本報記者 郝淑慧
“在數(shù)字時代,鋼鐵行業(yè)最大的受益點就在于數(shù)字技術對“黑箱”問題的破解上。數(shù)據(jù)科學和數(shù)字技術將支撐鋼鐵行業(yè)解決‘黑箱’問題,鋼鐵行業(yè)利用數(shù)字驅動恰到好處、恰逢其時?!?月18日,在第二屆中國軋鋼與軋輥新技術推進大會上,中國工程院院士、東北大學教授王國棟做主旨演講時表示,鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉型的需求極為強烈,特別是豐富的應用場景是鋼鐵行業(yè)數(shù)字化崛起的重要機遇。他還介紹了鋼鐵產業(yè)優(yōu)化升級的路徑,并針對鋼鐵行業(yè)、制造業(yè)共同面對的“黑箱”問題做了深入分析。
數(shù)字時代來臨,
鋼鐵行業(yè)怎么辦?
“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術快速發(fā)展和應用,正式宣告了數(shù)字時代的來臨?!蓖鯂鴹澖榻B,作為數(shù)字時代構建數(shù)字生產力、推動經濟發(fā)展的新型生產要素,數(shù)據(jù)成為數(shù)字時代社會發(fā)展的重要驅動力,甚至成為全球新一輪產業(yè)競爭的制高點。
在此背景下,鋼鐵行業(yè)如何用好數(shù)字技術?王國棟認為,鋼鐵行業(yè)擁有數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢,發(fā)達的自動化控制系統(tǒng)和研發(fā)設施,可以積累并提供海量實驗數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)中蘊含企業(yè)生產過程的全部規(guī)律?!斑@是最寶貴的資源,是關鍵生產要素?!彼f。
通過分享美國材料基因組計劃、韓國浦項高爐運行五大狀態(tài)變量數(shù)據(jù)深度學習、日本JFE智能鋼廠建設、美國大河鋼廠等案例,王國棟提出,數(shù)字技術將為鋼鐵行業(yè)帶來超級智能的邊緣計算、綠色化工藝與裝備研發(fā)創(chuàng)新、高效率及低成本產品創(chuàng)新、5G下全產業(yè)鏈協(xié)調管理優(yōu)化運行等幾大功能。
通過比較制造業(yè)與材料行業(yè)數(shù)字化轉型路徑的不同,王國棟提出,材料行業(yè)要發(fā)揮場景、數(shù)據(jù)資源、反饋循環(huán)對物料賦能的優(yōu)勢,走特色道路,采用數(shù)據(jù)/機器學習等數(shù)據(jù)分析方法,以數(shù)據(jù)驅動破解全流程“黑箱”難題,實現(xiàn)全流程信息物理系統(tǒng)化。
如何解決
工業(yè)實踐中的“黑箱”問題?
王國棟介紹,在工業(yè)時代,由于“黑箱”問題的嚴重不確定性,只能借助模擬仿真系統(tǒng)CAE/CAD(計算機輔助工程軟件/計算機輔助設計軟件),采用理論或經驗模型計算,模擬解決。其間,雖然人們不斷探尋各種方法以解決“黑箱”問題,但均以失敗告終。
“這表明,除了數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)/機器學習方法,任何其他時代的方法都對‘黑箱’問題束手無策。”王國棟強調。
那么,數(shù)字時代如何解決工業(yè)實踐中的“黑箱”問題?王國棟提供了一種思路——數(shù)字孿生,即“黑箱”的高保真度建模。他解釋道,數(shù)字孿生是一系列描述輸入(操作變量、材料成分)與輸出(組織、性能)之間關系的預測性模型,高保真度數(shù)字孿生建模是材料科學與技術研究的關鍵核心。利用數(shù)據(jù)/機器學習對“黑箱”問題進行高保真度建模,將有力提升鋼鐵行業(yè)的核心競爭力。
“此外,鋼鐵企業(yè)還可以構建創(chuàng)新基礎設施。”他說道。何謂創(chuàng)新基礎設施?即基于創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享的發(fā)展理念,以技術創(chuàng)新為驅動、以信息網(wǎng)絡為基礎,面向高質量發(fā)展,為提高產業(yè)核心競爭力而打造的產業(yè)升級、融合、創(chuàng)新的基礎設施體系。
對于鋼鐵企業(yè)而言,創(chuàng)新基礎設施主要包括“一網(wǎng)”(5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))、“三大平臺”(底層實體設備平臺、邊緣數(shù)字化核心平臺、資源配置與管理云平臺)、“四大功能”(綠色化轉型、數(shù)字化轉型、高質化發(fā)展、強鏈化運行)。
制造業(yè)解決“黑箱”問題的
方法仍較落后
通過分析軋輥制造技術、高鐵車輪與輪箍的生產工藝過程、齒輪制造過程、軸承制造工藝、全產業(yè)鏈協(xié)同一體式汽車結構件熱沖壓技術等案例,王國棟提出,制造技術的不斷創(chuàng)新和進步,使得用鋼產品的質量和生產效率都得到了顯著提升,為金屬加工行業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻。
基于此,王國棟提出,鋼鐵行業(yè)和制造業(yè)要攜手并進,破解共同面對的“黑箱”問題。從制造業(yè)使用金屬材料的工藝過程來看,“白箱”決定了產品外形尺寸精度,而“黑箱”決定了材料的組織和性能?!昂谙洹迸c“白箱”有不同的評價標準,都很重要。在制造業(yè)使用金屬材料過程中,“白箱”與“黑箱”必然并存。
分別來看,“白箱”在制造業(yè)使用材料過程中,通常為冷機械加工(車、銑、刨、鉆、鏜、磨)外形、尺寸高精度加工?!鞍紫洹辈⒉灰饍炔坎牧辖M織與性能的變化。而“黑箱”通常為鑄鍛焊、成形加工、熱處理等,不僅涉及材料的外形、尺寸的變化,還涉及材料內部組織和性能的變化。
王國棟強調,“黑箱”問題直接影響著產品內部的組織和性能,即與產品制造的最終質量、效率、成本、環(huán)境及后續(xù)使用性能等密切相關。目前,制造業(yè)“黑箱”問題的解決方法是通過工業(yè)時代的理論分析(計算機模擬)或經驗,但這遠遠落后于時代。
“面向數(shù)字時代,我們必須把注意力轉向‘黑箱’,把制造業(yè)實體經濟與數(shù)字經濟、數(shù)字技術結合起來。鋼鐵行業(yè)與制造業(yè)要攜手并進、協(xié)同創(chuàng)新,共同攻克‘黑箱’難關,攜手高質量發(fā)展?!蓖鯂鴹澱f。