數(shù)字化已成為過程工業(yè)的新戰(zhàn)線。冶金行業(yè)正在通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式整合并輸送海量信息來提升營業(yè)利潤。在利潤空間不斷被壓縮的市場環(huán)境下，冶金廠商如何實現(xiàn)差異化競爭并持續(xù)發(fā)展？數(shù)十載冶金工藝積淀能否幫助鋼鐵制造商生產(chǎn)出碳足跡更低的高新產(chǎn)品？智能制造的全面爆發(fā)將會呈現(xiàn)出什么樣子？
這些都是眾多鋼鐵制造商正在思考和探索的問題。而中國是世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)國，其鋼鐵產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的一半以上（約54%），產(chǎn)能過剩導(dǎo)致競爭異常激烈。
在當(dāng)前經(jīng)濟環(huán)境下，企業(yè)有兩種突圍方法，一是通過降本增效獲取競爭優(yōu)勢；二是加快產(chǎn)品開發(fā)或升級換代，通過提供獨家產(chǎn)品來實現(xiàn)溢價。
蟬翼，催生定制化創(chuàng)新解決方案
在一些亞洲文化中，蟬象征著重生、健康、財富和幸福。鄧波將鋼鐵創(chuàng)新的最新突破比作“蟬翼”。從2020年開始，厚度約20微米（與蟬翼相當(dāng)）的手撕不銹鋼在航空航天、折疊屏手機和便攜式太陽能電池制造等領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用。中國《環(huán)球時報》將其描述為“鋼鐵行業(yè)皇冠上的明珠”，而總部位于中國的格尼鋼鐵致力于提升其強化鋼材的性能強度，稱其“可經(jīng)受20萬次的折疊而不變形、不斷裂”。
“這類產(chǎn)品的工藝控制無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)，”鄧波表示。作為一位數(shù)字專家，鄧波熱衷于利用過程控制和大數(shù)據(jù)整合來保障產(chǎn)品質(zhì)量，他擁有自動化工程碩士學(xué)位，并且在工業(yè)制造領(lǐng)域積累了二十年的經(jīng)驗。除了領(lǐng)導(dǎo)北亞區(qū)鋼鐵及有色金屬業(yè)務(wù)的研發(fā)工作外，鄧波還擔(dān)任ABB鋼鐵及有色金屬業(yè)務(wù)的處理線全球產(chǎn)品經(jīng)理，積極推動創(chuàng)新成果的落地轉(zhuǎn)化。他認為：“新需求除了推動新工藝的開發(fā)，同時也提高了對控制精度、穩(wěn)定性和可靠性的需求。”
為了應(yīng)對手撕鋼等特種鋼生產(chǎn)時的全新挑戰(zhàn)，ABB專門推出一系列定制化的創(chuàng)新解決方案。例如，ABB鋼鐵及有色金屬業(yè)務(wù)中國團隊開發(fā)了一種非對稱性雙電機控制系統(tǒng)，能夠在7到280千牛的范圍內(nèi)對金屬進行實時、準確的張力控制。該系統(tǒng)可根據(jù)工藝要求自動切換單雙電機模式，確保每個電機負載的準確分配和動態(tài)補償。2020年，該系統(tǒng)首次安裝到中國寧波寶新不銹鋼有限公司（寶新）的電氣化和控制系統(tǒng)中，優(yōu)化了汽車行業(yè)超薄、超硬、超平整、高質(zhì)量精密不銹鋼的生產(chǎn)。
蝶變，助力客戶實現(xiàn)成功愿景
鄧波認為，冶金廠商成功愿景各不相同，可能包括提質(zhì)增產(chǎn)、節(jié)能減碳、新品開發(fā)或設(shè)備高效維護等單一或多重目標。但無論目標如何，數(shù)字化技術(shù)的改進都能帶來深遠影響。“總體而言，通過硬件升級可以實現(xiàn)節(jié)能降耗，減少碳排放，但這類升級已經(jīng)接近尾聲。”
2023年，ABB在中國發(fā)布了鋼鐵及有色金屬行業(yè)智能制造解決方案。這款強大的數(shù)字化解決方案整合了面向鋼鐵及有色金屬制造應(yīng)用的各類先進控制解決方案、ABB Ability™ System 800xA分布式控制系統(tǒng)和ABB大數(shù)據(jù)分析功能。該軟件包可幫助用戶實現(xiàn)過程控制、流程優(yōu)化、可視化及遠程診斷等功能，同時在整個制造生命周期中不斷從數(shù)據(jù)中發(fā)掘價值。其數(shù)字化控制組合還能提供3D數(shù)字孿生疊加功能，實現(xiàn)效率提升、連續(xù)生產(chǎn)和可靠的質(zhì)量輸出，從而實現(xiàn)智能生產(chǎn)。此外，該方案還提供前瞻性決策支持。
這一強大的數(shù)字化軟件包整合了面向鋼鐵及有色金屬制造應(yīng)用的各類先進控制解決方案、
ABB Ability™ System 800xA分布式控制系統(tǒng)和ABB大數(shù)據(jù)分析功能。ABB供圖
數(shù)字化，讓變革“加速”
鄧波以寧波寶新的新不銹鋼帶鋼生產(chǎn)線為例。這一年產(chǎn)3萬噸的項目“基于智能工廠概念設(shè)計”。他介紹，該項目工期非常緊迫，一支由20名ABB工程師組成的團隊在不到六周的時間就完成了生產(chǎn)線調(diào)試。
該項目將原本獨立的生產(chǎn)調(diào)度、物流控制、工藝設(shè)備和安防中心等單元的主操作室整合在一起，還引入了ACS880直接控制傳動系統(tǒng)、儀表及振動和溫度傳感器來為System 800xA提供數(shù)據(jù)。這種全集成系統(tǒng)的優(yōu)勢包括減少產(chǎn)品厚度波動和斷裂幾率，從而減少設(shè)備需求和功耗，最終降低總生產(chǎn)成本。
擴大增長和創(chuàng)新空間
數(shù)字化有助于全面了解現(xiàn)有工藝流程，分析性能以發(fā)現(xiàn)最優(yōu)和最差參數(shù)組合，并識別改進空間。通過工藝流程的完全集成和監(jiān)測生成數(shù)字記錄，有助于加速新工藝流程的開發(fā)，推動新產(chǎn)品生產(chǎn)。
對此，鄧波進行了進一步說明：“無論開發(fā)新品還是優(yōu)化產(chǎn)品工藝，都是一個錯綜復(fù)雜的過程。首先，技術(shù)人員需要根據(jù)理論知識或?qū)嶒炇覍嶒瀬矶x基本的工藝參數(shù)范圍，然后設(shè)置不同的工藝參數(shù)進行工廠測試，最后收集和分析實驗數(shù)據(jù)。”他補充道，產(chǎn)品生產(chǎn)過程越長，需要收集和分析的數(shù)據(jù)就越多。“在大多數(shù)情況下，很難穩(wěn)定一致地收集和分析數(shù)據(jù)，有時工藝流程之間就存在信息孤島，這使得評估變得更加棘手。”此外，分析流程數(shù)據(jù)還需要技術(shù)人員具備跨領(lǐng)域的測試和設(shè)備操作能力。
“要做出正確研判，”鄧波繼續(xù)說道，“需要將所有這些數(shù)據(jù)正確地統(tǒng)一歸類，這非常困難。”目前的流程耗時且低效，鄧波表示：“我們的系統(tǒng)可以匯總所有必要信息，來描述方案、結(jié)果以及處理方式。你可以進行數(shù)字化調(diào)整并檢查結(jié)果，以創(chuàng)建適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)。這種創(chuàng)新環(huán)境有利于復(fù)雜的產(chǎn)品開發(fā)或工藝優(yōu)化。”
3D數(shù)字孿生為操作人員提供整個工廠工藝流程的可視化。ABB供圖
以模塊化作為數(shù)字化的起點
數(shù)字化，通過模塊化實現(xiàn)可擴展性。鄧波強調(diào)，ABB先進數(shù)字解決方案的“魅力”在于其可以根據(jù)不同的用戶需求輕松定制，“我們的數(shù)字化產(chǎn)品涵蓋從設(shè)備層一直到生產(chǎn)工藝、質(zhì)量和能耗的多種模塊，可以套用到單個或多個工廠。”該方案可擴展的架構(gòu)允許用戶先從關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)入手，并根據(jù)實際需要添加模塊，以獲得更強大的數(shù)字洞察和控制功能。
2021年，中信泰富特鋼集團旗下的青島特殊鋼鐵有限公司希望在其青島工廠的兩臺新型高速線材軋機上引入首套高線數(shù)控制造系統(tǒng)，旨在對產(chǎn)線進行改進，后續(xù)推廣應(yīng)用到整個集團。基于System 800xA平臺的智能操作員平臺解決方案將四個現(xiàn)有操作室整合到一個集控中心。如今，該解決方案促進了更好的協(xié)作和互動，提高了整個工廠的實時運營效率。
為了實現(xiàn)集中控制設(shè)施的異地遷移，青島特鋼選擇了視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)與 ABB成熟的AI圖像識別系統(tǒng)集成，可提供異常生產(chǎn)狀態(tài)警告并與數(shù)字控制邏輯聯(lián)動。另一個優(yōu)勢是提高了操作人員的安全性，因為他們現(xiàn)在無需置身于生產(chǎn)車間。
青島特鋼的跨層數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)采集以及以生產(chǎn)和產(chǎn)品為導(dǎo)向的分析功能。該分析功能目前側(cè)重于設(shè)施的KPI，提供優(yōu)化數(shù)據(jù)配置以提高生產(chǎn)力、質(zhì)量和能效的建議。
打造協(xié)作創(chuàng)新空間
“在我們的職責(zé)中，至關(guān)重要的第一步是了解用戶具體環(huán)境及其痛點，這是協(xié)作創(chuàng)新和聯(lián)合開發(fā)的前提。”鄧波介紹，全新的ABB數(shù)字化解決方案能夠覆蓋日常運營和設(shè)置、各種部門和工藝輸入以及海量歷史數(shù)據(jù)集的分析，聚焦客戶關(guān)心的各類問題。該系統(tǒng)的中央數(shù)字化產(chǎn)品、設(shè)備和實踐還融合了業(yè)內(nèi)專家在故障排查、設(shè)備運維和工藝優(yōu)化方面數(shù)十年的經(jīng)驗。
鄧波表示：“該系統(tǒng)更適合特定生產(chǎn)線和工廠使用的一個優(yōu)勢是，用戶可以利用大數(shù)據(jù)分析平臺的智能大腦來整合和積累公司專家的經(jīng)驗，大大縮短新手摸索工藝參數(shù)優(yōu)化等環(huán)節(jié)耗費的時間。”這種 “無形財富”可通過指定格式不斷記錄和發(fā)掘現(xiàn)有員工的知識，當(dāng)許多熟練工即將退休的時候，讓企業(yè)能夠建立深厚的工藝傳承，而不需要推倒重來，達到“事半功倍”的效果。通過這種方式，諸如生產(chǎn)超精密不銹鋼所需的才華、創(chuàng)造力和工藝開發(fā)經(jīng)驗，將匯成涓涓細流，為冶金行業(yè)的進程指明方向。
欄目介紹
《智造者說》欄目，通過一系列深度訪談，對話ABB過程工業(yè)在冶金、礦山、制漿造紙、大功率整流器、水泥等領(lǐng)域的深耕者、先行者與創(chuàng)新者，探尋如何通過創(chuàng)新產(chǎn)品、先進技術(shù)以及智能化解決方案破解行業(yè)難題，幫助客戶提升效率，助力產(chǎn)業(yè)升級。在這里，聽見制造的聲音，感受智能的力量。
