目前鋼鐵行業(yè)提質(zhì)、增效、降本遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是解決這一發(fā)展瓶頸的戰(zhàn)略方向，實(shí)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級成為國內(nèi)外鋼鐵領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)。

習(xí)近平總書記號召“加快建設(shè)數(shù)字中國”。經(jīng)過長期的建設(shè)和發(fā)展，鋼鐵行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全面的數(shù)據(jù)采集和豐富的數(shù)據(jù)積累。充分發(fā)揮鋼鐵行業(yè)海量數(shù)據(jù)和豐富應(yīng)用場景優(yōu)勢，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的支撐下，借助于大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)，快速挖掘海量數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的企業(yè)管理與生產(chǎn)過程中的規(guī)律，并利用這些規(guī)律解決流程工業(yè)普遍存在的不確定性等“黑箱”難題，發(fā)揮數(shù)據(jù)技術(shù)的放大、倍增、疊加作用，有助于推進(jìn)鋼鐵行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與高質(zhì)量發(fā)展。

2011年，美國公布了“材料基因組計(jì)劃”，目標(biāo)是引導(dǎo)企業(yè)建設(shè)涵蓋計(jì)算工具、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)工具三方面的材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，將“材料發(fā)現(xiàn)、制造與應(yīng)用的速度提高一倍，而成本降低到原來的幾分之一”。歐盟成立了鋼鐵智能制造工作組，啟動(dòng)了動(dòng)態(tài)能源管理、產(chǎn)品質(zhì)量提升、智能制造架構(gòu)等重點(diǎn)項(xiàng)目。美國發(fā)布了智能制造路線圖，打造集成、知識(shí)支撐、富集模型的鋼鐵企業(yè)，實(shí)時(shí)優(yōu)化生產(chǎn)制造和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。以POSCO、JFE、安賽樂米塔爾、日本制鐵、大河鋼鐵為代表的國外先進(jìn)鋼鐵企業(yè)正在大力發(fā)展鋼鐵數(shù)字化制造新模式。

“十三五”以來，我國鋼鐵行業(yè)以“智能化”和“綠色化”為主題，初步形成了數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施的基礎(chǔ)架構(gòu)，在自動(dòng)化控制與智能優(yōu)化技術(shù)、全流程智能化制備關(guān)鍵技術(shù)以及相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)研發(fā)方面取得了卓有成效的進(jìn)展。“十四五”期間，中心已經(jīng)承擔(dān)了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“鋼鐵軋制全流程工藝優(yōu)化與管控軟件開發(fā)”“鋼鐵全流程多工序動(dòng)態(tài)協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)及示范應(yīng)用”課題、工信部產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)公共服務(wù)平臺(tái)項(xiàng)目“建設(shè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證公共服務(wù)平臺(tái)（5G新一代信息技術(shù)與鋼鐵行業(yè)融合）”課題、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“板帶材生產(chǎn)全流程動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生與智能協(xié)調(diào)優(yōu)化信息物理系統(tǒng)”等，正在有序布局鋼鐵生產(chǎn)全流程信息物理系統(tǒng)建設(shè)與工業(yè)軟件研發(fā)等數(shù)字化項(xiàng)目。

3.1 以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為載體的金屬材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施研究

發(fā)展計(jì)算工具、數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)工具的相互支撐的材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)理念構(gòu)建狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)閉環(huán)賦能體系，形成異構(gòu)硬件、軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)高度集成的深度融合的鋼鐵材料創(chuàng)新研究方法和基礎(chǔ)設(shè)施。以實(shí)驗(yàn)檢測、中試試驗(yàn)和實(shí)際產(chǎn)線為數(shù)據(jù)源，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)挖掘?yàn)橛?jì)算工具，建設(shè)原位分析系統(tǒng)和企業(yè)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施。

3.2 邊緣數(shù)字化核心平臺(tái)構(gòu)建與數(shù)字孿生過程模型研發(fā)

利用數(shù)字化技術(shù)改造過的邊緣部分設(shè)置了邊緣數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程輸入、輸出大數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)的功能。在邊緣部分設(shè)置“大數(shù)據(jù)/機(jī)器學(xué)習(xí)解析平臺(tái)（I）”，利用數(shù)據(jù)科學(xué)、AI等技術(shù)解析建立和優(yōu)化數(shù)字孿生過程模型，實(shí)現(xiàn)過程可視化、開發(fā)APP等功能，并將生產(chǎn)過程數(shù)字孿生模型傳送到過程控制系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)理模型，進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)定和動(dòng)態(tài)設(shè)定。

3.3 資源配置管理云平臺(tái)構(gòu)建與運(yùn)行管理資源優(yōu)化

資源配置管理云平臺(tái)位于云中，負(fù)責(zé)生產(chǎn)活動(dòng)與資源配置管理功能，是“邊緣部分”設(shè)定、運(yùn)行、調(diào)度的強(qiáng)大支撐部分。在云平臺(tái)配置有企業(yè)大數(shù)據(jù)中心和“大數(shù)據(jù)/機(jī)器學(xué)習(xí)解析平臺(tái)（II）”，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理技術(shù)，處理、分析各方面的大數(shù)據(jù)，對相應(yīng)部分的運(yùn)行和管理工作進(jìn)行管理和優(yōu)化，支撐和保證生產(chǎn)線系統(tǒng)和公司整體的最優(yōu)化運(yùn)行。

3.4 基于機(jī)器視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)的智能裝備研發(fā)

將5G+、機(jī)器視覺賦能傳統(tǒng)檢測技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，利用新一代通訊技術(shù)的優(yōu)勢，解決復(fù)雜場景下產(chǎn)品三維尺寸、表面、內(nèi)部質(zhì)量缺陷檢測難題，研發(fā)基于機(jī)器視覺、數(shù)據(jù)解析的關(guān)鍵數(shù)字化儀表，為產(chǎn)品質(zhì)量大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供更為豐富的工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.5 鋼鐵生產(chǎn)計(jì)劃決策與調(diào)度數(shù)字化

以面向定制化生產(chǎn)和精準(zhǔn)服務(wù)為目標(biāo)，建立鋼鐵制造供應(yīng)鏈集成、協(xié)同與智能化的理論體系，分析庫存管理、生產(chǎn)排程、計(jì)劃調(diào)度等管理問題的特征和性質(zhì)，提出工藝機(jī)理、過程數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)相融合的智能決策建模方法，開發(fā)求解大規(guī)模含復(fù)雜工藝約束的決策模型的新型智能優(yōu)化方法。

3.6 基于數(shù)字孿生的軋制過程形性面一體化智能優(yōu)化控制

通過成分-工藝-組織-性能集成化分析，構(gòu)建多層次跨尺度全流程的形性面一體化關(guān)聯(lián)模型。開發(fā)實(shí)驗(yàn)、模擬仿真和生產(chǎn)數(shù)據(jù)在時(shí)間、空間和尺度上的融合處理技術(shù)，形成先進(jìn)鋼鐵材料物理與數(shù)據(jù)耦合驅(qū)動(dòng)的形性面一體化預(yù)測技術(shù)，指導(dǎo)成分與工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量高精度控制。

3.7 設(shè)備運(yùn)維數(shù)字化和預(yù)測式維護(hù)

設(shè)備信號與采集策略的集成優(yōu)化方法，智能傳感器開發(fā)；多源、異構(gòu)信號數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸?shù)募夹g(shù)方案；基于設(shè)備系統(tǒng)與運(yùn)行環(huán)境，多源數(shù)據(jù)融合、深度特征提取技術(shù)；基于CNN、SVM、遷移學(xué)習(xí)等通用的智能算法和模型；基于系統(tǒng)可靠性和動(dòng)態(tài)可靠性理論和多元決策優(yōu)化方法；研究基于大數(shù)據(jù)分析的智能處理框架與技術(shù)體系。

3.8 鋼鐵生產(chǎn)能源與排放管理數(shù)字化

基于鋼鐵生產(chǎn)流程物質(zhì)流、能量流、信息流耦合關(guān)系，構(gòu)建鋼鐵生產(chǎn)全流程能源與排放分析多維網(wǎng)絡(luò)模型；開發(fā)節(jié)能減排理論與技術(shù)、綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化、碳減排及低碳轉(zhuǎn)型、能源預(yù)測與優(yōu)化調(diào)度、智慧化能源管控系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)能源管理中心的預(yù)測、優(yōu)化和調(diào)度；研發(fā)鋼鐵生產(chǎn)的集成動(dòng)態(tài)能源管理和排放數(shù)字化管控技術(shù)。

面向鋼鐵材料與加工全流程數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的重大需求，建立鋼鐵工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下鋼鐵企業(yè)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施。填平補(bǔ)齊底層生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提供精準(zhǔn)、齊全的現(xiàn)場有關(guān)材料成分設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)等輸入數(shù)據(jù)，以及材料外形尺寸、組織性能、表面質(zhì)量等輸出數(shù)據(jù)，消除數(shù)據(jù)采集和指令執(zhí)行方面的“短板”。攻克“邊緣數(shù)字化核心平臺(tái)”技術(shù)，設(shè)置邊緣數(shù)據(jù)中心與“大數(shù)據(jù)/機(jī)器學(xué)習(xí)解析平臺(tái)（I）”，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程輸入、輸出大數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)的功能，利用數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)建立和優(yōu)化數(shù)字孿生過程模型，進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)定和動(dòng)態(tài)設(shè)定。建設(shè)“資源配置管理云平臺(tái)”，配置企業(yè)大數(shù)據(jù)中心和“大數(shù)據(jù)/機(jī)器學(xué)習(xí)解析平臺(tái)（II）”，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理技術(shù)，對相應(yīng)部分的運(yùn)行和管理工作進(jìn)行管理和優(yōu)化，支撐和保證生產(chǎn)線系統(tǒng)和公司整體的最優(yōu)化運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，在垂直方向上實(shí)現(xiàn)軋制等快過程的短時(shí)延交互反饋，在流程方向上實(shí)現(xiàn)各單元之間的順暢、無縫的優(yōu)化銜接。

◆ 2023年，開發(fā)關(guān)鍵工藝質(zhì)量指標(biāo)數(shù)字孿生模型，構(gòu)建產(chǎn)線級信息物理系統(tǒng)，完成鋼鐵材料研發(fā)生產(chǎn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)搭建工作；

◆ 2024年，形成產(chǎn)品形性面一體化協(xié)同控制、關(guān)鍵設(shè)備故障預(yù)測與健康管理、鋼鐵生產(chǎn)能源與排放管理等系列數(shù)字化技術(shù)，開展全流程數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用；

◆ 2025年，構(gòu)建流程級信息物理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多工序智能管控，全面提升全流程數(shù)字化水平，相關(guān)數(shù)字化技術(shù)推廣至國內(nèi)外10家以上鋼鐵企業(yè)。

通過有組織引導(dǎo)實(shí)施鋼鐵數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，確保數(shù)字化關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，提升產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)線運(yùn)行水平，占領(lǐng)鋼鐵行業(yè)智能化發(fā)展的制高點(diǎn)。

1）構(gòu)建鋼鐵材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，研發(fā)以工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、數(shù)字孿生為核心，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能的信息物理系統(tǒng)，開發(fā)全流程數(shù)字化工業(yè)軟件，引領(lǐng)鋼鐵材料數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2）開發(fā)先進(jìn)鋼鐵材料物理與數(shù)據(jù)耦合驅(qū)動(dòng)的形性面一體化預(yù)測和控制技術(shù)，關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)波動(dòng)降低20%-30%，覆蓋30%-50%鋼鐵生產(chǎn)過程。

3）構(gòu)建鋼鐵產(chǎn)線完備、可靠、性能優(yōu)良的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，研發(fā)基于機(jī)器視覺、數(shù)據(jù)解析的關(guān)鍵數(shù)字化儀表，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵難測參數(shù)的在線檢測。

4）實(shí)現(xiàn)原料、供應(yīng)、能源、介質(zhì)、排放、物流、人力資源、財(cái)務(wù)、成本、技術(shù)創(chuàng)新與開發(fā)等的資源配置和管理，支撐和保證生產(chǎn)線系統(tǒng)和公司整體的最優(yōu)化運(yùn)行。