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2016年6月，寶鋼集團與西門子股份公司在北京正式簽署《寶鋼與西門子智慧制造（工業(yè)4.0）戰(zhàn)略協(xié)議》，基于開放平臺建設(shè)數(shù)字化鋼鐵工廠。

西門子與寶鋼，中德最具傳奇色彩的兩大工業(yè)巨頭再次攜手，廣受世界矚目。歷經(jīng)四十年風(fēng)雨的寶鋼在數(shù)字化浪潮襲來之際尋求新的突破口。而西門子像是一位心意相通的老朋友，一路走來，沐風(fēng)櫛雨，同舟共濟。

老朋友，新目標(biāo)

走進寶鋼上海寶山基地，歷史滄桑感和現(xiàn)代工業(yè)氣息撲面而來。四十年前從國外引進的料鐘和高爐風(fēng)口仍靜靜佇立在一號高爐紀(jì)念廣場上，似乎訴說著過去的崢嶸歲月。讓人意外的是，鋼筋水泥的包圍下竟有一個綠意盎然的寶鋼動物園，一群群孔雀和梅花鹿在這里閑庭信步，繁衍生息，充當(dāng)起工廠環(huán)境監(jiān)測的“哨兵”。

寶鋼股份上海總部

隨著經(jīng)濟下行風(fēng)險加劇，勞動力成本上升，鋼鐵工業(yè)在“料峭寒冬”中前行。而經(jīng)濟的可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展對于產(chǎn)品質(zhì)量和性能的要求不斷提高，特別是“城市工廠”的命題如何破解給鋼鐵企業(yè)帶來了全新挑戰(zhàn)。

作為行業(yè)領(lǐng)軍者的寶鋼同樣面臨著勞動力成本劣勢和部分設(shè)備低能效的“痛點”。而隨著寶鋼與武鋼的強強聯(lián)合，規(guī)模擴大的同時，制造管理效率亟待加強。寶鋼希望繼續(xù)保持全球競爭力，途經(jīng)便是實現(xiàn)制造的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，而首選的合作伙伴便是西門子。

用曾任寶鋼集團董事長的徐樂江的話說，“世界領(lǐng)先的鋼鐵企業(yè)和世界領(lǐng)先的自動化、信息化企業(yè)理應(yīng)攜手探索出智能制造的路徑和標(biāo)準(zhǔn)，為鋼鐵產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供示范，也為中德合作樹立標(biāo)桿。”

但寶鋼的數(shù)字化征途與大多數(shù)企業(yè)不同。一方面，寶鋼早已具備很高的自動化和信息化水平。早在30年前，寶鋼就已開始使用企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。上世紀(jì)九十年代，寶鋼的工人已有很高的專業(yè)素養(yǎng)，且90%以上已經(jīng)在寬敞明亮的計算機中控室里工作。但其工序和工序之間、上下游之間、運維、物流、許多單體設(shè)備以及細(xì)分環(huán)節(jié)還有很大的空間，可以進一步提升勞動生產(chǎn)率和能效。

另一方面，當(dāng)許多企業(yè)還未厘清“工業(yè)4.0”的概念時，寶鋼已在有策略、有步驟地持續(xù)投入，并形成了專門的組織架構(gòu)和團隊，以戰(zhàn)略的眼光去嘗試和探索。正如現(xiàn)任寶武集團董事長陳德榮強調(diào)的，未來的項目需要以智能制造的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

“這對西門子是一大挑戰(zhàn)，但也是難得的機遇。只有與強大的伙伴同行，我們才能實現(xiàn)飛躍。西門子想要的不只是訂單，還有經(jīng)驗和價值創(chuàng)造。”西門子中國過程工業(yè)與驅(qū)動集團寶武西門子聯(lián)合探索工業(yè)4.0項目負(fù)責(zé)人陳江寧表示。

“我們和寶鋼深度合作，抓住薄弱環(huán)節(jié)，從藍(lán)圖規(guī)劃到可行性研究，定義了12個研究模塊，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)和增強現(xiàn)實等最新技術(shù)，由點及面地探索鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化企業(yè)的路徑和方向。”他補充道。

數(shù)據(jù)：粹煉鋼鐵業(yè)核心價值

根據(jù)寶武和西門子的共同規(guī)劃，雙方短期目標(biāo)是在2016年以“1580熱軋智能車間”為基礎(chǔ)實施先導(dǎo)項目落地，中期目標(biāo)是在2~3年內(nèi)建立并完善鋼鐵行業(yè)“智能制造（工業(yè)4.0）”框架，協(xié)助寶武開展方案策劃和實踐。而長期目標(biāo)則是建立產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，與其他行業(yè)一起探索“智能制造”的商業(yè)化模式。

據(jù)陳江寧介紹，前兩個目標(biāo)已經(jīng)基本達(dá)成，很多子項目已經(jīng)或正在系統(tǒng)化地落地實施。

作為第一個“試驗田”的熱軋1580產(chǎn)線投產(chǎn)于上世紀(jì)九十年代，年產(chǎn)熱軋卷400萬噸。產(chǎn)線的自動化和信息化基礎(chǔ)較好，但與世界一流水平相比，在產(chǎn)品質(zhì)量和關(guān)鍵消耗指標(biāo)等方面仍有一定差距。

為此，西門子團隊利用工廠工程設(shè)計和管理軟件COMOS，為產(chǎn)線的關(guān)鍵機架設(shè)備建立了數(shù)字化模型，通過“數(shù)字化雙胞胎”幫助儀表、機械和電氣等不同專業(yè)的人員協(xié)同工作，實現(xiàn)精細(xì)化運維。而西門子控制器和無線射頻識別技術(shù)（RFID）讓智能機器人有了“智慧的大腦”，自動完成為軋輥補充潤滑油的任務(wù)，不僅提高了補油作業(yè)的精準(zhǔn)度和效率，杜絕人工操作的安全隱患，也降低了勞動力成本。而西門子全集成自動化系統(tǒng)（TIA）的應(yīng)用則幫助主軋電機的冷卻風(fēng)機提升能效，投資當(dāng)期收回。

西門子技術(shù)支持的軋輥補油機器人

隨著版圖的擴大，寶武的生產(chǎn)基地遍及上海、武漢、湛江、南京、烏魯木齊和韶關(guān)等地，如何實現(xiàn)多基地的高效運維成為了新的課題。西門子以COMOS和Walkinside等軟硬件支持寶鋼打造虛擬遠(yuǎn)程運維平臺，實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控和診斷，以及故障預(yù)警和設(shè)備壽命預(yù)測，為工廠全生命周期的運維提供支持。

目前，該平臺在1580熱軋車間試點情況良好，報警準(zhǔn)確率超過80%，趨勢性故障漏報為零。雙方也正積極探索西門子基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)MindSphere與之對接。

大塊頭有大智慧

而在寶鋼位于南京的梅山基地，數(shù)字化技術(shù)正讓一臺臺笨重的大型起重機變得“身姿輕盈”。

在梅鋼第一煉鋼廠，工作人員在20米高空中的駕駛室輕輕按下“確認(rèn)鍵”，看似笨拙的250噸起重機就像長了“火眼金睛”一般，自動避開障礙物，靈巧地把一爐1600多攝氏度的滾燙鋼水高高吊起，到達(dá)目標(biāo)位置，再來個90度“前空翻”，一滴不漏地把鋼水澆筑到模具當(dāng)中。

在過去，“吊鋼水”全靠經(jīng)驗豐富的資深操作員，他們往往高度緊張、手忙腳亂，稍有半點差池便可能造成難以挽回的損失。也正因其高難度和高風(fēng)險性，“鋼包吊”長期被視為起重機智能化領(lǐng)域難以觸碰的“禁區(qū)”。

西門子攜手梅鋼和太原重工集團，敢為人先，率先打破“禁區(qū)”，打造出中國首臺智能化液態(tài)熔融金屬吊運行車，填補了行業(yè)內(nèi)一項長期的空白。自2018年3月27日成功投運以來，這個“聰明”的大家伙始終保持平穩(wěn)運行。

中國首臺智能化液態(tài)熔融金屬吊運行車運行良好

這臺智能起重機是基于西門子Simocrane工藝平臺打造，集成了防搖控制系統(tǒng)等智能軟件和PLC、變頻器、無線通訊設(shè)備等自動化硬件。它能夠通過智能算法，實現(xiàn)最優(yōu)路徑，將鋼水包精確運達(dá)指定位置，全程無需人工干預(yù)，一鍵巡航。它整套動作行云流水，儼然一個身懷絕技的“武林高手”。這不僅大大降低了操作人員的勞動強度，也提高了作業(yè)安全性、穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

此外，西門子解決方案還提供眾多附加價值。例如CeNit直線運行控制器具備自動糾偏功能，減少對起重機鐵輪和鋼軌的磨損，降低維護成本。而主動型電源模塊（ALM）則大幅度地實現(xiàn)了能量回饋。起重機管理系統(tǒng)（CMS）和遠(yuǎn)程起重機管理系統(tǒng)（RCMS）將設(shè)備產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為智能數(shù)據(jù)。一旦設(shè)備發(fā)生故障，即使是毫無經(jīng)驗的維護人員在系統(tǒng)指導(dǎo)下也能迅速定位故障位置，在最短時間內(nèi)解決問題。

揚帆起航

“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”。盡管有著堅實的起步，寶鋼和西門子的數(shù)字化愿景將不會一蹴而就。雙方共同的長遠(yuǎn)構(gòu)想是要建立一個全透明的數(shù)字化鋼廠，逐步在數(shù)字化空間里建設(shè)一個與現(xiàn)實并行一致的虛擬工廠，實現(xiàn)快速響應(yīng)并滿足個性化需求，且交付高品質(zhì)產(chǎn)品的制造模式，運維模式則實現(xiàn)從事后處理到事先預(yù)防的轉(zhuǎn)變。

這一美好愿景可在建設(shè)中的寶武集團新型炭材料工廠初見端倪。這座嶄新的數(shù)字化工廠將形成鋰電池負(fù)極材料、電爐煉鋼超高功率電極、碳纖維制品三大產(chǎn)業(yè)鏈，尤其電爐煉鋼是鋼鐵工業(yè)的未來發(fā)展方向。

在這里，用于工程文檔管理的西門子COMOS系統(tǒng)和保障安全穩(wěn)定生產(chǎn)的Simatic PCS7系統(tǒng)高度集成，實現(xiàn)從“數(shù)字化設(shè)計”到“數(shù)字化交付”，讓設(shè)計數(shù)據(jù)直接應(yīng)用于DCS工程階段，大大縮短系統(tǒng)組態(tài)和文檔檢索時間。西門子基于“縱深防御”理念的態(tài)勢感知工控安全解決方案能幫助工廠保護信息安全和網(wǎng)絡(luò)防護，支持多基地協(xié)同運維。不僅如此，人工智能、邊緣計算、增強現(xiàn)實和工業(yè)云等前瞻性科技都有計劃在這里落地開花。

通過這些已經(jīng)實施和正在探索的新技術(shù)，西門子預(yù)計將幫助工廠降低不合格品率28%，提升運營效率30%，延長設(shè)備有效作業(yè)時間35%。

不僅如此，雙方還在智能制造標(biāo)準(zhǔn)的研究和數(shù)字化人才培養(yǎng)方面取得了豐碩的成果。在過去兩年間，雙方不僅組織了100多場培訓(xùn)和技術(shù)交流，西門子還與寶武人才院攜手探索智能制造人才的系統(tǒng)化培養(yǎng)，并與寶鋼技術(shù)一起為智能制造國家標(biāo)準(zhǔn)的制定作出貢獻。

而用曾任寶鋼股份有限公司董事長的戴志浩的話說，“西門子在寶鋼建設(shè)階段、擴張階段，以及新時代均有卓越的貢獻。”

可以說過去四十年是寶鋼從無到有、開創(chuàng)奇跡的四十年，是寶鋼與西門子風(fēng)雨同舟、并肩奮進的四十年，更是中國鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的四十年。在數(shù)字化浪潮奔騰而來的今天，人們有理由相信，西門子與寶鋼這對志氣相投的老朋友將繼續(xù)攜手同行，譜寫鋼鐵工業(yè)新的奇跡。

摘自《自動化博覽》2019年1月刊