观察 高端 智能 绿色用工业互联网打造“点线面体圈”智能制造体系——河钢集团数字化转型实践

  河钢集团迎势而上，将物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术最新发展成果同工业互联网有机融合，推动并加快了现代钢铁工业高端化、智能化、绿色化发展。

  在世界钢铁工业进入增量持续下降、存量结构优化的平台发展期之际，高水平发展的中国钢铁工业无疑成为中国制造大国走向中国智造强国重要的基础性工业。

  河钢集团迎势而上，将物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术最新发展成果同工业互联网有机融合，推动并加快了现代钢铁工业高端化、智能化、绿色化发展。

  在2022年11月16日至18日中国国际数字化的经济博览会“科创中国：工业互联网创新”高峰论坛上，河钢集团副总经理、世界钢铁发展研究院副院长、河钢数字董事长李毅仁结合河钢工业网络站点平台建设实践，在以《工业互联网是驱动钢铁工业高端化、智能化、绿色化发展的新引擎》主题演讲中提出了“钢铁工业的高端化智能化绿色化发展是新趋势”“工业网络站点平台是钢铁工业数字化转型的新引擎”“数字化协同智能制造体系是钢铁工业的新探索”。

  2021年12月颁布的《“十四五”智能制造发展规划》聚焦钢铁行业数字化、智能化转变发展方式与经济转型需要，针对钢铁行业典型应用场景，推广智能化设计、网络协同制造、大规模定制、共享制造、智能运维服务等新模式，为钢铁企业转型升级提供了新思路、新路径。

  2022年1月发布的《关于促进钢铁工业高水平发展的指导意见》提出，力争到2025年，钢铁工业基本形成布局结构符合常理、资源供应稳定、技术装备先进、质量品牌突出、智能化水平高、全球竞争力强、绿色低碳可持续的高水平质量的发展格局。到2025年，钢铁行业关键工序数控化率达到80%左右，生产设备数字化率达到55%，打造30家以上智能工厂。

  政策引领，催生高水平质量的发展新动能，中国钢铁产能过剩矛盾得到一定效果缓解、创新驱动能力显著地增强、能源消耗和污染物排放全面稳定达标、培育形成一批钢铁人机一体化智能系统工厂……

  在我国钢铁工业逐步实现由大到强的历史性跨越之际，不断追求卓越的河钢集团加快了高端化、智能化、绿色化发展步伐。

  高端化方面，河钢集团实施“两个结构优化”。以客户结构的调整优化，助推产品结构的提档升级，高端品种比例达到80%左右；300多个品种填补国内、国际空白，200多个品种替代进口；成为中国第一大家电用钢、第二大汽车用钢供应商，海洋工程、核电工程、建筑桥梁用钢的领军企业，客户群覆盖海尔、格力等高端家电品牌和奔驰、宝马、本田、上汽等著名汽车制造商。推进“钢铁向材料、制造向服务”转变发展方式与经济转型，成立河钢材料技术研究院和大河材料科技有限公司，最大限度地释放装备、人才、技术、创新等全要素发展优势，给钢铁赋予更多材料的内涵，打造铁基及钒钛材料原创技术策源地和应用创新高地。

  智能化方面，河钢集团以《河钢集团产线年）》为主线，内部推进完善技术、质量、人才、自动化信息化“四大支撑体系”；主要子分公司建设了完整的自动化、信息化五层构架，积累了海量的工业数据，可以支撑向模型化、智能化升级；建设中央数字中心，应用“无人天车”、数字化料场、一键炼钢、工业机器人等新兴技术；在实践中造就了一支拥有一定自主创造新兴事物的能力的智能化人才队伍。外部资源整合，实施与哈工大共建太行人工智能研究中心，与华为、东大共建工业互联网赋能钢铁人机一体化智能系统联合创新中心，与合作伙伴联合打造钢铁行业人机一体化智能系统新样板、智能工厂样板。

  绿色化方面，河钢集团实施了重点节能减排项目500多个，投资305亿元，被中钢协誉为“创造了钢铁企业清洁生产、绿色发展的成功典范”；建成了“世界最清洁钢厂”和“全球首例氢能源开发和利用示范工程”；河钢高度关注未来低碳经济发展的新趋势，积极探索低碳技术及发展路径，在环保领域获得多个奖项，包括世界钢铁工业“可持续发展奖”等；围绕钢铁行业能源技术创新、工艺技术创新、材料技术创新“三大创新”发展趋势，制定低碳绿色发展行动计划，发布了河钢集团碳达峰、碳中和总体目标及主要路径。

  工业互联网作为新一代信息技术与制造业深层次地融合的产物，通过对人、机、物的全面互联，构建起全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型生产制造和服务体系，是创造跨工序的协同价值链。

  将运营决策、经营管理、制造执行、过程控制、基础自动化、装备设备等数据，与设备、业务、机理、算法等模型，以及供应链、空间链、金融链、服务链等要素，融合在一起，构筑成工业网络站点平台“数据+算力+模型”综合性功能，大范围的使用在研发、制造、管理、服务、数字转型、产线升级、产线赋能、客户的真实需求、个性定制、保质交付等所有的环节。河钢集团工业互联网的智能触角正不断延伸到所有的环节和细节。

  在李毅仁看来，工业互联网是实现新旧动能转换的关键力量，是实现制造业数字化转型重要抓手和途径。

  在互联网、大数据、云计算和物联网等新一代信息技术加快速度进行发展形成群体性突破的态势下，网络化、智能化、数字化深层次地融合，并与先进制造技术相互推动，使新一代人机一体化智能系统深刻影响和改变着制造业产品形态、生产方式、服务模式，人机一体化智能系统沿着数字化制造、数字化网络化制造、新一代人机一体化智能系统的范式不断迭代演进。这种演进的工具性越来越强，并成为一种核心工具融进工业互联网，最终使工业互联网演变为传统产业实现数字化转型的重要抓手。

  李毅仁认为，工业互联网的根本目标，就是以数字化、网络化、智能化手段，通过内控（以供应链优化为牵引的企业内部管控能力提升）、外联（以生态链服务为牵引的企业创值能力的提升），实现工业“降本增效”这一基本目标。通过系统构建工业互联网网络、平台、安全三大功能体系，实现企业内部的纵向集成、产品全生命周期的端到端集成，达到基于生态的横向集成；实现智慧化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸。

  材料化转型方面，涉及从宏观应用到微观应用：钢铁企业不再局限于钢铁产品，而是通过材料输出企业的专有技术。同时，钢铁作为结构性材料也向功能性材料转变。

  智能化转型方面，推行大规模、个性化定制：包含技术、管理两大维度变革，实现资源全局优化配置，解决不确定性问题，实现大规模定制和预测式制造，满足下游客户个性化需求。

  绿色化转型方面，倡导低碳、绿色、可持续：实现区域产能优化、能源结构与生产的基本工艺结构调整、超低减污与节能降碳协同发展、绿色设计产品评价体系完善等系统化实施路径。

  国际化转型方面，积极融入全球产业优化布局：加快全球化步伐，促进国际产能合作，实现产品输出和资本输出的匹配；践行共商共建共享的全球治理观，整合全球资源。

  从钢铁向材料、从制造向服务、从中国向全球……拥抱工业互联网，河钢集团实施现代钢铁工业变革，步履铿锵。

  大数据、物联网、CPS技术成熟普及；数据科学大数据技术兴起，数字转换技术广阔的应用前景；机器学习、深度学习+大数据，工业级机器人等技术促进产线效能一直在优化，向高端化提升产品质量……数字技术深度赋能现代工业。

  如今，钢铁工业整体装备水平较高、自动化程度好，大部分钢铁企业基本都实现了工业3.0并快速向工业4.0进军。在冶金过程优化控制、钢铁生产实时动态管理、企业信息化管理研究开发与集成应用方面取得较大进步，已经逐步形成多层次整体解决方案，钢铁工业现代化信息化基础已经成熟。

  钢铁生产全流程各工序具是数字化、智能化技术应用最佳场景，丰富的场景资源，使钢铁产线具备实时大数据采集和丰富的数据积累，这里面蕴含着公司制作过程规律，而且，大数据利用水平已经成为企业智能制造水平关键因素。现代钢铁工业“场景+数据”优势凸显。

  现代钢铁生产领域的敏捷的柔性制造、高品质的个性化定制、小批量多品种的灵活需求，倒逼钢铁行业向智能化战略转型。钢铁企业沉淀了大量数据，包括运维管理、流程、质量、工艺等方面，游离数据有效利用的数字化需求推动智能化发展。现代化钢铁的生产模式市场化需要和实践经验与知识沉淀量变质变，要求钢铁工业必须完成战略需求转变。

  一个个驱动力因子推动着钢铁企业智能化发展，并完成全要素、全产业链、全价值链的全面连接，将数字技术与钢铁行业深度融合，推动钢铁企业从传统五级信息化架构到工业互联网的转化，实现企业内部的纵向集成，产品全生命周期的端到端集成，达到基于产业生态的横向集成；形成智慧化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸的钢铁新兴业态和应用模式。

  基于多年的工业沉淀和应用实践，河钢集团自主打造了可控的WeShyper（威赛博）工业互联网平台，定位于工业企业数字化转型“新基建”，以大河云为基础，构建了基于平台的物联接入、数据智能、工业模型与工业APP。

  WeShyper（威赛博）工业互联网平台兼容了3000多个工业模型、3000多个工业APP，连接设备数量超过56万台，可支持工业协议解析类型400余种，主流工业控制器覆盖率达95%。这样架构的工业互联网平台，使其本身具备了领先的设备接入及数据采集能力，为工业企业个性化定制、供应链协同、智能制造等数字化转型提供了强大支撑，可以提供从生产现场到产业链上下游全场景的数字化应用服务能力。

  在数字化转型实践中，河钢集团基于WeShyper（威赛博）工业互联网平台，打造基础智能装备、产线数字化、工厂数字化、企业数字化、上下游互联互通产业生态圈等多层级应用实践案例，构建了基于工业互联网的“点线面体圈”智能制造体系。

  在统筹推进数字化转型征程上，河钢高度重视强化系统规划和顶层设计，制定《河钢集团产线年）》，遵循“信息化、模型化、智能化”的升级路线，以补短板、强基础、建示范为重点，着力实施新一代信息通信技术与钢铁工艺流程、操作技术、运营管理、产品服务深度融合，以打造智能时代河钢发展新优势。

  补短板，提升自动化信息化水平。以提高效率、提升工艺控制精度、降低安全风险和劳动强度为核心，对关键产线进行自动化信息化升级。

  强基础，加强核心工艺模型研发。将管理知识、工艺机理等隐性经验显性化，形成一批有实效、可推广、可迭代的机理模型和数据模型。

  建示范，引领行业智能化发展。建设智能制造示范产线，打造全流程智能制造示范基地。

  聚焦关键场景，实现单点突破。大力推进人工智能、工业机器人、机器视觉、5G等前沿技术在关键场景应用的单点突破。

  建设大数据平台，打造智慧企业。建设中央数字中心，推进集团业务平台建设，推进工业大数据平台建设，推进河钢云计算中心建设。

  “5G+智能化”场景探索成果令人瞩目。2019年7月，河钢集团打造钢铁行业“5G+智能制造”标杆，探索5G+智能制造的创新应用场景,助力工业互联网时代钢铁行业数字化转型。

  河钢矿业中关铁矿依托5G基站，-245m水平运输中段有轨运输无人驾驶实现5G远程操作，视频传输时延小于10ms，运输效率提升14.6%，“5G+智能矿山”建设能力国内领先。

  承德钒钛冷轧中间库打包区通过产线G无人天车、智能库区管理系统的无缝集成，实现了国内首家打包库区全无人化作业与厂区安全布控项目，提货效率比传统库区提升了30%以上。

  河钢集团石钢公司通过构建“端-网-边-云”一体化5G网络体系，打通数据孤岛，对园区的人、车、设备进行全连接，实现园区能耗设备智能化、生产的全部过程自动化、生产环境智能化、能源管控智能化。

  工业机器人应用成效喜人。当前，机器人与无人装备在取代“高风险、高劳动强度、高重复性”的岗位方面具有较大优势，河钢在产线的试点应用也取得了良好效果，应用范围从生产下游轧钢、后处理区域拓展到上游铁、钢区域。

  测温取样机器人应用于转炉、电炉区域，实现钢水的温度测量与样本的选取。加渣机器人应用连铸加渣等场景，替代人工实现程序化加渣，保证少加、勤加、黑面操作的重要原则。喷码机器人应用铸坯、钢材成品库等场景，解决传统喷号机或人工喷码容易导致混乱问题。贴标机器人应用钢材贴标等场景，替代人工，避免贴错后造成钢卷信息不匹配，从而导致入库、发货出错等问题。

  此外，还有实验室自动制样和检验、喷号机器人、焊接机器人、高炉炉前泥炮自动加泥机器人、邯钢镀锌捞渣机器人、矿业井下水泵房智能巡检机器人等，替代人工减少风险，提升了产线智能化水平。

  热态钢轨长达百米，人工检查尺寸测量精度不足，表面质量检查滞后性损失大。为解决上述问题，河钢邯钢轧钢厂采用固定式2D+3D光学测量系统，可在1200℃的温度下在生产线上连续检测热态钢轨表面质量和尺寸精度，在长材热成型阶段就反馈其表面质量和轮廓尺寸数据。

  李毅仁介绍，采用 2D+3D 光学系统的方式对缺陷检出率提高 20%，专用 3D 神经网络有效提升30%缺陷分类准确率。支持几十种缺陷类别，支持检测速度≤6m/s，3D精度达到0.1mm。

  集质量监测、生产实时控制、设备运维管理、排产效率优化、节能降耗分析、库存分析管控多维度提升于一体的合肥新材数字化涂镀板产线，实现全过程数字化、智能化管理之后，成材率提高3%，能耗降低30%，库存降低50%，形成了河钢新材数字化制造核心知识库和知识产权。

  将数字化建模技术、全生命周期管理平台、数字化驱动技术应用、BIM+GIS技术融合应用、数字化仿真技术、虚拟现实技术六项关键技术融合一体架构了河钢的数字化料场。这样的数字化料场以单体智能化设备为基础，实现料场整体化控制，建立原燃料发出、到达、存储、出场等信息的及时反馈渠道，实现对料场存放物料的平衡管理，优化原料输送路径，实现绿色、环保、数字化、智能化无人值守综合原料场。

  全自动一键炼钢以副枪、烟气分析、红外相机、激光测距等检测装备为核心，以精准计量、检测、分析为基础，集理论计算、专家知识库、大数据分析、图像分析、AI算法等技术于一体，开发了具有自学习、自优化能力的装入、冶炼、出钢、溅渣和倒渣等控制模型，实现了转炉全流程精准、高效、稳定、低成本的智能炼钢。

  河钢集团唐钢公司新区基地，打造钢铁行业的数字化管理平台，以“数字孪生”的理念，实现钢铁行业全流程全要素的数字化，形成纵向贯通、横向集成、协同联动的智能制造体系。

  石钢公司建立特钢短流程数字化实践，以绿色、低碳、环保为前提，构建石钢新区产线全流程、业务全覆盖、系统全层级、层级全贯通、过程全智能，打造了40多个国家级示范场景。

  为推进碳达峰碳中和的低碳发展目标，河钢集团研发建设了WisCarbon碳中和数字化平台，满足河钢集团碳数据摸底、碳数据自动填报核算、企业内产品碳足迹测算、碳资产管理以及碳排放大屏展示等多场景需求，为河钢碳数据分析、降碳路径等提供数据与决策支撑。

  河钢集团中央数字中心构建了企业级的公共服务平台、业务服务平台和数据服务平台，实现集团对各子分公司生产运营的集中管控，支撑数字化战略落地并提升业务能力。

  在产业链数字化实践中，河钢集团构建了打通上下游产业的生态圈。在万物互联、开放共享、融合发展的新时代，河钢集团广泛链接集团成员企业、上游供应商、下游用户和金融机构，通过供应链协同、互联网数据集成、商业模式创新，围绕供应链协同场景，打造智慧物流、工业品集采、供应链金融、DAC智慧营销等应用实践，提升供应链服务水平。

  李毅仁说，河钢集团在实施数字化变革与创新实践中，将人工智能、大数据、5G、边缘计算等新一代信息技术与钢铁产业深层次地融合，在大量应用实践的基础上，形成了一套“点、线、面、体、圈”五维一体的高效协同智能制造体系。

  “点”是基础智能装备，“线”是数字化产线，“面”是数字化工厂，“体”是数字化企业，“圈”是联通上下游的数字化产业生态圈。通过河钢集团独立研发、自主可控的WeShyper（威赛博）工业网络站点平台实现“点、线、面、体、圈”在经验、技术、能力上的有机融合，构建一套跨行业、跨领域的智能生态体系。

  说起未来，李毅仁说，河钢将坚定不移地沿着“信息化、模型化、智能化”的升级路线，坚持“统筹推进、示范带动、全面提升”，以补短板、强基础、建示范为重点，在智能化提升过程中形成一批自主可控的核心技术，打造一支拥有自主研发能力的复合型人才队伍，建立一套具有推广价值的智能化企业标准。在推动中国式现代化河北场景中，引领制造业数字化转型和智能化发展。

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