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。在產業(yè)結構調整過程中，波蘭鋼鐵工業(yè)在所有權、產品、資產、就業(yè)、管理等方面均有所改變，并逐步向創(chuàng)新型產業(yè)轉變。在20世紀90年代經濟轉型期間，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)產值和大約0.3%的國民生產總值。
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絡結構，被稱為高爐網絡(BFN)。BFN與算法一起構成高爐上的傳感器網絡，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)代化的生產線。該生產線上安裝了數(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、機器操作、產品和客戶的數(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、生產計劃和調度以及商業(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)網和智能技術通過動態(tài)配置生產流程，促進了可持續(xù)生產關鍵原則的實現(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量、生產規(guī)劃、控制系統(tǒng)以及數(shù)字模型智能結合，可以在生產過程創(chuàng)造新的維度，降低生產成本。
將鋼鐵生產的數(shù)字化定義為新技術的后續(xù)應用，是滿足鋼鐵生產商在質量、生產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)字化和物理網絡系統(tǒng)。例如Realloys公司已經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)網設備之間的通信過程是由互聯(lián)網連接和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，波蘭已經有超過1.1萬臺機組得以應用。波蘭鋼鐵工業(yè)內的每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商，擁有近1.1萬名員工，2015年~2020年粗鋼產量大約為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)字產品定位的IT系統(tǒng)，自此冶金產品的識別過程實現(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跟蹤系統(tǒng)，可對產品進行精確識別和監(jiān)控。該IT系統(tǒng)可以實時查看生產狀態(tài)，控制鋼軌精整廠的生產能力，加快產品的質量驗收節(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品缺陷。該系統(tǒng)可有效識別產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，從生產準備、生產控制到最終產品的儲存和運輸過程。
IC技術可以通過無限制的互聯(lián)網接入(包括寬帶和移動互聯(lián)網)收集數(shù)據(jù)、處理和控制物理生產過程。工業(yè)4.0中的網絡技術是網絡物理生產系統(tǒng)(CPPS)的一部分，CPPS是計算機和物理過程的集成，網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）
