二是社會范圍生產(chǎn)能力協(xié)同?；跓掕F高爐上云推動全產(chǎn)業(yè)鏈高爐運(yùn)行數(shù)據(jù)集成共享，結(jié)合產(chǎn)訂單共享、產(chǎn)能平衡等機(jī)理模型，動態(tài)匹配產(chǎn)品性能要求和鋼廠的生產(chǎn)工藝水平，提高煉鐵高爐設(shè)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(chǎn)線生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)上云，同時也建立了基于配料機(jī)理及大數(shù)據(jù)分析的市場-采購-生產(chǎn)一體化協(xié)同配礦體系，助力興澄特鋼實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)(檢化驗(yàn)、生產(chǎn)、采購庫存等數(shù)據(jù))采集超過97%，并為其提供基于成本最優(yōu)、止損等定制服務(wù)，尋找外圍市場和廠內(nèi)原料庫存與生產(chǎn)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(chǎn)150萬噸的燒結(jié)-高爐產(chǎn)線年降本344萬元，提高鐵水質(zhì)量8.8%。
寶信軟件基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，依托中國寶武大數(shù)據(jù)中心，建設(shè)高爐互聯(lián)智控平臺，通過寶武集團(tuán)內(nèi)大跨域廣連接多高爐信息鏈、資產(chǎn)鏈、價值鏈的全景展示和融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)40座在役運(yùn)行高爐(3000m3以上高爐數(shù)量占全國40%，服務(wù)高爐的生鐵產(chǎn)量占全國11%、占世界7%)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)匯集、遠(yuǎn)程監(jiān)視、智能對標(biāo)、高爐畫像(競爭力評價)、數(shù)據(jù)挖掘和生產(chǎn)優(yōu)化，有效支撐寶武集團(tuán)各個基地?zé)掕F一體化協(xié)同運(yùn)作。
推廣前景
當(dāng)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(jù)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(jìn)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(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重點(diǎn)行業(yè)。推動煉鐵高爐上云，可實(shí)時采集設(shè)備工況數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，開展高爐設(shè)備狀態(tài)檢測、故障預(yù)警、遠(yuǎn)程運(yùn)維等智能服務(wù)，改善能耗水平和綠色生產(chǎn)水平。預(yù)計到2025年，煉鐵高爐上云普及率將超過45%，使設(shè)備平均能耗降低2%，CO2排放量減少1千萬噸以上。
（轉(zhuǎn)載）
