工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺整合數(shù)據(jù)與應用,5G智慧鋼鐵十大應用場景

中國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的裂變來的出乎意料，又在意料之中。

《財富》官方近期全球發(fā)布2020《財富》世界500強排行榜，中國大陸公司實現(xiàn)了歷史性跨越：中國大陸（含香港）公司數(shù)量達到124家，歷史上第一次超過美國（121家）。寶武、河鋼、沙鋼、鞍鋼、首鋼、山東鋼鐵、青山控股集團7家鋼鐵企業(yè)在列（全球共有12家）。

中國已儼然是鋼鐵大國，據(jù)世界鋼鐵協(xié)會最新統(tǒng)計，2019年全球粗鋼產(chǎn)量達到18.699億噸，同比增長3.4％。其中中國的粗鋼產(chǎn)量為9.963億噸，同比增長8.3％，占全球粗鋼產(chǎn)量的份額從2018年的50.9％上升至2019年的53.3％。

同時，經(jīng)過多年的改革開放和自主創(chuàng)新，中國鋼鐵行業(yè)的信息化、自動化水平已經(jīng)躋身國際前列，成為離智能化最近的行業(yè)，向鋼鐵強國邁進。

鋼鐵行業(yè)有其固有特性：全流程是看不見、摸不到、測不出的“黑箱”，多場、多相共存，多變量、強耦合、大滯后、非線性的特征決定鋼鐵生產(chǎn)過程本身和鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的突出特征是極強的不確定性。在5G商用、“新基建”全面推進的大背景下，需要重新思考與繪制下一代鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展、柔性制造和智能制造的宏圖，制定企業(yè)生產(chǎn)、技術、管理、物流、銷售等整體智能化規(guī)劃。

近日，華為聯(lián)合中國移動、中國聯(lián)通、中國電信、亮風臺、東北大學等，深入寶武、河鋼、華菱湘鋼、柳鋼、首鋼等鋼鐵企業(yè)，撰寫發(fā)布《5G智慧制造白皮書》，為5G與新一代信息技術協(xié)同交叉推動鋼鐵行業(yè)發(fā)展提供了一些路徑。

一、鋼鐵信息化：連接是基礎、云是重要載體、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺整合數(shù)據(jù)與應用、AI賦能未來

鋼鐵行業(yè)從“制造”向“智造”轉(zhuǎn)型離不開工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能的技術和平臺支撐，以此實現(xiàn)基礎設備的全連接、作業(yè)過程的智能化控制、生產(chǎn)管理的信息共享、產(chǎn)供銷的協(xié)同聯(lián)動、市場投放的動態(tài)調(diào)節(jié)。

網(wǎng)絡連接是工廠數(shù)字化的前提，連接由有線為主向無線為主過渡，由多種接入方式整合為以5G+光纖共存的模式為主，共同打造低時延、高可靠的基礎網(wǎng)絡。工廠連接六要素：生產(chǎn)環(huán)境、物料、物流車輛、生產(chǎn)設備、制造執(zhí)行控制系統(tǒng)、人。

目前，越來越多企業(yè)采用云計算模式部署信息系統(tǒng)，企業(yè)上云漸成趨勢。通過構建一體化數(shù)據(jù)集群云平臺，收集工業(yè)流程各個環(huán)節(jié)信息，建立企業(yè)財務共享云、數(shù)據(jù)分析云、電子采購云、生產(chǎn)控制云、企業(yè)管理云，可分析綜合信息數(shù)據(jù)，優(yōu)化流程，提高工作效率。

而智能制造已經(jīng)成為制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。國內(nèi)出現(xiàn)了不少鋼鐵行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺聚焦設備全生命周期管理、智能化生產(chǎn)、供應鏈協(xié)同及綠色化生產(chǎn)四個應用場景。

隨著鋼廠數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化水平的提高以及人工智能技術的進步，長期積累并不斷采集、監(jiān)測到的海多源異構數(shù)據(jù)得以有效利用，人工智能技術在鋼廠生產(chǎn)中的應用場景逐漸豐富，已經(jīng)深入鋼鐵生產(chǎn)過程的各個方面，如產(chǎn)品設計、鐵水質(zhì)量預測、過程控制、產(chǎn)品質(zhì)量判定、設備故障診斷、鐵前采購與配料優(yōu)化、生產(chǎn)計劃與調(diào)度等，對實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的高效化、協(xié)同化、智能化運行，提高鋼鐵工業(yè)信息化和智能化制造水平具有重要的現(xiàn)實意義。

總體來說，鋼鐵行業(yè)要實現(xiàn)信息化，連接是基礎、云是重要載體、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺整合數(shù)據(jù)與應用、人工智能賦能未來?！?G 智慧制造白皮書》基于此對未來鋼鐵信息化的框架提出設想。

鋼鐵行業(yè)核心業(yè)務從分成上來講分為五層，從L1到L5。L1是控制單元，包括各種設備和儀表。L2 包括 DCS、TCS 等過程控制系統(tǒng)。L3是生產(chǎn)管理系統(tǒng)，也就是俗稱的MES。L4 是公司管理，L5 是集團管控，主要包括戰(zhàn)略管理、商業(yè)分析和BI 等。這個模型是六七十年代美國大學提出的，但制造業(yè)一直延續(xù)到今天。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構中，網(wǎng)絡是基礎，平臺是核心，安全是保障。因此也需要規(guī)劃一套端到端的安全防護體系，確保從L1層到L5層的整體信息安全。主要模塊包括設備安全、網(wǎng)絡安全、安全控制、數(shù)據(jù)安全、主機安全、平臺安全、應用安全和安全態(tài)勢感知等。

二．5G智慧鋼鐵十大應用場景：無線替換有線、機器替人、連接未連接

《白皮書》從價值層面將5G智慧鋼鐵應用場景分為三大板塊十大場景，即無線替換有線、機器替人、連接未連接，其中5G高清視頻監(jiān)控、5G融合通信、5G AR遠程裝配為無線替換有線板塊；5G+AI鋼材表面缺陷檢測、5G無人天車、5G+AI智能配煤為機器替人板塊；5G設備點檢與監(jiān)測、5G智慧照明、5G高精度定位、5G無人庫房為連接未連接板塊。

其中，5G AR遠程裝配通過AR+工業(yè)的解決方案，可以減少在日常作業(yè)中所發(fā)生的問題，員工可以第一時間發(fā)現(xiàn)“設備異?！薄ⅰ叭藛T行為異?！?、“錯誤流程”、“質(zhì)量不穩(wěn)定”等信息。系統(tǒng)會智能地挑選最優(yōu)解決方案來處理當前所發(fā)生的異常，減少作業(yè)風險；第一時間同步信息、AI智能指導作業(yè)過程、工單列表保證正規(guī)的流程、清晰的培訓方式 + 實踐指導、自動智能巡檢 +AR 巡檢、遠程維修等每一個環(huán)節(jié)都可提高效率，降低成本。

在應用場景中，現(xiàn)場工程師將現(xiàn)場環(huán)境視頻和第一視角畫面通過5G網(wǎng)絡實時推送給位于遠程廠家的技術人員，廠家依托AR的實時標注、凍屏標注、音視頻通信、桌面共享等技術，遠程配合鋼廠工程師進行產(chǎn)線裝配工作。

5G+AI鋼材表面缺陷檢測提升抽檢率：人工檢測，抽檢率最高45%，機器視覺檢測后，不僅實現(xiàn)實時檢測，抽檢率也提升到了91%；非接觸處理：避免二次損傷，提高可靠性；還能改善產(chǎn)線自動化、提高產(chǎn)品品質(zhì)；檢測精度可達到u級，人眼無法檢測，可使用機器完成。

5G設備點檢與檢測可提前1-3月預警：預知設備的運行狀態(tài)，對設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，分析計算有無狀態(tài)異?；蚬收馅厔?；每年平均可節(jié)省數(shù)十萬元：降低設備異常的維修損失，以50萬噸高線為例，一次意外停機，損失可達50萬元；提效30%：維修效率提升，根據(jù)監(jiān)測結果智能定位故障，提前準備備品備件，根據(jù)計劃進行維修；釋放巡檢人力：管理人員通過手機/巡檢儀采集音視頻等，傳送后臺大數(shù)據(jù)實時分析，可釋放70%巡檢人力。

從以上場景來看，智慧鋼鐵的方向集中在提升人工效能，讓機器和技術超越人的能力，進而替代人類，再者預測性介入，和人力做互補。

三．應用實踐：頭部企業(yè)試點，重塑標準、 場景和目標

《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級規(guī)劃（2016-2020 年）》提出，要將創(chuàng)新驅(qū)動、智能制造和服務型制造三者有機結合起來，推進鋼鐵工業(yè)有效供給水平的提高。要通過重點培育流程型智能制造、網(wǎng)絡協(xié)同制造、大規(guī)模個性化定制、遠程運維4種智能制造新模式的試點示范，總結出鋼鐵工業(yè)智能制造的發(fā)展路徑。

中國信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，2020年，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總體規(guī)模約為3.1萬億元，據(jù)統(tǒng)計2019年，規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)營業(yè)收入105.78萬億元，其中中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會會員鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)銷售收入4.27萬億，占工業(yè)企業(yè)總營收的4%，可以推算出，鋼鐵行業(yè)2020年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模或?qū)⑦_1240億。

目前，寶武、河鋼、華菱湘鋼、柳鋼、首鋼等頭部鋼鐵企業(yè)都在進行智能化應用實踐。

以寶武為例，目前在各工廠內(nèi)部網(wǎng)絡布線相當復雜，很難維護，尤其面臨更換設備、搬遷產(chǎn)線時幾乎需要重新部署網(wǎng)絡，非常不靈活。傳統(tǒng)無線方案，協(xié)議標準多且封閉，互聯(lián)互通難度大，性能上也存在差距：不能滿足毫秒級時延的實時性控制及可靠性的應用場景；無法大規(guī)模、高速率的數(shù)據(jù)傳輸； 延時大、易丟包、易掉線導致產(chǎn)線設備間數(shù)據(jù)交互不理想，嚴重制約了設備上云。

在中國寶武寶山基地打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 5G 應用試點示范，其中5G的出現(xiàn)解決了如上諸多問題，可以解決智能工廠遠程操控大量工業(yè)機器人所需要的高精準、高強度交互的需要。

到2021年末，寶鋼股份機器人應用實現(xiàn)置換人工超過2000人，機器人應用總量將超過1000套，建設、改造一批智能化產(chǎn)線，完成基于5G技術滿足用戶個性化需求的快速響應、柔性的研發(fā)、營銷、制造、物流體系構建。

目前，在寶武的5G智能化應用場景包括：遠程一鍵煉鋼、5G+AR設備檢修等。

利用數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來快速部署的案例范本則是湘鋼，湘鋼通信傳輸主要依賴光纖、WiFi和微波，有線傳輸在廠區(qū)部署會大大妨礙設備的移動，同時增加部署的難度和成本，華菱湘鋼與中國移動、華為、天橋嘉成、亮風臺，通過建設5G行業(yè)專網(wǎng)的方式，實現(xiàn)湘鋼數(shù)據(jù)不出廠、流量本地卸載、本地業(yè)務優(yōu)先處理的5G行業(yè)應用新模式。

5米寬厚板廠廢料車間4臺天車完成了5G遠程化改造，通過遠程人工操控，解除了天車現(xiàn)場操作環(huán)節(jié)；“無人自動天車及智能調(diào)度系統(tǒng)”通過 3D 掃描儀、測距儀等現(xiàn)代傳感器和機器視覺技術，對作業(yè)區(qū)實時建模分析，自動生成調(diào)度指令和作業(yè)指令，實現(xiàn)自動吊等多項先進功能，調(diào)度作業(yè)過程完全自動化，無人干預，極大的減少了企業(yè)的人力資源成本，提高了生產(chǎn)效率，降低安全風險；來自不同國家的技術工程師通過AR眼鏡以及電腦客戶端的凍屏、實時標注等功能使得湘鋼工程師與歐洲專家克服疫情影響，進行遠程無障礙溝通協(xié)作。此種創(chuàng)新裝配方式，提升了工作效率，節(jié)約了由于疫情導致的工程拖延、現(xiàn)場差旅等諸多不可控成本。

“十三五”以來，我國主要鋼鐵企業(yè)裝備達到了國際先進水平，關鍵制造工藝流程的數(shù)控化率超過65%，企業(yè)資源計劃（ERP）裝備率超過70%，信息化程度得到了跨越式發(fā)展。在下一個5年來臨之際，先進鋼鐵企業(yè)開始率先走向工業(yè)4.0階段，而對于仍停留在工業(yè)2.0的大批鋼企來說，5G和邊緣計算、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等新一代信息技術是機遇也是壓力。

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