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专题解读

“工业4.0”与中国钢铁工业

  摘 要:介绍了“工业4.0”的产生背景,并对其内涵、作用和影响进行剖析,总结了“工业4.0”在全球各国的发展状况。对中国钢铁工业两化融合现状进行了总结,并归纳出存在的问题。从个性化服务、智能化制造、大数据管理、供应链集成等方面讨论了“工业4.0”对中国钢铁工业转型升级带来的积极作用。阐述了“钢铁4.0”的层次化战略实施要点,并提出了系统化的实施建议。

  关键词:工业4.0;钢铁工业;转型升级;钢铁4.0

  文献标识码:A 文章编号:

  Industry 4.0 Meets with China Iron and Steel Industry

  LI Xin-chuang1 , SHI Can-tao1 , ZHAO Feng1

  (1, China Metallurgical Industry Planning and Research Institute, Beijing 100711, China)

  Abstract: Industry 4.0 is systematically discussed about its emergence background, connotation, advantages and potential effects, as well as the development in some typical countries. The current situation of integration of informatization and industrialization in Chinese iron and steel industry is analyzed while the defects are summarized. The positive influence of Industry 4.0 on Chinese iron and steel industry is presented in respects of customized service, intelligent manufacture, big data management, and supply chain integration. The strategic key points of Steel 4.0 are described hierarchically, and some advice is proposed systematically.

  Key words: industry 4.0; iron and steel industry; transformation and upgrading; steel 4.0

  近年来,由粗放型增长转向创新驱动增长已成为普遍共识,我国也确定了依靠科技创新驱动经济转型升级的道路[1]。作为国民经济的基础,实体经济部门,特别是制造业的转型升级,对于我国完成从制造大国到制造强国的转型将起到至关重要的作用。工业4.0以信息物理系统(CPS, Cyber-Physical Systems)为支撑环境,实现生产制造的网络化、智能化、柔性化和定制化,被各国视为推动经济增长、结构调整、产业转型升级的新引擎和新动力[2]。德国“工业4.0”战略,本质就是以机械化、自动化和信息化为基础,建立智能化的新型生产模式与产业结构[3]。钢铁制造流程是复杂的、动态的、整体性的工程系统,是多因子、多尺度、多单元、多层次整合——集成而成的整体,具有涌现性而非简单加和性 [4]。钢铁制造的工艺流程限制导致大规模定制化生产难度较大。目前,我国钢铁行业存在突出的产能过剩、供需失衡、结构失当的现象[5],需要深入研究我国钢铁工业与工业4.0的结合方式和实现途径,以创新思维、创新机制、创新模式和创新技术为核心,实现我国钢铁工业的敏捷制造、精细管理、智能决策和优化运营[6]。

  1 “工业4.0”概况

  信息技术的诞生最初是用于辅助科研项目的开展,人们在发现“连接一切”的好处之后,便一发不可收拾。尤其是近十年来,更多的物理设备在被植入集成芯片和通信模块之后也开始具备连接的能力,比如电力设施、交通工具、家具家电等等,人们的想象力正在尽情释放并一一实现。在工业界,人们开始设想将传统方式下相对独立、封闭的生产系统也接入互联网,并使其具备智能分析和优化决策的功能。这一设想在不同国家开始落地生根:在美国,它被称为“工业互联网”;在中国,我们称之为“两化(信息化和工业化)深度融合”;而在传统的制造业强国德国,它被称为“工业4.0”。三个概念的本质都是工业生产力和信息生产力的科学融合。

  1. 1 “工业4.0”概念的提出

  “工业4.0”概念的提出并非刻意为之,而是多种因素相互作用的产物,是人类社会发展到新阶段的必然结果。

  2010年,德国凯泽斯劳滕大学人工智能研究所和斯图加特大学生产与自动化研究所针对智能工厂关键技术开展了研究和应用,并结合物联网技术提出了物联工厂的概念。2011年,德国人工智能研究中心在的“汉诺威工业博览会”上提出“工业4.0”的原型概念,力图通过物联网等媒介来推动第四次工业革命,提高制造业水平。在德国政府推出的《高技术战略2020》中,“工业4.0”位列十大未来项目之一,获得政府2亿欧元投入,旨在奠定德国在关键技术上的国际领先地位,强化德国作为技术经济强国的核心竞争力。2013年,德国政府将其上升到国家战略高度。

  金融危机后,美国开始调整经济发展战略。2009年,公布《重振美国制造业框架》,2011年6月和2012年2月,相继启动《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》,实施“再工业化”。美国的通用电气(GE)于2012年秋季提出了“工业互联网”概念,这是一个将产业设备与IT融合的概念,目标是通过高功能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合,大幅提高现有产业的效率并创造新产业。2013年12月,美国白宫召开了第一次CPS成员会议,讨论的内容跟德国的工业4.0几乎相同,应用领域包括能源、健康服务、航空等。

  我国从十六大提出“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化”,到十七大“工业化、信息化、城镇化、市场化、国际化”的“五化”并举和“信息化与工业化”的“两化”融合,体现了我国对信息化与工业化关系的认识不断深化。2014年10月,中德两国签订了《中德合作行动纲要》,中国希望在“工业4.0”方面和德国加强合作。高端装备制造国产化和自动化,囊括车联网和智能安防网络等智慧产业,这些都将成为未来发展的重点方向。2015年,工业和信息化部将以智能制造为主攻方向,以工业互联网和自主可控的软硬件产品为重要支撑,相关政策文件和地方配套方案会密集出台,使智能制造模式创新需求和智能制造应用需求进一步旺盛,为信息技术产业发展带来巨大的发展前景和市场助力。在某种程度上,两化融合可称为我国工业的3.0,两化深度融合可以说是我国工业的4.0。

  1.2 “工业4.0”的内涵

  “工业4.0”是以智能制造为主导的新一轮制造业技术变革,通过信息通讯技术和信息物理系统相结合的手段,借助传感网紧密联系物理世界,感知客户真实的效用,将网络空间的高效计算能力应用于现实世界中,从而在产品设计、制造、运营和物流等流程中实现高度标准化、柔性化、智能化作业,并通过传感器实时地感知、采集和分析相关业务数据,形成可以自律操作的智能生产和服务系统。

  “工业4.0”的实施主要包括两个方面的内容:一是“智能工厂”,重点是智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现,即将工艺流程数字化;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等,将人的真实需求、效用通过数字化反馈到产品与服务系统的设计中。智能工厂和智能生产让用户的个性化定制需求得以满足,即使是一次性的产品也可通过颇具收益的方式制造出来。

  工业4.0将发展出全新的商业模式和合作模式。新的商业模式和合作模式可以满足定制化、动态变动的顾客需求,同时力争确保潜在的商业利润在整个价值链的所有利益相关人之间公平地共享,包括那些新进入的利益相关人。新的商业模式充分考虑顾客和竞争对手的情况,注重商业合作伙伴之间的连接和协作,为动态定价和服务水平协议质量提供解决方案。

  1.3 “工业4.0”的必要性

  1.3.1 全球经济发展需要新的动力

  在经历了全球范围内大规模的金融危机之后,人们开始反省过分强调金融创新的经济发展方式,重新认识到以制造业为代表的实体经济部门才是人类社会经济发展的真正动力。此外,随着人们对全球性气候变化、区域性极端天气事件频发、发展中国家环境急剧恶化等现象的日益关注,世界范围内的经济发展进入环境友好型、资源节约型阶段。然而,由于生产过程对自然资源存在过度依赖,产业链存在由于信息不对称导致的决策偏差,现有的工业体系需要升级到新的版本。

  1.3.2 国际竞争需要新的支点

  在全球化和网络化浪潮下,国际竞争出现了新的局面。美国在CPU、操作系统、应用软件以及云计算平台等“信息”领域保持绝对优势之外,已经开始涉足并加速进入智能机器人、汽车自动驾驶、无人驾驶飞机商品配送等“物理”业务领域。与此同时,中国制造则以成本优势不断占据全球市场。数据显示,德国以16%的份额占据2013年在全球机械出口首位,中国以11%的份额,略低于美国,位于全球第三。在全球设备制造业的32个子行业中,中国已经在7个子行业中取得了领先地位。工业4.0概念的提出体现出德国面对国际竞争环境时强烈的危机感。同时,各国都力争在以信息技术革命为核心的新一轮国际竞争中尽快建立领先地位。

  1.3.3 科技发展提供质变基础

  进入21世纪以来,科学技术的发展和更新速度达到令人应接不暇的地步,给人类社会的生产、生活方式带来了巨大变化。尤其是互联网的日渐普及和人工智能技术的日臻成熟为工业领域新一轮的技术革命提供了良好的技术基础。

  1.4 “工业4.0”的作用和影响

  近年来,越来越多的国家将信息化条件下的高端制造业视为实现工业升级和强化国家竞争力的突破口。

  1.4.1 决策更加精准

  信息物理网络是一个多智能体系统,由一个个具有独立运算能力的智能体组成,每个智能体在智能芯片和通讯模块的支持下具备了对象感知、数据共享、智能决策的功能。客户订单、生产设备、加工对象、物流载体、运输对象等物理实体和虚拟对象,乃至各级信息系统均可视为智能体。整个多智能体系统共享基础数据,同时每个智能体内部均定义了个性化的操作任务和需求,能够在产品设计、原料采购、生产组织、质量控制、物流配送、设备维护等方面完成更加精准的决策,实现局部最优和全局最优的协调、统一。

  1.4.2 资源高效利用

  以智能工厂和智能生产为核心的“工业4.0”能够最大程度地实现生产对象个性化、生产组织柔性化、生产过程自动化、资源利用高效化,生产成本精益化的全新生产方式,以实现大幅度提高生产力的最终目标。根据德国国家科学与工程院的研究,估计企业的生产效率可以通过“工业4.0”提高30%。同时,“工业4.0”能够最大程度地高效利用人力、原料、设备、能源等各种资源,大大减少环境污染和资源浪费。

  1.4.3 重组产业链条

  智能工厂由物联网加以控制,突破了地域和时域的束缚。智能工厂可以根据订单需求实时地将物理上分布在全球各地的工厂、仓库等设施重新组合成多智能体系统,从而实现动态化分布式制造,达到重组产业链条的效果。

  1.4.4 重建国际竞争秩序

  “工业4.0”通过“连接一切”的理念,打破信息不对称的格局,将信息资源作为生产组织的引擎,必将引发全球制造业的洗牌,加速淘汰落后生产力。不能有效掌握和利用信息资源的企业将处于劣势或被迫出局,“中国制造”的生存环境也将进一步恶化。

  2 中国钢铁行业两化融合的现状

  2012年,工信部选定了钢铁、有色金属等27个行业(领域),218家企业作为国家级两化深度融合示范企业,钢铁行业中宝钢、济钢、武钢等十家钢铁企业成功入选。经过多年的持续推进,钢铁企业信息化的覆盖率为我国工业领域之首,钢铁企业两化融合的成熟度居于我国工业领域前列。在先进企业的示范带动下,钢铁行业经过自主创新、消化引进再创新,近年在基础自动化、过程自动化和企业经营管理系统建设方面取得了很大进步。

  2.1 过程控制与生产执行

  目前,冶炼过程控制自动化的系统技术除大型高炉和转炉的系统平台仍存在依赖于国外的情况外,其它基本上是采购相关系统,或自行开发应用软件。轧制过程自动化,特别是带钢冷热轧过程自动化,由于系统庞大,对控制速度、通信速度要求高,大部分企业引进国外系统,部分企业采用自主设计、自主集成过程计算机控制系统,并自主开发控制模型及各项控制功能。

  生产制造执行系统(MES)是钢铁企业信息化体系结构中重要的组成部分,是连接企业经营管理与生产控制的桥梁。统计显示,全部或部分产线建设了车间级制造执行管理系统的企业比例约为82%,实现全部或部分磅称计量数据自动采集的企业比例为87%,实现全部或部分检化验数据自动采集的企业比例为77%。半数以上的企业建设了能源管理系统,大多数企业建设了环保监测管理系统,但对业务范围的支持比较薄弱,功能范围也仅仅停留在数据采集上,在分析、优化、执行、智能模型等方面缺乏有效支撑。

  2.2 经营管理

  在经营管理上,大部分企业的内部供应链管理信息系统已基本建成,多数企业建设了公司统一财务管理系统,在总账、固定资产、应收、应付等财务管理业务覆盖情况较好,但企业预算管理的信息化基本缺失。采购管理、公司层面生产管理、公司层面质量管理、销售管理、协同办公管理、人力资源管理、综合统计、数据分析已基本实现信息化,但是电子商务、工程项目管理信息化还需加强。

  大中型重点钢铁企业基本实现了业务与财务的无缝衔接,但财务系统与周边业务系统的衔接须进一步提高,如与采购系统、销售系统、物流系统、设备系统、工程项目系统等系统之间的紧密相连。

  2.3 系统集成

  目前,部分重点大中型钢企实现了管控衔接。制造执行系统与企业资源计划系统、过程控制系统之间实现自动数据交互的企业不到统计企业的50%,其中,实现“双向集成”的企业比例仅为20%,集成程度较低,说明钢铁企业在管控衔接上还处于浅层次的应用。

  目前,13%的企业已经实现了研发、生产制造、服务流通三大系统的整体系统集成,其中研发与制造集成的企业占到30%。这说明在三大系统集成方面,企业当前重点关注的是研发与制造集成。

  目前,信息系统的人性化交互得到了企业的重视,已经有接近半数企业的企业门户与主要系统或全部系统进行了集成。但在信息系统的管控能力支撑上还须进一步努力。在当前钢铁企业信息化建设硬件设施取得较大进展、软件开发取得初步进展的情况下,只有50%左右企业能及时获取信息并下达指令,而对这些指令进行有效执行的只有1/3。

  2.4 供应链协同

  供应链集成主要体现在企业通过电子商务平台的建设进一步建立了与客户和供应商的综合集成。企业与客户的协同方面较为欠缺。有44%的企业开展了客户的协同信息化工作,其中主要是在订货、生产计划、结算和物流配送方面。可以说客户协同应用仍然较少,但得到了很大的发展。而企业在供应商协同的应用更少,多达65%的企业还没有实行供应商协同。

  2.5 产品全生命周期管理

  钢铁产品的全生命周期管控主要体现在对新品的研发、产品的生产制造和产品的客户服务上。目前,大部分企业在信息化建设系统中采用了统一编码,系统统一编码方面做得较好。在统一研发系统、生产系统、流通系统这三大系统的建设方面,统一的生产系统建设情况较好,其中由于全厂质量监控系统和产供销系统可以给企业带来直接的管理效益,其建设的比例超过或接近50%。统一的客户服务标准、建设统一的流通服务系统也得到了约1/3的企业认可,说明企业不断重视对客户的服务。

  3 中国钢铁行业两化融合存在的问题

  总体来看,根据信息化和自动化的应用情况,我国的钢铁企业主要分为三类:①设备自动化水平低、年限长、资金薄弱的钢铁企业,这些企业基本不具备实施大型信息系统的条件,符合工业2.0的特征;②设备较先进、设备自动化水平较高的钢铁企业,包括几个大型钢厂和发展较快的一些中型钢厂,企业基本实现了生产过程的自动控制、处理和数据采集,兼具工业2.0和3.0的部分特征;③具有成套自动化生产线和较高生产管理水平的钢铁企业,以宝钢为代表。这些企业具有较高的管理水平和生产自动化水平,已建有较为完善的基础控制和管理信息系统,可以做到企业级的产供销信息一体化管理以及全生产过程的自动控制和数据的采集处理,基本达到工业3.0的阶段。

  制造业的转型升级已成为我国亟待解决的问题,工业4.0让我们看到了解决这个问题的战略思想。工业2.0的最大特征是借助自动化降低成本、提高劳动生产率和保证产品质量;工业3.0的最大特征是计算机的广泛应用。我国在计算机核心技术上仍然处于摸索、模仿和依赖阶段,关键元器件和软件没有自主知识产权。

  3.1 核心技术及智能系统创新能力欠缺

  我国钢铁行业在信息系统和物理系统的开发、管理、集成方面,创新能力仍然较弱。产品生产工艺设计与智能管理决策支持系统的综合集成、业务系统向产业链前端延伸,缺乏成熟的行业解决方案。目前,国内多数软件和集成技术处于产业价值链末端,技术水平、劳动生产率、工业增加值率、产品附加值都比较低。此外,钢铁企业还需要加强业务流程创新和企业系统创新,对企业的组织结构和经营流程进行大规模改造,以充分释放两化融合的潜在效益。

  3.2 钢铁行业集中度低造成的智能管控改造难度大

  我国钢铁企业数量众多,但中小型企业比重大。钢铁行业规模经济的特征要求钢铁行业的集中度要达到比较高的水平,因而集中度低成为我国钢铁行业“两化深度融合”的最大问题。目前,我国钢铁工业和发达国家相比,因集中度低造成的产能过剩、市场恶性竞争、信息孤岛等问题比较严重。要集成联通这些信息孤岛,存在很大的改造难度。因此需要进行跨行业的业务协同和资源整合,开发集团化发展的综合平台。企业的集团化发展需要建立一个能够支撑整个集团内部管理及业务运作的数字化集成平台,实现信息集成化、产业流程化,提升企业的核心竞争力,这就要求进行统一规划、共享资源、规范标准。推动跨行业、跨部门的业务协同和资源整合是深化“两化融合”的重要因素。

  3.3 政府资金支持有限

  从政府层面来看,两化融合任务很艰巨,推进两化融合发展的手段不多。政府是推动企业信息化建设的重要力量,可以通过政策引导、资金扶持、示范带动等多种方式推动两化融合进程。尤其是政策引导与资金扶持具有明显效果,可以引导企业主动开展信息化建设,是政府推动两化融合的重要手段。但目前信息化建设能够争取到的资金十分有限,因此政府对企业两化融合的推动作用并不明显。

  3.4 企业机制体制创新能力不足影响两化融合深入推进

  从企业自身层面来看,多数企业处于两化融合阶段,且推进两化融合的难度很大。企业是两化融合的主体,本应淘汰落后生产力,引领各方力量积极开展企业物理系统和信息系统建设,利用物联网和互联网技术,实现企业生产技术信息化、生产设备信息化、管理体系信息化,藉此提升企业的核心竞争力。然而绝大多数企业的管理层未从企业转型升级战略高度,进行相应的两化融合机制体制创新,在推进过程中表现为两化融合规章制度欠缺、激励机制不灵活、重视信息化硬件建设轻智能集成升级等持续创新问题。

  3.5 两化融合专业人才匮乏

  从两化融合软环境层面来看,软环境构建及长效机制不完善。受城市发展水平、居民收入水平、企业发展理念等诸多因素的影响,两化融合专业人才往往聚集在北京、上海等大城市。同时,若企业自己培训相关人才,又因成本高、周期长等原因难以持续。因此,两化融合专业人才匮乏成为制约企业信息化建设的重要因素。

  4 “工业4.0”将助推中国钢铁行业实现转型升级

  近年来,我国钢铁行业整体进入深度调整阶段。在严苛的市场环境下,我国钢铁企业产品质量不高、运营效率低下、管理方式粗放、环境污染严重的缺点暴露无遗。“工业4.0”凭借其高效、实时的智能化信息处理和优化决策能力,可使我国钢铁行业总体生产效率提升30%以上,减少60%以上的非计划停机,消除25%以上的非生产性能耗,总碳排放量减少20%以上,库存成本减少70%以上,最终对我国钢铁行业的转型升级起到强有力的推动作用。

  4.1 以个性化市场需求为中心,提供个性化产品和全方位服务

  除电子商务、客户关系管理(CRM)等平台之外,在信息物理网络的支持下,钢铁企业可以通过全天候跟踪市场需求信息和产品使用信息实时性地更新产品规范、质量规范、工艺规范,不断扩充个性化产品目录内容。以客户需求为导向,不断完善研发设计、生产制造、市场营销、售后服务等产品全生命周期信息集成和跟踪服务,逐步建立以服务为核心的产品设计和整体解决方案,拓展在线实时监测、远程故障诊断、工控系统安全监控、网上支付结算等全方位增值服务。推进整个钢铁行业商业模式转型,尽快从材料制造商向材料服务商转变。

  4.2 以制造设备智能化为基础,增强生产组织柔性

  传统的钢铁制造设备由于缺乏足够的柔性,已经不能满足“工业4.0”的要求。而新的制造设备由于具备了实时性的对象感知、数据采集、数据分析和优化决策的能力,可以在生产组织方面具有更高的柔性。例如:炼钢设备在冶炼过程中,通过感知采集到化学成分信息后,与冶金规范数据进行对比,对于不满足质量要求的情况,通过炼钢专家系统检索应对措施,并自动下达指令到相关设备或系统,对生产计划进行动态调整。

  4.3 以实时性数据分析为依据,提高企业运营效率

  传统工业生产要素的配置取决于生产者掌握的生产资源,生产者根据已掌握的生产资料进行生产要素配置,实现生产资料和劳动力的质上相适应和量上成比例。而在“工业4.0”环境下,生产要素的配置则取决于信息资源。由于信息物理网络的高度发达,钢铁企业能够完全掌握产品市场需求、原材料市场和劳动力市场等信息资源,能够根据市场需求动态配置、采购和调度与之相对应的生产资料和劳动力,能够实现生产资料最优化的配置。例如:企业可以通过不间断获取客户合同信息、计划执行状态、设备运行状态、原材料供应状态、物流发运状态、合同结算状态等信息对各类生产运营计划进行动态调整,从而大大提高市场响应速度、客户满意度、合同兑现率、质量合格率、设备利用率、能源利用率、综合成材率、库存周转率等。

  4.4 以供应链系统集成为动力,促进相关产业融合

  “工业4.0”是产业链社会化大协作的工业形态。传统钢铁企业生产过程协同只能在企业内部各个部门之间、不同车间之间实现小范围协同。在供应链管理系统、客户关系管理系统、制造执行系统、企业资源规划等系统充分集成到信息物理系统中之后,钢铁工业可以实现整个供应链上的企业和合作伙伴共享客户、设计、生产经营信息,将生产过程协同扩大到全供应链条甚至是跨供应链条,实现全生产过程优势资源、优势企业的网络化配置,促进相关产业融合,真正地实现社会化大协同生产。

  5 “钢铁4.0”的战略要点

  钢铁行业作为原材料生产部门,不同于其他制造业,钢铁生产过程兼具流程工业和离散制造的特征。基于此特征,我国钢铁行业实施“工业4.0”的战略要点可以归纳为“1235战略”,即:一套规范、两个引擎、三方集成、五级架构。

  5.1 一套规范:以冶金规范为代表的基础数据

  钢铁产品具有工序过程复杂、品种规格繁多的特点,产品的工艺控制更是纷繁复杂。冶金规范管理主要对产品的质量规范、生产工艺规范等基础编码进行维护管理,包括:产品规范管理、质量规范管理和工艺规范管理。其中,产品规范管理用于维护企业产品大纲目录,每条产品记录由钢组、钢级、材质、品类、品名等信息确定;质量规范管理用户维护产品生产过程中的物理性能、化学成分、公差标准等规范数据;工艺规范管理用于根据产品所要求的工艺流程确定产品在生产过程中应经过的实际工序,即将逻辑工艺与实际工序之间建立对应关系。除此之外,需要定义有关生产设备、工厂、仓库、运输设备等对象的基础信息,包括:设备能力、加工速度、生产品种及规格、库存能力、运输能力等。

  5.2 两个引擎:优化计算与数据挖掘

  1) 以APS为代表的高级计划排产系统

  APS(高级计划系统)是着眼于生产计划与调度领域,以约束理论为基础,以数学规划为问题分析工具,以约束满足技术为求解方法,以常驻内存方式进行运算的一整套人工智能优化方法,是对ERP系统功能的有效补充。APS可有效解决钢铁企业生产运营中的订单计划、生产组批、作业计划、物流计划等关键业务环节的优化计算,是企业提高运营效率、实现资源高效利用的重要手段。

  2) 以BI为代表的决策支持系统

  在基础信息化系统架构构建完成的基础上,企业将面对涵盖原料采购、物资供应、市场需求、生产实绩、质量跟踪、物流发运、设备运行、能源消耗等核心业务环节的海量数据。通过实施以BI(商务智能)为代表的决策支持系统,以数据挖掘为核心技术,有效利用这些数据,使之成为有用的“信息资源”,对企业决策提供科学、合理的数据支持,将是钢铁企业需要重点解决的问题。

  5.3 三方集成:内部集成、外部集成与端对端集成

  “工业4.0”将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络,使企业内部系统之间、企业之间、网络终端对象之间够互联,从而实现三方高度集成。

  “内部集成”是基于未来智能工厂中网络化的制造体系,实现个性化定制生产,替代传统的固定式生产流程(如生产流水线)。通过作为硬件的“物理系统”与作为软件的“互联网”相互嵌入并融合(CPS),才能易于实现钢厂的智能化——“互联网+”。这就要通过智能化设计,构建起合理的物质流、能量流为标志的物理系统,同时导入信息流,以促进提高物理系统的运行效率。例如,对转炉、电炉、精炼炉、连铸机、轧机等设备进行系统升级,使其具备对象感知、数据采集、数据分析、以及智能决策的功能。

  “外部集成”是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合,是为了实现各企业间的无缝合作,提供实时产品与服务。例如,可以从企业战略合作伙伴开始,对供应链管理(SCM)系统和客户关系管理(CRM)系统进行延伸,采用EDI(电子数据交换)等系统集成技术,将系统范围扩展到产业链各方,在信息物理网络上形成虚拟产业集群,构建钢铁工业的在线生态系统。

  “端对端集成”是指贯穿整个价值链的工程化数字集成,是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合,这将最大限度地实现个性化定制。

  5.4 五级架构:以PLC-PCS-MES-ERP-EIP为主线的信息系统架构

  我国钢铁企业在经历了部门级信息化(MIS)和企业级信息化(ERP)之后,已经基本完成基础信息化。多数钢铁制造企业构建完成了由一级PLC(可编程逻辑控制器)、二级PCS(过程控制系统)、三级MES(制造执行系统)、四级ERP(企业资源规划)、五级EIP(企业信息门户)为主线的五级信息系统架构,实现了基础数据的标准化、基本业务的流程优化、生产-业务系统的集成化,基本消除了“信息孤岛”现象,达到“产销衔接”、“管控一体”、“三流合一”的效果。尚未完成基础信息化的企业应当有强烈的紧迫感,加大投入,抓紧来源:www.4001.com 时间构建基础信息化体系。

  6 “钢铁4.0”的实施建议

  6.1 主动转变观念

  虽然中国目前是全球最大的制造业国家,但在核心材料、设备以及工艺方面仍缺乏足够的创新。总体来说,中国制造仍然处于价值链的底端,绝大多数企业还未脱离以“劳动密集型”、“规模化流水线”为特征的工业2.0时代,整体尚未进入大规模自动化生产的工业3.0时代,钢铁行业要正视与发达国家之间的差距,采取合理、有效的发展路径。

  “工业4.0”的核心是要掌握信息资源的控制权,这也是企业未来生存能力的衡量标准,将决定行业的国际竞争力。在全球产业分工中,制造环节永远是临时工,人工或原料成本一旦升高,临时工就将失业。因此,我们必须实现从“中国制造”到“中国创造”的转型。

  多年来,我国钢铁企业对信息化重视程度不足,存在较大误解,使得很多信息化项目对企业运营效率的提升达不到应有的贡献。面对全球范围新一轮技术革新浪潮,我国钢铁企业必须积极、主动地转变观念,态度上由被动接受转为主动出击,认识上由设备堆砌到技术革命,准备上由设备升级到模式转变。

  6.2 加强政策支持

  认真落实国家支持两化深度融合发展的财税、金融和投融资政策措施,抓紧出台鼓励钢铁行业推进两化深度融合的具体办法,完善推动两化深度融合投融资政策,形成政府投入为引导,企业投入为主体,其它投入为补充的长效投融资机制。充分协调利用现有的各项专项资金,组织实施一批重大两化融合示范项目,推进信息技术与管理技术、生产制造技术的融合,切实发挥信息技术带动钢铁行业转型升级的引领作用。

  6.3 制定行业标准

  各参与方需要就“钢铁4.0”涉及的技术标准和规格取得一致,这是支撑钢铁行业在“工业4.0”环境下实现生产要素、技术和产业互联集成的关键前提。因此,应制定信息技术改造提升传统产业的管理体系和技术体系的行业标准,用互联网思维推动物联网、大数据、云计算技术在钢铁行业的应用,推进制造方式、销售和服务模式革新。

  6.4 完善服务体系

  进一步建设和完善钢铁行业信息资源开发利用及服务平台。促进公共信息资源共享和开发利用,加大涉及行业各类信息的采集、加工、分析力度,逐步实现各类信息资源的查询、共享和综合集成服务,鼓励引导公共信息资源的社会化开发利用,挖掘公共信息资源的经济社会效益。发展钢铁行业制造技术、管理、信息化系统集成软件及面向钢铁行业的技术服务平台和咨询公司,研制适合钢铁行业需求的各种信息系统综合解决方案及配套产品,多种途径开展技术与咨询服务。建立与完善面向钢铁工业两化融合的管理与技术服务体系,为行业和企业两化融合化建设提供服务。引导优势钢铁企业联合建立服务全行业的共性两化融合技术应用平台,构建公共服务能力体系;支持大企业内部的信息技术应用与服务部门独立出来,发展成为面向全行业服务的两化融合咨询服务中心等。

  6.5 培育行业典型

  培育钢铁行业两化融合典型,实施重大示范项目,引导钢铁企业由单项技术应用向综合集成和产业链协同创新转变。充分发掘和培育两化融合的行业典型,组织表彰两化融合先进企业、先进个人。加大宣传、认真总结和大力推广先进经验和做法,通过典型示范突破行业应用信息技术的难点,构建基于两化融合转变增长方式的钢铁行业新模式,最终实现以点带面、点面互动,带动全行业的两化深度融合。

  6.6 储备前沿技术

  “钢铁4.0”涉及诸如智能机器人核心部件、高端芯片、新型显示、关键电子元器件、人工智能、虚拟现实等关键技术、共性技术,需要联合科研机构、高等院校、领军企业等各方,加大研发力度,不断储备前沿技术,并将这些科技成果转化成现实的生产力。

  6.7 培养专门人才

  组建由企业信息化领域知名专家、教授及相关企业专业技术人员组成的专家库,为两化融合项目的规划和建设提供专业指导和服务。加强两化融合的宣传,通过信息化应用培训、论坛和研讨会等多种形式提升信息化应用水平。培养一批精通信息技术、掌握管理理论和实践、深入了解钢铁行业特征的复合型人才,为两化融合提供人才保障。将两化融合复合型人才纳入高层次人才引进计划,吸引海内外高层次人才创新创业。

  参考文献:

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