一、研究的背景與問題

“工業(yè)4.0”是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System) 相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。在“工業(yè)4.0”背景下，根據(jù)中央提出東北振興精神和遼寧省落實(shí)做好三篇大文章的要求，建龍集團(tuán)大力推進(jìn)智能制造。

撫順新鋼鐵以“產(chǎn)城融合發(fā)展的典范、智能制造的先行者、綠色發(fā)展的踐行者、建筑業(yè)綜合服務(wù)平臺(tái)的主導(dǎo)者”四大發(fā)展戰(zhàn)略，為實(shí)現(xiàn)東北老工業(yè)基地全面振興、全方位振興而努力。從2018年6月至2019年5月，撫順新鋼鐵通過整合型數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)建設(shè)和復(fù)制與開發(fā)，在不斷豐滿完善的基礎(chǔ)之下, 管理人員和工程師更愿意追求“更全面,更系統(tǒng),更有效率”地針對各自的專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)分析與管理。在圍繞提升效率、提升能力、提升裝備水平進(jìn)而實(shí)現(xiàn)效益的提升推進(jìn)全流程鋼鐵企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，存在一下問題：

1、員工數(shù)字化能力不足

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推動(dòng)，企業(yè)經(jīng)營管理有了大量系統(tǒng)、全面的數(shù)據(jù)做支撐、提供參考，進(jìn)而對“執(zhí)行力、查找異常、反應(yīng)速度、部門聯(lián)動(dòng)”也提出了更高的要求，此時(shí)員工能力是否能有力支撐管理則顯得愈加重要。撫順新鋼鐵屬于傳統(tǒng)冶金企業(yè)，員工對數(shù)字化轉(zhuǎn)型、精細(xì)化工具、崗位融合、集控的理解能力不足。

2、復(fù)合型的專業(yè)鋼鐵信息技術(shù)人員供應(yīng)十分有限

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中,需要復(fù)合型的專業(yè)鋼鐵信息技術(shù)人員來支撐。從現(xiàn)有的人員及外招的潛力來看十分有限，業(yè)務(wù)不懂IT，IT不懂業(yè)務(wù)。

3、數(shù)據(jù)應(yīng)用不足，數(shù)字價(jià)值發(fā)揮不充分

鋼鐵行業(yè)每天產(chǎn)生和利用大量數(shù)據(jù)，比如生產(chǎn)、能源、質(zhì)量、安全、環(huán)保等?，F(xiàn)場一級(jí)系統(tǒng)里面蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)如EMS、ERP，但是沒有將數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，沒有充分發(fā)揮數(shù)字的價(jià)值。

4、結(jié)果性與驅(qū)動(dòng)性數(shù)據(jù)的集成與解析機(jī)制有待建立

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能企業(yè)包括數(shù)據(jù)資產(chǎn)的規(guī)劃和治理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)的獲取和儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)資產(chǎn)的共享和協(xié)作、業(yè)務(wù)價(jià)值的探索和挖掘、數(shù)據(jù)服務(wù)的構(gòu)建和治理、數(shù)據(jù)服務(wù)的度量和運(yùn)營（迭代）六個(gè)部分。同時(shí)基于冶金工程流程的“制造流程-單元工序-單元操作”集成和解析的關(guān)系有待建立。

針對這些問題，撫順新鋼鐵利用企業(yè)現(xiàn)有資源組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，自主研發(fā)了一種融合業(yè)務(wù)、組織與冶金流程的新一代集控中心，并不斷持續(xù)迭代優(yōu)化。

二、解決問題的思路與技術(shù)方案

1、總體思路

全流程鋼鐵企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程圍繞提升效率、提升能力、提升裝備水平進(jìn)而實(shí)現(xiàn)效益的提升進(jìn)行推進(jìn)。以集控中心建設(shè)與功能創(chuàng)新方案、集調(diào)與關(guān)鍵集中控制技術(shù)方案、組織機(jī)構(gòu)與專業(yè)管理創(chuàng)新方案、IT技術(shù)方案為依托，研發(fā)一種融合業(yè)務(wù)、組織與冶金流程的新一代集控中心。

集控中心：以人為中心、以效率為目標(biāo)，對崗位、管理、流程功能進(jìn)行重構(gòu)，形成一體化操控和運(yùn)營中心。

目標(biāo)：打造極致高效、極致安全的工廠。

2019年系統(tǒng)開發(fā)數(shù)量累計(jì)93個(gè)，涉及高爐、燒結(jié)、豎爐、煉鋼、軋鋼、質(zhì)量、設(shè)備、能源、生產(chǎn)、安環(huán)、財(cái)務(wù)、對標(biāo)、供應(yīng)、銷售、執(zhí)行力知識(shí)管理等14個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，其中約50%的系統(tǒng)開發(fā)工作由工程師和編程人員共同開展，約66%員工應(yīng)用系統(tǒng)工具支撐日常管理。

圖1撫順新鋼鐵智造管控平臺(tái)架構(gòu)

系統(tǒng)管理平臺(tái)如下圖2所示：

圖2撫順新鋼鐵智造管控平臺(tái)

2、技術(shù)方案

（1）集控中心建設(shè)方案。集控中心共分為四層，一層為集控集調(diào)中心；二層為鐵前、鋼后、制造責(zé)任工程師區(qū)域；三層為精細(xì)化工作室及專案改善區(qū)；四層為數(shù)據(jù)中臺(tái)、機(jī)器人等前沿技術(shù)研發(fā)區(qū)。

基于冶金流程工程的理念，打破傳統(tǒng)部門邊界，以協(xié)同性、專業(yè)性及未來性為原則，將公司專業(yè)工程師序列重新論證優(yōu)化為制造、工藝、質(zhì)量、設(shè)備、工程、安全、環(huán)保、工業(yè)工程與數(shù)字化等8大專業(yè)類別，進(jìn)行重新競聘上崗。以集控中心二樓為例，雖分鐵前、鋼后、制造區(qū)域，但各區(qū)域不是按照傳統(tǒng)的組織機(jī)構(gòu)劃分，而是按專業(yè)劃分，如鐵前區(qū)域安排煉鐵廠、財(cái)企處、技術(shù)處等鐵前相關(guān)工作的工程師一起辦公。

圖3 集控中心功能

（2）集中調(diào)度與集控技術(shù)方案。集中調(diào)度與關(guān)鍵集中控制技術(shù)方案累計(jì)制定334項(xiàng)，其中集控類方案66項(xiàng)，崗位融合類53項(xiàng)，系統(tǒng)需求類215項(xiàng)。

（3）基于集控需求的自動(dòng)化提升方案。涵蓋基于集控需求的設(shè)備配備、5G網(wǎng)絡(luò)布線、電纜光纜融纖及運(yùn)行調(diào)試等。以煉鐵動(dòng)力作業(yè)區(qū)自動(dòng)化提升方案為例：

圖4 煉鐵廠動(dòng)力作業(yè)區(qū)自動(dòng)化提升方案

（4）基于關(guān)聯(lián)程度分析確定集控集調(diào)崗位。集調(diào)、集控規(guī)劃方面，首先對集控崗位關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行分析:

圖5 集控崗位關(guān)聯(lián)程度分析

上圖中1表示偶爾聯(lián)系、2表示經(jīng)常聯(lián)系、3表示頻繁聯(lián)系，最終得出結(jié)論集控維度關(guān)聯(lián)度高的是：總調(diào)度室、煉鐵調(diào)度和物流調(diào)度；生產(chǎn)維度關(guān)聯(lián)度高的是：高爐和上料；輔助工序關(guān)聯(lián)度高的是：水泵和鍋爐。

3、 IT技術(shù)方案

涵蓋數(shù)據(jù)中臺(tái)、服務(wù)器、知識(shí)圖譜、5G技術(shù)四項(xiàng)方案。

（1）數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)方案。數(shù)據(jù)中臺(tái)的價(jià)值：數(shù)據(jù)中臺(tái)為集控中心提供數(shù)據(jù)支撐?？蓪?shí)現(xiàn)鏈接PLC傳感器，實(shí)時(shí)采集納秒級(jí)數(shù)據(jù)；對GB級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合運(yùn)算；生產(chǎn)控制指令下發(fā)反饋鏈路超低延時(shí)；全局檢索速度快等功能。數(shù)據(jù)中臺(tái)作為企業(yè)級(jí)能力復(fù)用平臺(tái)，提供全局?jǐn)?shù)據(jù)“存”、“通”、“用”解決方案。

數(shù)據(jù)中臺(tái)通過西門子WinCC OA收集設(shè)備數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目是鋼鐵行業(yè)中首個(gè)實(shí)踐并準(zhǔn)備大規(guī)模通過WinCC OA采集設(shè)備數(shù)據(jù)的公司。

作為數(shù)據(jù)采集層的WinCC OA,起到了工廠數(shù)據(jù)承上啟下的作用，從行業(yè)應(yīng)用來說，Wincc OA主要集中在石油天然氣，軌道交通，水處理，電力調(diào)度和能源行業(yè)等，也開始在其他某冶金設(shè)計(jì)院工程公司給其他鋼鐵企業(yè)作為采數(shù)解決方案。

圖6 數(shù)據(jù)采集方案

（2）服務(wù)器技術(shù)方案。包括數(shù)據(jù)中臺(tái)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、視頻服務(wù)器。

（3）知識(shí)圖譜技術(shù)方案。知識(shí)圖譜就是把所有不同種類的信息（Heterogeneous Information）連接在一起而得到的一個(gè)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。

例如在集控中心智能燃燒系統(tǒng)中，我們將設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系繪制成知識(shí)圖譜，運(yùn)用圖數(shù)據(jù)引擎將時(shí)間序列數(shù)據(jù)以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型展示出來，以發(fā)現(xiàn)在關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫難以發(fā)現(xiàn)的隱藏趨勢。以便后續(xù)通過AI機(jī)器學(xué)習(xí)等方式，智能分析潛在優(yōu)化/風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，本技術(shù)由新鋼鐵與伯克利大學(xué)共同研究開展。

圖7知識(shí)圖譜系統(tǒng)畫面

（4）5G技術(shù).目前公司5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋7個(gè)云基站，實(shí)現(xiàn)全廠網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，部分場景采用5G云基站進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用。

圖8公司5G宏站及首批CPE部署位置示意圖

5G應(yīng)用場景方面：正在不斷推進(jìn)與完善。其中軋鋼廠高線生產(chǎn)線上線了4組5G智能振動(dòng)傳感器。以此為基礎(chǔ)，利用5G高帶寬，低時(shí)延的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)公司主體設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與設(shè)備狀態(tài)預(yù)判，甚至可以實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修。

三、主要?jiǎng)?chuàng)新性成果

一種融合業(yè)務(wù)、組織與冶金流程的新一代集控中心項(xiàng)目屬于冶金裝備、建設(shè)與自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，自2018年6月以來，撫順新鋼鐵以“集中控制、冶金協(xié)同、專業(yè)融合”為基本精神，分別從應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、集中調(diào)度與關(guān)鍵集中控制崗位梳理、責(zé)任工程師的管理維度與需求梳理以及集控中心建設(shè)四大方面進(jìn)行推進(jìn)，其中集控中心建設(shè)分為項(xiàng)目確定、前期籌備、集控評估、集控建設(shè)、集控投運(yùn)五個(gè)階段。在2021年1月12日，撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司智造中心正式投運(yùn)，該項(xiàng)目是目前集團(tuán)首家、國際領(lǐng)先的全流程集成一體化管控中心。

本項(xiàng)目技術(shù)成果主要包含集控中心建設(shè)與功能創(chuàng)新方案、集調(diào)與關(guān)鍵集中控制技術(shù)方案、組織機(jī)構(gòu)與專業(yè)管理創(chuàng)新方案以及涵蓋數(shù)據(jù)中臺(tái)、服務(wù)器、知識(shí)圖譜、5G的技術(shù)方案等技術(shù)成果。首創(chuàng)并建成了一種融合業(yè)務(wù)、組織與冶金流程的新一代集控中心，主要有三大創(chuàng)新：

1、基于生產(chǎn)調(diào)度與管理、工序及界面控制，構(gòu)建了冶金全流程及雙層組織架構(gòu)全要素的數(shù)字孿生虛擬與現(xiàn)實(shí)協(xié)同的一體化集控中心。建立了“數(shù)據(jù)采集-實(shí)時(shí)分析-智慧決策-反饋賦能”的技術(shù)架構(gòu)，開發(fā)了跨工序數(shù)據(jù)融合、耦合計(jì)算、智能聯(lián)動(dòng)的一系列數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了各生產(chǎn)作業(yè)單元從傳統(tǒng)的分散管控向一體化管控的轉(zhuǎn)變。

2、應(yīng)用數(shù)據(jù)中臺(tái)、知識(shí)圖譜、WINCCOA、5G等技術(shù)，建立了信息高度融合和扁平化架構(gòu)的大數(shù)據(jù)中心，支撐了大量計(jì)算任務(wù)的高效運(yùn)行，為智能決策及控制賦能奠定了基礎(chǔ)。建立了以智能控制架構(gòu)、安全控制系統(tǒng)、三電綜合保障技術(shù)為核心的集控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、跨工序的大規(guī)模遠(yuǎn)距離安全集中操作控制。

3、實(shí)現(xiàn)了冶金全流程生產(chǎn)組織的扁平化變革，創(chuàng)新了管控模式。102個(gè)控制室整合為1個(gè)，操作崗位精簡37%，5個(gè)一級(jí)單位整合為制造管理部，創(chuàng)新了生產(chǎn)組織模式，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

四、應(yīng)用情況與效果

項(xiàng)目實(shí)施后在組織機(jī)構(gòu)優(yōu)化方面、現(xiàn)場控制室優(yōu)化、現(xiàn)場控制崗位人員優(yōu)化以及主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面取得一定效果，具體如下：

1、組織機(jī)構(gòu)優(yōu)化方面

圖9 組織機(jī)構(gòu)優(yōu)化圖

2021年一級(jí)機(jī)構(gòu)較2018年優(yōu)化9個(gè)，優(yōu)化比率為44%。其中原能源中心、設(shè)備處、制氧廠、生產(chǎn)處、運(yùn)輸中心合并為制造管理部，銷售處、供應(yīng)處合并為經(jīng)營中心。同時(shí)二級(jí)機(jī)構(gòu)優(yōu)化13個(gè)，優(yōu)化比率為18%；一級(jí)正主管定員優(yōu)化7人，優(yōu)化比率為44%；一級(jí)副主管定員優(yōu)化11人，優(yōu)化比率為41%；二級(jí)正主管定員優(yōu)化11人，優(yōu)化比率為16%；二級(jí)副主管定員優(yōu)化22人，優(yōu)化比率為36%。

2、現(xiàn)場控制室及控制崗位人員優(yōu)化

各工序控制系統(tǒng)集中控制后，已實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制室數(shù)量優(yōu)化102個(gè)，優(yōu)化比例58.29%，預(yù)計(jì)2022年控制室數(shù)量優(yōu)化118個(gè)，優(yōu)化比例67.43%。各工序控制系統(tǒng)集中控制后，已實(shí)現(xiàn)控制崗位人員優(yōu)化84人，優(yōu)化比例37%，預(yù)計(jì)2022年控制崗位人員優(yōu)化95人，優(yōu)化比例41.85%。

3、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益

集控中心項(xiàng)目實(shí)施后，在原料績效、生產(chǎn)績效、能源績效以及人均勞效方面實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，其中原料績效27300萬元、生產(chǎn)績效13046萬元、能源績效20679萬元、人均勞效997萬元，合計(jì)6.2億元。

集控中心項(xiàng)目推動(dòng)實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益，一是通過新一代集控中心建設(shè)，公司各爐窯智能燃燒系統(tǒng)、能源分析系統(tǒng)可降低能耗3%-22%，可減少碳排放量，為公司的“雙碳”目標(biāo)添加數(shù)字助力。二是通過工作環(huán)境改變，提升了員工工作的幸福感和獲得感，滿足了員工對美好生活的向往，提升了企業(yè)的人才吸引力和可持續(xù)競爭力。從大學(xué)生離職率指標(biāo)來看，由原來的40%-50%的平均水平已下降到0%。

圖10 撫順新鋼鐵大學(xué)生離職率趨勢分析

在推廣應(yīng)用方面，一方面已與阿城鋼鐵、建龍哈軸進(jìn)行推廣合作，已同福建龍鋼、金鼎鋼鐵、紫竹鋼鐵達(dá)成合作意向；另一方面麥肯錫主動(dòng)提出與新鋼鐵合資共建鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，為整個(gè)行業(yè)探索前進(jìn)的道路。