2苏天森-基于大数据和云计算的智能化钢铁生产若干问题的探讨23

基于大数据和云计算的智能化钢铁生产若干问题的探讨中国金属学会苏天森2015年7月1、智能化钢铁生产的涵义2、智能化钢铁生产的发展与展望3、智能化冶金设备是钢铁智能化生产最重要的保证4、智能化冶金设备的发展前景1.1定义智能化钢铁生产是指，按照人们对钢铁产品的需求和性能要求设定的工艺路线，实施基于大数据和云计算的计算机全自动、高精度控制协同管理、控制生产全过程和全部设备的钢铁生产模式。1.2基本涵义从定义中可见，智能化钢铁生产包括了三个基本涵义：―基于大数据和云计算的计算机全自动、高精度控制管理―是对产品和全工艺过程的协同控制管理―是对生产全过程和全部生产设备的协同控制管理1.3基本目标智能化钢铁生产是现代钢铁发展的必然趋势，它可以实现以下基本目标：―各生产环节（包括购销、制造直至服务）的最优化衔接，保证最佳运行―工艺和装备生产效率最高，产品质量最佳―物耗、能耗和污染物排放最低化的绿色生产―生产成本的最低化2.1我国智能化钢铁生产的发展历程―二十世纪六十年代开始的仪表检测与控制―二十世纪七十年代开始基础级（DCS级PLC）控制(个别计算机过程控制)―二十世纪八十年代至九十年代开始计算机过程控制（包括计算机生产调度管理）为主的三级控制―新世纪以来进一步与信息化融合―近年来一些单位已开始研究基于大数据和云计算的产品、工艺优化，并以智能设备保证的智能化钢铁生产2.2钢铁智能化生产推进过程中几个重要事例―二十世纪六十年代中期首钢、鞍钢、上钢、天钢等企业率先在转炉、连铸生产中实施以DDZ-I、DDZ-II型智能仪表的PI、PID调节控制―二十世纪七十年代首钢等企业初步试验高炉、转炉生产的计算机静态、动态控制―二十世纪八十年代~九十年代初，宝钢、天津钢管公司、武钢三炼钢等一批现代化钢铁厂相继投产，开始了我国钢铁生产全面研发与应用计算机控制生产的新进程。―二十世纪九十年代初国家计委推行以微电子技术改造传统产业的重大项目，钢铁行业积极参与并很快领先于其他行业冶金部制订并颁布炼铁、炼钢、连铸、连轧基本自动化控制仪器仪表配置规范设立钢铁行业计算机制造执行技术（CEMS）重大攻关专项全力推行计算机在钢铁生产中的应用，并在一大批国家级装备与工艺技术攻关项目中设立计算机控制课题、专题。取得了一大批计算机控制技术的科技成果。九十年代中后期开始计算机生产调度研究与应用。二十世纪九十年代是中国钢铁工业推进智能化生产奠定基础最重要的时期―从二十世纪九十年代中期开始全数字化控制装备与技术研发与应用成为我国钢铁生产智能化发展的又一重大特点―本世纪初，在当时的国家经贸委支持下建立钢铁行业自动化技术促进委员会，全力推进计算机过程控制和管理乃至智能化生产的各项技术。多项主体流程工艺、装备、管理一体化协同智能化运行项目获冶金科技奖和国家科技进步奖。2.3智能化钢铁生产的发展展望―五十年智能化钢铁生产推进过程的显著特点由点到面到全过程的发展由简单仪表到基础级控制到计算机控制由工位控制到过程控制到全流程控制由装备、工艺控制到装备、工艺、产品质量一体化控制由过程控制到生产与经营一体化协同的工厂综合控制基于大数据和云计算的计算机全自动高精度智能化钢铁生产―智能化钢铁生产的程度已成为衡量钢铁厂水平的重要标志，并证明了它是现代化钢厂稳定、低成本生产各类优质钢材，实现物耗、能耗最低化；生产效率最高化；最能体现与环境友好的绿色制造水平的必要条件（而不是锦上添花的措施，更不是可有可无的条件）。—智能化钢铁厂定将成为国家推进发展信息化和工业化深度融合的制造业最佳切入点。智能化钢铁厂将在工厂内部实现产品与工艺设计、制造的数字化集成平台，并将通过能源、环境、产品文档数字化管理等措施与社会链接，更好地服务于社会。2.4实现智能化钢铁生产应充分关注信息化发展的新动向―最近国家领导人曾多次强调，信息化程度关乎国家兴衰和命运―上世纪一位美国著名科学家强调从50年代起微电子研发与运用决定国家发展程度。关心并积极研发应用——发达国家不关心、不积极研发应用——发展中国家―信息技术是在微电子技术基础上的进一步跨越式发展―有专家指出，数据被赋予背景，就是信息；经系统分析后成为生产要素和管理工具，数据就是资源；探索“大数据”为基础的解决方案是管理、效率、效益升级新的重要手段。―还有专家指出信息化建设最重要的就是数据整合。将各自为战的各个信息系统整合成纵向融合兼容，横向同步协同的统一电子化、数字化平台。这些观点为我们开拓智能化钢厂实施途径指明了一个新的方向。―“大数据”（bigdata）或称巨量资料是大小超出常规的数据库，是获取、存储、管理和分析能力的数据集。对流程工业（如钢铁工艺）来讲，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程装备优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。―建立和应用“大数据”首先要对现有海量信息进行梳理，归类，并具有继续积累数据的意识和方法，每个装备、工艺、产品具有表征性特点的参数都要积累。―要有新的方法对海量数据进行归类、分析、挖掘、选取、应用、验证……―云计算技术的应用将是一种必然趋势，早在几年前，冶金自动化的几个专家就已提出要关注云计算技术的发展及钢铁生产海量数据处理技术的应用问题。2013年钢铁年会宝钢集团徐乐江董事长在提到实现数字化宝钢目标时简单讲了一下宝钢已注意将“云技术”在处理宝钢工艺优化、品种开发的结合与应用问题。建立统一（或分区域）、与各企业紧密结合的云计算平台的任务或许应提到议事日程上来了。宝钢“客户驱动的冶金企业全流程协同制造系统开发与应用”成果获2015年“冶金科技奖”一等奖。3.1智能化冶金设备是钢铁智能化生产最重要的保证现代钢铁生产中产品确定之后，工艺与装备的设计、选择与应用就成为产品生产的重要前提智能化钢铁生产必定要以智能化冶金设备来保证3.2智能化冶金设备应具备的基本条件设备结构设计合理，材质选择能满足稳定、长寿工作的要求（结构—能进行调控、材质—保证能稳定、连续在不同工艺工况条件下运行）具有较高的精度、灵敏度，能适应高精度、快速工艺控制与保证高品质产品质量的各种要求具有良好的设备关键功能参数在线监测与信息传输功能，并可实现在线调整控制和离线快速维修具有各工位、工位之间、工序之间，全流程关键装备联合调整与控制的功能具有完整的设备运行参数信息库并与工艺、质量数据相耦合，成为数据挖掘技术应用的基础条件可实现全数字化的准开环控制“2011-2020年中国钢铁工业科学与技术发展指南”明确提出了冶金装备自动化在设备控制、过程控制、生产管理控制和企业信息化方面35项加快推广的关键技术和积极探索、研发、加快工程化的17项关键技术。4.1智能化冶金设备研发与应用的几个重点全数字化控制功能将成为智能化冶金设备的标志性特征（数字电动、数字液压、数字化工艺调控软硬组合件）全数字控制功能冶金设备与模—数—模反（前）馈闭环偏差调节的系统相比，控制更直接、更灵敏、更精确。应摆脱单一的机电设备先制造后配套的模式，直接嵌入检测控制系统，制造具有前述基本功能的本质智能化设备在结构与材质优化的基础上进一步推进冶金设备轻量化4.2智能化冶金设备的发展前景“德国工艺4.0”、“中国制造2025”都明确了智能化生产的发展目标，其核心则是数字化。肯定是冶金设备的发展方向，并将在“十三五”期间得到较快发展。全数字控制的电动和液压系列设备已在工程机械、矿山、电力、军工等多个行业得到应用，将成为机械行业开发、应用的重点设备。冶金行业应加快推广应用。智能化冶金设备将成为钢铁生产智能化和链接其他行业的重要基础。基于大数据和云计算的钢铁生产智能化发展方向已是确定无疑的趋势。智能化冶金设备将成为智能化钢厂运行的重要保证。加快研发与应用是中国钢铁科技自主创新引领世界的重要任务。