工业互联网 | 服务型钢铁企业两化融合最佳实践

▌钢铁产业全球发展趋势

站在当前的时间节点上, 世界钢铁产业已进入了新的阶段, 也就是新一轮的稳定发展, 类似处于20世纪70年代初到2000年, 全球经济低速增长对钢铁需求几乎处于停滞状态, 全球钢铁行业迎来一个漫长的调整过程。

根据冶金工业规划研究院对全球钢铁的预测分析, 2020年和2030年全球钢铁需求将保持在15.2亿-15.3亿吨水平, 很难有大起大落, 这其中主要的地区消费来自亚洲, 重点是中国, 这种判断对行业和企业制定发展战略至关重要。中国钢铁峰值已经过去, 消费在走下坡路。

2015年中国钢材消费6.64亿吨, 预测2016年中国钢材实际消费量为6.7亿吨, 同比增长0.9%；2030年国内钢材消费可能下降到5亿吨左右, 这是大的趋势。即使到2030年, 也没有其他国家和地区能超过中国的钢材消费量, 中国仍然是全球最大的钢材消费国, 市场是足够大的。

另外, 中国粗钢产量取决于中国钢材产品出口量能不能继续维持在1亿多吨以上。2015年末到2016年, 因为反倾销和国家政策变化等, 虽然中国钢材出口下降3.5%, 但总量仍达到1.08亿吨, 中国钢铁保持着较强的竞争力, 因此对中国钢铁行业不应过于悲观, 仍然要充满信心。

▌目前钢铁行业的发展趋势

1   ▏有效化解过剩产能

通过提高竞争力去产能, 通过发展去产能。尽管2016年形势有所好转, 仍不能动摇去产能的决心, 要从以下3点落实化解过剩产能问题:

一要依法依规, 淘汰包括地条钢在内的落后、违规和不合规产能；

二 要通过市场竞争淘汰低效、无效产能, 创造公平环境；

三要通过加快联合重组, 更高水平地去产能。

但所有这些都需要政府托底, 政府的任务就是要保持社会稳定, 解决因化解过剩产能所引发的一系列问题, 包括就业、债务和社会稳定等。

2   ▏打造最具国际竞争力的行业

钢铁行业是未来中国制造业中最具国际竞争力的行业, 为此需要加快中国钢铁行业的创新能力建设, 包括理论创新、商业模式创新、技术创新以及管理方法创新, 提前制定相关战略规划, 持续打造最具国际竞争力的行业。

3   ▏全力发展绿色钢铁

全力发展绿色钢铁, 是钢铁企业必须实施的路径, 是社会发展的必然要求。冶金工业规划研究院和河钢集团联合制定了六位一体的绿色行动计划, 即绿色矿山、绿色采购、绿色物流、绿色制造、绿色产品和绿色产业, 真正使钢铁产业和城市相融, 不止是简单污染排放达标。

特别是一些优秀企业, 如宝钢、唐钢和太钢, 已形成全球最干净的、绿色化的和城市相融的企业。中国已经有了范例, 需要其他企业不断提高绿色经营意识, 构建全行业六位一体的绿色发展新体系。全力发展绿色钢铁需要钢铁人自己努力, 也需要政府帮助搭建公平平台。

4   ▏智能制造助力转型升级

钢铁行业研发创新的关键是人才队伍建设, 由于钢铁生产环境较为艰苦, 就业前景不乐观, 各大高校相关专业招生人数正在逐步缩减, 因此改善生产环境、提高行业智能化水平已经迫在眉睫。智能制造一方面能加快推进钢铁行业转型升级, 引领钢铁产品向中高端发展;另一方面可以大幅提升企业发展质量和效益, 这是钢铁行业未来的发展方向。

5   ▏大力增加有效供给

有效供给的增加一方面取决于钢铁企业推出的新产品、新技术和新服务, 另一方面可持续低成本基础上的低价策略。低成本是指利用更有效的生产方法和生产技术带来更低的成本。提高品种质量、降低能耗以及提高有效供给是供给侧改革的重中之重。

6   ▏优化产业布局

钢铁行业具有资源化、资本密集型、资源密集型和劳动密集型的特点, 中国每年进口9亿-10亿吨铁矿石和千万吨焦煤, 沿江沿海有独特的物流成本优势、市场和资源 （包括矿石）优势, 因此钢铁产业布局应坚持“一带多点网络化”, 即沿江沿海地带加快发展, 内地结合环境、资源多点布局, 为下游用户提供网络化高效服务。这也是平台经济和两化融合要实现的行业要求, 让钢铁行业和钢铁企业为下游提供无可挑剔的服务。

7   ▏加快联合重组步伐

目前中国钢铁产业前十的集中度仅有30%左右, 难以构建公平有序的竞争环境。应进行强强联合, 尽快打造世界级的钢铁企业, 如宝武联合重组, 引领行业更好发展。同时, 加快区域和特色钢铁企业的联合重组。大规模的钢铁企业联合重组既符合行业转型升级的客观要求, 又能在钢铁供给侧改革中增加有效供给, 有利于钢铁市场健康稳定的发展。

8   ▏推动开放发展

推动开放发展, 不仅要走出去, 还要引进来, 这是为了使原材料、产品、研发和产能更好地走出去。现在中国在国际贸易中存在进口贵、出口便宜的问题, 应学会利用更好的国际贸易手段保护产业发展;面对贸易保护, 勇敢出击, 将宣传钢铁行业作为一种使命, 扭转中国钢铁被视为落后的观念。既要强调硬实力, 也要强调软实力, 形成有利于中国钢铁业的贸易秩序, 减少贸易摩擦, 形成合作共赢的有利局面。

9   ▏强化资源保障力度

2016年铁矿石进口增长7.5%, 铁矿石对外依存度超过80%以上, 当前铁矿石和优质焦煤很大程度上依赖进口, 因此钢铁行业关键性、战略性资源的保障力度需要进一步提高。中国铁矿石进口占据全球贸易量的60%以上, 却几乎没有话语权, 并且进口来源进一步向澳大利亚、巴西集中。

中国当前缺少有利于钢铁工业发展多元化的、稳定的、高效的资源进口渠道, 应该加快海外资源布局。中国铁矿石进口是长期的, 不是短期的, 即便经营管理做得再好也弥补不了价格大幅波动的影响, 目前我们确实没有形成合力搭好平台, 整合资源。

10   ▏完善公平的市场环境

从国家层面来看, 不同地区的环保、财税、土地和用工等方面执法力度不一, 行政监管不严, 对假冒伪劣产品打击不力, 甚至有些地区的贸易壁垒仍然存在。不公平的市场环境加重了钢铁行业的恶性竞争, 不利于中国钢铁行业转型升级, 因此需要进一步完善公平的市场环境。

▌通过智能制造助力钢业工业成功转型升级

1   ▏智能制造给钢铁行业带来新机遇

钢铁行业是践行《中国制造2025》战略必不可少的一个行业, 也是最有可能通过推进智能制造实现转型的传统行业之一。目前, 中国主要钢铁企业装备达到了国际先进水平, 关键工艺流程数控化率超过65%, 企业资源计划 (ERP) 装备率超过70%, 信息化程度得到了跨越式发展。

未来, 钢铁企业生产呈现个性化、定制化、多品种、小批量发展趋势, 生产方式从规模化生产向个性化定制转变, 钢铁企业应充分利用互联网和物联网的相关技术, 跟踪市场需求信息和产品使用信息, 实时性地更新产品规范、质量规范和工艺规范。在生产过程中, 以客户需求为导向, 不断完善研发设计、生产制造、市场营销和售后服务等产品全生命周期信息集成和跟踪服务, 逐步建立以服务为核心的产品设计和整体解决方案。

2   ▏钢铁产业智能转型升级存在的问题

归纳起来, 存在的主要问题为核心技术及智能系统创新能力欠缺, 主要表现在几个方面:行业集中度低造成的智能管控改造难度大;政府资金力量支持有限;企业机制体制创新能力不足;智能化专业人才匮乏。同时钢铁产业在数据集成化水平、柔性化生产能力、大数据应用等方面还面临不同程度的挑战。

因此要借助互联网+、物联网以及智能制造技术, 实现“两化”深入融合。研发具有需求分析、产品设计、生产组织、过程优化、质量全程管控和市场动态反馈等多重功能的钢铁全流程智能制造系统, 提升钢铁制造过程中新钢种高效研发能力、产品质量稳定生产能力、柔性化生产组织能力和能效成本综合控制能力, 实现产品规模化生产与定制式制造相融合的钢铁智能化制造, 通过智能制造实现产品制造流程的标准化、柔性化和智能化。

▌钢铁智能制造实施的主攻方向

钢铁智能制造应该是利用智能制造系统 (CPS) , 依托于传感器、工业软件、网络通信系统和新型人机交互方式, 实现人、设备、产品等制造要素和资源的相互识别、实时联通和有效交流, 促进钢铁研发、生产、管理、服务与互联网紧密结合, 推动钢铁生产方式的定制化、柔性化、绿色化和网络化, 从而不断充实、提升和再造钢铁全球竞争新优势。钢铁智能制造实施的主攻方向包括智能工厂、智能生产和产业协同。

1   ▏智能工厂

重点研究智能化生产系统及过程, 数字化、网络化分布式生产设施的实现。钢铁智能工厂建设, 可以通过智能型PLC、智能装备等实现数据采集自动化, 并对生产工艺、过程数据和供应商数据等进行数据集成, 推进全流程产品质量管控与优化, 实现生产过程跟踪、质量管控、能源优化、产销协同、订单承诺、订单排程、采购决策优化、投资策略优化和资源配置优化等功能, 提升产品设计、生产排产、车间调度等方面自动化和智能化程度, 支撑生产管理人员从简单的信息处理和分析的工作中解放出来, 把精力集中在创新和增值业务上, 优化企业生产组织, 提升企业制造管理能力。

智能工厂的重点建设环节是从虚拟仿真设计、网络化智能设备、模块化定制生产和大数据化精益管理等处着手, 建设智能工厂, 对制造过程的资源管理、生产组织和过程控制等不同层级的信息进行集成, 以实现动态调整、全工序优化和大规模定制。

2   ▏智能生产

智能生产是指以智能制造系统为核心, 以智能工厂为载体, 通过在工厂和企业内部、企业之间以及产品全生命周期形成以数据互联互通为特征的制造网络, 对生产过程进行实时管理和优化, 实现大规模定制化生产。当前, 钢铁行业主流程为“流程+离散”的生产模式, 纯粹的个性化定制不符合钢铁的生产要求, 企业需要通过动态化、智能化的资源调度, 在满足流水线式的生产基础上, 提高个性化的生产能力, 同时降低个性化生产的负面效应, 最终实现企业与客户双方利益的最大化。

3   ▏产业协同 

通过大数据、云计算、移动互联网和物联网等新技术的共同作用, 充分把握新工业时代下信息资源带来的机遇, 以数据洞察为核心驱动力, 贯穿参与者、产品与生产, 实现产业链互联互通的协同, 形成集制造和服务为一体的价值网络。

钢铁产业的协同需要钢铁企业对SCM、CRM、ERP、MES和EC等系统进行有效集成, 打通上下游产业链的原料供给与产品需求, 利用大数据技术深度挖掘客户需求, 实现形成以客户为中心、需求为导向的智能制造体系。

▌逐步推进转型升级的几个阶段

未来3-5年, 钢铁工业信息化水平大幅提升, 并掌握一批重点领域关键核心技术, 优势领域竞争力进一步增强, 产品质量有较大提高。同时, 钢铁工业数字化、网络化和智能化取得明显进展, 重点行业单位工业增加值能耗、物耗及污染物排放明显下降。“十三五”期间, 钢铁工业可从以下几个阶段逐步推进转型升级。

1   ▏第一阶段重点任务是推进制造过程智能化

全面实施高级计划排程 (APS) 系统, 实现敏捷制造及精准交货。对钢铁企业而言, 生产计划系统功能集成中遇到的最大难题便是如何面向多品种小批量的大量订货合同而组织生产。构建高级计划排程系统可以解决“在有限产能条件下, 交期产能精确预测、工序生产与物料供应最优详细计划”的问题。可以制定合理优化的详细生产计划, 并且还可以将实绩与计划结合, 接收制造执行系统或者其他工序完工反馈信息, 从而彻底大大降低工序生产计划与物料需求计划的编制难度。

2   ▏第二阶段重点任务是推进企业决策智能化

在企业的经营管理过程中, 决策意味着不断地根据实际生产情况在不同选项之间, 在利润、质量和市场之间进行快速有效的权衡。为提高资源和能源利用效率, 钢铁企业应采用系统优化的思想, 建立具有冶炼技术和经济成本的双重模型, 综合考虑与钢铁生产相关的化学、热力学模型以及生产率、原材料价格和可支配量等方面的信息, 实现单部门 (包括钢铁联合企业的炼焦、烧结、高炉和炼钢等) 局部优化与多部门一体化全局优化的平衡。具体应考虑以下几个方面的内容:

采购决策优化。利用极限边际价格理论来动态评估包括原煤、焦炭、铁矿石、球团矿和废钢等所用原材料的真实价值, 并与采购价格进行比较。

煤矿配比优化。通过调整煤矿配比来抵消原材料质量、价格波动带来的影响, 并确保稳定生产及稳定的产品质量。

生产流程优化。根据铁水生产成本和废钢的市场价格及其可支配量来权衡其各自用量, 或者在烧结矿生产和球团矿成本之间进行权衡。

过程参数优化。根据焦炭价格和脱硫成本来确定最优的铁水硫含量;根据焦炭成本、废钢成本、铁水成本和铁水温度来确定最优的铁水硅含量等。

经营计划优化。利用边际成本理论, 按照效益最大化原则, 为产品制定最优的资源分配方案。

投资策略优化。寻找生产瓶颈并进行投资分析 （如对解决生产瓶颈的新设备进行投资回报分析）。

决策支持系统的支撑将有助于钢铁企业降低生产成本, 提高利润, 帮助采购部门制定最佳原材料采购策略, 制定年度或季度预算, 确定各种产品及中间产品的最优生产规模, 确定最优的生产过程参数, 根据市场或生产动态 (如价格、原材料和设备维修等) 及时调整各类决策, 确定生产瓶颈并对关键投资进行投资回报分析。

3   ▏第三阶段重点任务是大力推进大数据集成应用

大数据是传统数据库、数据仓库、商业智能概念外延的扩展和手段。利用大数据技术将钢铁企业拥有的海量数据资源转化为企业切实的经济发展动力, 将会更好地助推钢铁企业在产业转型期占据先机, 提升市场竞争力。

4   ▏第四阶段重点任务是大力推进产业协同应用

制定互联网与钢铁工业融合发展的路线图, 发展基于互联网的个性化定制、云制造等新型制造模式, 推动形成基于消费需求动态感知的研发、制造和产业组织方式, 建立优势互补、合作共赢的开放型钢铁产业生态体系, 培育智能监测、远程诊断管理和全产业链追溯等工业互联网的新应用。 

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