張文江
數(shù)字技術(shù)使企業(yè)能夠在工業(yè)4.0時(shí)代中建立起自己的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)(CP)。在工業(yè)4.0浪潮中，一個(gè)重要的研究課題是數(shù)字技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用，特別是在特定行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。數(shù)字化決定了新的或改進(jìn)的產(chǎn)品、工藝、技術(shù)的創(chuàng)造以及公司基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)展。
從國有企業(yè)時(shí)代到私營企業(yè)時(shí)代，波蘭鋼鐵工業(yè)走過了一段很長的歷程。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中，波蘭鋼鐵工業(yè)在所有權(quán)、產(chǎn)品、資產(chǎn)、就業(yè)、管理等方面均有所改變，并逐步向創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。在20世紀(jì)90年代經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期間，波蘭鋼鐵工業(yè)發(fā)生了根本性變革，波蘭鋼鐵工業(yè)直接創(chuàng)造了該國大約3%的工業(yè)產(chǎn)值和大約0.3%的國民生產(chǎn)總值。
數(shù)字化的絲絲“春風(fēng)”正輕輕吹拂著波蘭鋼鐵工業(yè)的每一個(gè)角落。
波蘭鋼鐵工業(yè)近況
2019年,波蘭鋼鐵工業(yè)銷售產(chǎn)值為357億茲羅提（1茲羅提≈0.26美元）。根據(jù)波蘭鋼鐵協(xié)會（HIPH）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1989年~2019年，波蘭粗鋼產(chǎn)量為980萬噸/年；受新冠肺炎疫情的影響，1989年~2020年的年均粗鋼產(chǎn)量為970萬噸，減少了10萬噸。根據(jù)波蘭鋼材流通聯(lián)盟（PUD）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，鋼材主要被應(yīng)用于該國建筑、汽車、金屬制品、機(jī)械制造、家用電器和交通工具等下游行業(yè)。1989年~2019年，波蘭鋼鐵生產(chǎn)商的投資支出達(dá)到230億茲羅提。
2002年，波蘭鋼鐵工業(yè)淘汰了Marten煉鋼技術(shù)（平爐煉鋼工藝），積極引入新型節(jié)能技術(shù)。鋼鐵工業(yè)的變化方向與該國“綠色政策”的基本方向一致，即減少固體燃料（主要是焦炭）和燃煤發(fā)電的消耗，同時(shí)提高工藝氣體（高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣）使用比重。在邁向工業(yè)4.0時(shí)代的進(jìn)程中，減少電力和自然資源（鐵礦石、煤炭）的消耗可以算是鋼鐵企業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。
外國資本對波蘭鋼鐵工業(yè)的發(fā)展有很大影響，這是因?yàn)椴ㄌm最大的鋼鐵企業(yè)隸屬于外資集團(tuán)。在私有化過程中，IC技術(shù)一直在波蘭鋼鐵工業(yè)創(chuàng)建新的內(nèi)外部依賴結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用。目前，IC技術(shù)依舊可以使波蘭鋼鐵工業(yè)在世界鋼鐵市場中保有一定的競爭力。
波蘭鋼鐵工業(yè)的數(shù)字化
20世紀(jì)90年代以來，世界各國的各行各業(yè)都密集開展了數(shù)字化投資，波蘭鋼鐵工業(yè)也積極進(jìn)行結(jié)構(gòu)重組。然而，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和私有化推遲了波蘭鋼鐵工業(yè)的數(shù)字化進(jìn)程。由此可見，只有在私有化和重組完成后，鋼鐵企業(yè)才能規(guī)劃新的技術(shù)投資。
2004年3月份,波蘭財(cái)政部與LNM控股公司簽署了Polskie Huty Stali(PHS)控股公司的私有化協(xié)議。米塔爾鋼鐵集團(tuán)正式接管了該國最大鋼鐵企業(yè)，并對其進(jìn)行了深度重組。受益于價(jià)值70億茲羅提的投資計(jì)劃，僅2004年1年的時(shí)間，該公司就實(shí)現(xiàn)了17億茲羅提的凈利潤。
2005年2月份，由于米塔爾鋼鐵集團(tuán)的成立，卡托維茲地區(qū)法院將該公司更名為米塔爾鋼鐵波蘭公司，2006年6月份，安賽樂與米塔爾合并為安賽樂米塔爾集團(tuán)，因而該公司于2007年正式更名為安賽樂米塔爾波蘭公司（下稱安米波蘭公司）。此后，美國CMC資本集團(tuán)、西班牙Celsa集團(tuán)等外資集團(tuán)相繼進(jìn)入波蘭鋼鐵市場。
2007年，歐盟委員會宣布波蘭鋼鐵企業(yè)的重組正式完成。由于外資集團(tuán)致力于投資新的生產(chǎn)技術(shù)(BAT)和IC技術(shù)研發(fā)，目前波蘭鋼鐵工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的力度依舊在逐步加大。
結(jié)合工業(yè)4.0的發(fā)展理念，波蘭鋼鐵工業(yè)正在大力運(yùn)用數(shù)字技術(shù)，借助數(shù)字技術(shù)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。高爐由IT系統(tǒng)監(jiān)控，煉鋼廠和軋鋼廠的設(shè)備都配備了傳感器，以提供相關(guān)工藝數(shù)據(jù)，強(qiáng)化控制。在長流程煉鋼廠中，帶有傳感器的設(shè)備形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，被稱為高爐網(wǎng)絡(luò)(BFN)。BFN與算法一起構(gòu)成高爐上的傳感器網(wǎng)絡(luò)，以識別爐況。通過傳感器和傳感器提供的數(shù)據(jù)，可以規(guī)劃高爐技術(shù)負(fù)荷和維護(hù)工作。目前，這項(xiàng)技術(shù)已被應(yīng)用于安米波蘭公司的棟布羅瓦古爾尼恰廠。
世界級制造方法(WCM)實(shí)現(xiàn)了波蘭鋼鐵工業(yè)對無機(jī)械故障的追求。多年來，安米波蘭公司在希維托赫洛維采的道碴生產(chǎn)線上對該領(lǐng)域進(jìn)行了大量投資，從一個(gè)瀕臨倒閉的機(jī)械廠化身為一條更現(xiàn)代化的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線上安裝了數(shù)千個(gè)傳感器，為操作員提供數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)的KPI分析和流程優(yōu)化提高了煉鋼廠的生產(chǎn)能力，數(shù)字化技術(shù)已將計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間減少至絕對最短。
流程優(yōu)化系統(tǒng)基于維護(hù)計(jì)劃以及最大化資源可用性，用于資源密集度分析的信息系統(tǒng)是主動導(dǎo)向的，能夠預(yù)測即將出現(xiàn)的問題。IC技術(shù)還加強(qiáng)了終端用戶和原始設(shè)備制造商之間的協(xié)作。在資源管理方面，工廠使用具有多個(gè)模塊的IC系統(tǒng)，企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)、制造執(zhí)行(MES)和客戶關(guān)系管理(CRM)等系統(tǒng)提供有關(guān)資源、生產(chǎn)、機(jī)器操作、產(chǎn)品和客戶的數(shù)據(jù)。此外，拓展的IC系統(tǒng)(ERP、CAx)配備了用于文檔管理、項(xiàng)目管理、生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度以及商業(yè)智能(數(shù)據(jù)分析和報(bào)告)的應(yīng)用程序。
完整的IT包由SAP系統(tǒng)組成。在波蘭外資集團(tuán)旗下的大型鋼廠中，這些系統(tǒng)創(chuàng)造了一個(gè)集成的IT和計(jì)算機(jī)環(huán)境，將企業(yè)、公司、資本集團(tuán)和整個(gè)供應(yīng)鏈連接起來。物聯(lián)網(wǎng)和智能技術(shù)通過動態(tài)配置生產(chǎn)流程，促進(jìn)了可持續(xù)生產(chǎn)關(guān)鍵原則的實(shí)現(xiàn)。
在通往鋼鐵廠4.0時(shí)代的道路上，IC技術(shù)發(fā)揮了重要作用。例如，全自動和半自動機(jī)器人、人工智能、無人機(jī)、4D打印、數(shù)字孿生等。IC技術(shù)通過將傳感器技術(shù)與質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)劃、控制系統(tǒng)以及數(shù)字模型智能結(jié)合，可以在生產(chǎn)過程創(chuàng)造新的維度，降低生產(chǎn)成本。
將鋼鐵生產(chǎn)的數(shù)字化定義為新技術(shù)的后續(xù)應(yīng)用，是滿足鋼鐵生產(chǎn)商在質(zhì)量、生產(chǎn)率和靈活性方面的要求所必需的。目前，煉鋼廠使用的IC技術(shù)正朝著以下方向發(fā)展：實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的完全連接、提高計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力、創(chuàng)造智能的先進(jìn)軟件。從長遠(yuǎn)來看，這些軟件的存在形式將是無處不在的應(yīng)用程序，智能化和網(wǎng)絡(luò)化水平也將不斷被提高。
煉鋼廠軟件智能化的發(fā)展體現(xiàn)在軟件的開發(fā)上，軟件的開發(fā)通常被稱為“自學(xué)習(xí)”“自適應(yīng)”“自修改”。
目前，波蘭的許多鋼鐵企業(yè)都在使用數(shù)字化和物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。例如Realloys公司已經(jīng)配備了基于樹莓派和Arduino板的主動監(jiān)控設(shè)備，名為Vizum Box，以增強(qiáng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的在線數(shù)字化。
Realloys公司使用的視覺系統(tǒng)由Vizum勞動力、Vizum車輛等模塊組成。在該系統(tǒng)中，云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信過程是由互聯(lián)網(wǎng)連接和MQ遙測傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。為了確保通信的可靠性，Vizum OpitRack系統(tǒng)與Orange Live Objects服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行了集成，該集成服務(wù)可以在全球Orange運(yùn)營商基礎(chǔ)設(shè)施的軟件層上，通過協(xié)議實(shí)現(xiàn)云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信。
安米波蘭公司使用無人機(jī)監(jiān)測庫存情況，還使用3D打印機(jī)打印煉鋼廠的設(shè)備備件。另外，其通過使用在線平臺和移動應(yīng)用程序聯(lián)系客戶，監(jiān)控訂單流程。
截至目前，波蘭已經(jīng)有超過1.1萬臺機(jī)組得以應(yīng)用。波蘭鋼鐵工業(yè)內(nèi)的每1萬名員工擁有36臺機(jī)器人，歐洲每1萬名員工有106臺機(jī)器人。對智能機(jī)器的使用需求逐年增長，這不僅是大勢所趨，也代表著企業(yè)對機(jī)器人技術(shù)優(yōu)勢的認(rèn)識日益提高。
盡管波蘭的機(jī)器人應(yīng)用水平較低，但機(jī)器人應(yīng)用密度指數(shù)正在增長。但是，波蘭與捷克、斯洛伐克等國家相比，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人全面應(yīng)用的進(jìn)程仍然緩慢。近年來，鋼鐵工業(yè)是波蘭對工業(yè)機(jī)器人使用需求最高的行業(yè)之一。
安米波蘭公司的數(shù)字化
安米波蘭公司是波蘭最大的鋼鐵生產(chǎn)商，擁有近1.1萬名員工，2015年~2020年粗鋼產(chǎn)量大約為500萬噸/年。該公司擁有棟布羅瓦古爾尼恰、克拉科夫、霍茹夫、索斯諾維茨和希維托赫洛維采等6家工廠。
在波蘭鋼鐵市場中，安米波蘭公司的產(chǎn)能比重達(dá)到70%。自安米波蘭公司開展業(yè)務(wù)以來，已投資超過70億茲羅提對其工廠進(jìn)行升級改造。目前，安米波蘭公司已經(jīng)在許多業(yè)務(wù)領(lǐng)域采用基于人工智能的新平臺和算法。
2018年，棟布羅瓦古爾尼恰廠引入了基于視頻的圖像處理技術(shù)，以分析生產(chǎn)線上的轉(zhuǎn)爐振動。同年，索斯諾維茨廠采用了大廳的3D可視化技術(shù)，用于工作規(guī)劃和生產(chǎn)區(qū)布局優(yōu)化。2019年，安米波蘭公司開始使用無人機(jī)觀察煉鋼廠生產(chǎn)區(qū)域。此外，該公司在克拉科夫廠倉庫應(yīng)用了針對數(shù)字產(chǎn)品定位的IT系統(tǒng)，自此冶金產(chǎn)品的識別過程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，不需要員工在存儲區(qū)域走動。最終，該系統(tǒng)將覆蓋該公司所有工廠的倉庫，詳細(xì)跟蹤鋼卷從軋機(jī)到發(fā)貨的整個(gè)流程。同時(shí)，安米波蘭公司通過安裝物流系統(tǒng)，監(jiān)控車輛在道路上和工廠停車場的移動。
棟布羅瓦古爾尼恰的軋鋼廠安裝了鋼軌生產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)，可對產(chǎn)品進(jìn)行精確識別和監(jiān)控。該IT系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)狀態(tài)，控制鋼軌精整廠的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品的質(zhì)量驗(yàn)收節(jié)奏，并減少人為錯(cuò)誤的發(fā)生概率。
克拉科夫焦化廠內(nèi)設(shè)有一套系統(tǒng)，用于測量混合煤回填后焦炭室的填充量及其平整情況，所獲得的數(shù)據(jù)用于優(yōu)化回填操作，從而減少該工藝對環(huán)境的負(fù)面影響。
在克拉科夫廠，IT系統(tǒng)多年來一直被應(yīng)用于檢測鋼鐵產(chǎn)品缺陷。該系統(tǒng)可有效識別產(chǎn)品的表面和次表面裂紋。例如，磨床中的軋輥缺陷等。數(shù)以千計(jì)的傳感器引導(dǎo)鋼帶運(yùn)行，改善了冷軋酸洗線的鋼帶對中狀況。這種解決方案能夠非常精確地將酸洗薄板的邊緣切割到所需的尺寸，從而減少卡帶次數(shù)。
新一代數(shù)字化技術(shù)正被廣泛地應(yīng)用于安米波蘭公司的各個(gè)工廠，從生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)控制到最終產(chǎn)品的儲存和運(yùn)輸過程。
IC技術(shù)可以通過無限制的互聯(lián)網(wǎng)接入(包括寬帶和移動互聯(lián)網(wǎng))收集數(shù)據(jù)、處理和控制物理生產(chǎn)過程。工業(yè)4.0中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)物理生產(chǎn)系統(tǒng)(CPPS)的一部分，CPPS是計(jì)算機(jī)和物理過程的集成，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和物理過程之間的聯(lián)系越來越緊密。
波蘭的鋼鐵企業(yè)正在積極投資數(shù)字化轉(zhuǎn)型建設(shè)。但是，與其他發(fā)達(dá)國家相比，其轉(zhuǎn)型進(jìn)程至少落后了20年。波蘭鋼鐵工業(yè)只有在企業(yè)私有化和行業(yè)重組完成之后，才能對IC系統(tǒng)和數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行更強(qiáng)有力的投資。
鋼鐵工業(yè)與其他行業(yè)一樣，正在逐步實(shí)施變革，面向工業(yè)4.0的變革戰(zhàn)略是長期計(jì)劃。由此可見，工業(yè)4.0技術(shù)在波蘭鋼鐵工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中依舊處于初級發(fā)展階段。
《中國冶金報(bào)》（2021年7月23日 二版）
