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數(shù)字化“春風”輕拂波蘭鋼鐵業(yè)

2021-07-23 08:11:00

  張文江
  數(shù)字技術使企業(yè)能夠在工業(yè)4.0時代中建立起自己的網(wǎng)絡物理系統(tǒng)(CP)。在工業(yè)4.0浪潮中,一個重要的研究課題是數(shù)字技術在工業(yè)中的應用,特別是在特定行業(yè)領域的應用。數(shù)字化決定了新的或改進的產(chǎn)品、工藝、技術的創(chuàng)造以及公司基礎設施的擴展。
  從國有企業(yè)時代到私營企業(yè)時代,波蘭鋼鐵工業(yè)走過了一段很長的歷程。在產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整過程中,波蘭鋼鐵工業(yè)在所有權、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)轉變。在20世紀90年代經(jīng)濟轉型期間,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”正輕輕吹拂著波蘭鋼鐵工業(yè)的每一個角落。
  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)計數(shù)據(jù)顯示,鋼材主要被應用于該國建筑、汽車、金屬制品、機械制造、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)商的投資支出達到230億茲羅提。
  2002年,波蘭鋼鐵工業(yè)淘汰了Marten煉鋼技術(平爐煉鋼工藝),積極引入新型節(jié)能技術。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,同時提高工藝氣體(高爐煤氣和焦爐煤氣)使用比重。在邁向工業(yè)4.0時代的進程中,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,這是因為波蘭最大的鋼鐵企業(yè)隸屬于外資集團。在私有化過程中,IC技術一直在波蘭鋼鐵工業(yè)創(chuàng)建新的內(nèi)外部依賴結構中發(fā)揮重要作用。目前,IC技術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)也積極進行結構重組。然而,經(jīng)濟轉型和私有化推遲了波蘭鋼鐵工業(yè)的數(shù)字化進程。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)劃新的技術投資。
  2004年3月份,波蘭財政部與LNM控股公司簽署了Polskie Huty Stali(PHS)控股公司的私有化協(xié)議。米塔爾鋼鐵集團正式接管了該國最大鋼鐵企業(yè),并對其進行了深度重組。受益于價值70億茲羅提的投資計劃,僅2004年1年的時間,該公司就實現(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,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、西班牙Celsa集團等外資集團相繼進入波蘭鋼鐵市場。
  2007年,歐盟委員會宣布波蘭鋼鐵企業(yè)的重組正式完成。由于外資集團致力于投資新的生產(chǎn)技術(BAT)和IC技術研發(fā),目前波蘭鋼鐵工業(yè)數(shù)字化轉型的力度依舊在逐步加大。
  結合工業(yè)4.0的發(fā)展理念,波蘭鋼鐵工業(yè)正在大力運用數(shù)字技術,借助數(shù)字技術監(jiān)測設備運行參數(shù)。高爐由IT系統(tǒng)監(jiān)控,煉鋼廠和軋鋼廠的設備都配備了傳感器,以提供相關工藝數(shù)據(jù),強化控制。在長流程煉鋼廠中,帶有傳感器的設備形成網(wǎng)絡結構,被稱為高爐網(wǎng)絡(BFN)。BFN與算法一起構成高爐上的傳感器網(wǎng)絡,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)劃高爐技術負荷和維護工作。目前,這項技術已被應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)實現(xiàn)了波蘭鋼鐵工業(yè)對無機械故障的追求。多年來,安米波蘭公司在希維托赫洛維采的道碴生產(chǎn)線上對該領域進行了大量投資,從一個瀕臨倒閉的機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)千個傳感器,為操作員提供數(shù)據(jù),實時的KPI分析和流程優(yōu)化提高了煉鋼廠的生產(chǎn)能力,數(shù)字化技術已將計劃外停機時間減少至絕對最短。
  流程優(yōu)化系統(tǒng)基于維護計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)是主動導向的,能夠預測即將出現(xiàn)的問題。IC技術還加強了終端用戶和原始設備制造商之間的協(xié)作。在資源管理方面,工廠使用具有多個模塊的IC系統(tǒng),企業(yè)資源計劃(ERP)、制造執(zhí)行(MES)和客戶關系管理(CRM)等系統(tǒng)提供有關資源、生產(chǎn)、機器操作、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、項目管理、生產(chǎn)計劃和調(diào)度以及商業(yè)智能(數(shù)據(jù)分析和報告)的應用程序。
  完整的IT包由SAP系統(tǒng)組成。在波蘭外資集團旗下的大型鋼廠中,這些系統(tǒng)創(chuàng)造了一個集成的IT和計算機環(huán)境,將企業(yè)、公司、資本集團和整個供應鏈連接起來。物聯(lián)網(wǎng)和智能技術通過動態(tài)配置生產(chǎn)流程,促進了可持續(xù)生產(chǎn)關鍵原則的實現(xiàn)。
  在通往鋼鐵廠4.0時代的道路上,IC技術發(fā)揮了重要作用。例如,全自動和半自動機器人、人工智能、無人機、4D打印、數(shù)字孿生等。IC技術通過將傳感器技術與質(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)字化定義為新技術的后續(xù)應用,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技術正朝著以下方向發(fā)展:實現(xiàn)設備之間的完全連接、提高計算機的計算能力、創(chuàng)造智能的先進軟件。從長遠來看,這些軟件的存在形式將是無處不在的應用程序,智能化和網(wǎng)絡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“自學習”“自適應”“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)控設備,名為Vizum Box,以增強生產(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,云計算和物聯(lián)網(wǎng)設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)議實現(xiàn)的。為了確保通信的可靠性,Vizum OpitRack系統(tǒng)與Orange Live Objects服務系統(tǒng)進行了集成,該集成服務可以在全球Orange運營商基礎設施的軟件層上,通過協(xié)議實現(xiàn)云計算和物聯(lián)網(wǎng)設備之間的通信。
  安米波蘭公司使用無人機監(jiān)測庫存情況,還使用3D打印機打印煉鋼廠的設備備件。另外,其通過使用在線平臺和移動應用程序聯(lián)系客戶,監(jiān)控訂單流程。
  截至目前,波蘭已經(jīng)有超過1.1萬臺機組得以應用。波蘭鋼鐵工業(yè)內(nèi)的每1萬名員工擁有36臺機器人,歐洲每1萬名員工有106臺機器人。對智能機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)對機器人技術優(yōu)勢的認識日益提高。
  盡管波蘭的機器人應用水平較低,但機器人應用密度指數(shù)正在增長。但是,波蘭與捷克、斯洛伐克等國家相比,實現(xiàn)機器人全面應用的進程仍然緩慢。近年來,鋼鐵工業(yè)是波蘭對工業(yè)機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)能比重達到70%。自安米波蘭公司開展業(yè)務以來,已投資超過70億茲羅提對其工廠進行升級改造。目前,安米波蘭公司已經(jīng)在許多業(yè)務領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,以分析生產(chǎn)線上的轉爐振動。同年,索斯諾維茨廠采用了大廳的3D可視化技術,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)品的識別過程實現(xiàn)遠程操作,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,詳細跟蹤鋼卷從軋機到發(fā)貨的整個流程。同時,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)品進行精確識別和監(jiān)控。該IT系統(tǒng)可以實時查看生產(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)量驗收節(jié)奏,并減少人為錯誤的發(fā)生概率。
  克拉科夫焦化廠內(nèi)設有一套系統(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)境的負面影響。
  在克拉科夫廠,IT系統(tǒng)多年來一直被應用于檢測鋼鐵產(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)以千計的傳感器引導鋼帶運行,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)字化技術正被廣泛地應用于安米波蘭公司的各個工廠,從生產(chǎn)準備、生產(chǎn)控制到最終產(chǎn)品的儲存和運輸過程。
  IC技術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)絡技術是網(wǎng)絡物理生產(chǎn)系統(tǒng)(CPPS)的一部分,CPPS是計算機和物理過程的集成,網(wǎng)絡技術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)字化轉型建設。但是,與其他發(fā)達國家相比,其轉型進程至少落后了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)字化技術進行更強有力的投資。
  鋼鐵工業(yè)與其他行業(yè)一樣,正在逐步實施變革,面向工業(yè)4.0的變革戰(zhàn)略是長期計劃。由此可見,工業(yè)4.0技術在波蘭鋼鐵工業(yè)的發(fā)展進程中依舊處于初級發(fā)展階段。
  《中國冶金報》(2021年7月23日 二版)

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:宋玉錚

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