當前，韓國工業(yè)正致力于將數(shù)字化融入其生產(chǎn)和組織過程，以便在全球化背景下更具競爭力。為了評估公司的價值鏈并利用數(shù)字，數(shù)字化是包括所有部門和運營的完整計劃。需要強調(diào)的一點是，數(shù)字化遠遠不只是將“模擬”數(shù)據(jù)和文檔轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。與之相反，重要的是數(shù)據(jù)交換與管理的整合、高效界面的創(chuàng)建以及業(yè)務活動的鏈接。
在當今的工業(yè)革命中，數(shù)字化轉(zhuǎn)型顯得至關(guān)重要。新一代傳感器、大數(shù)據(jù)、機器學習、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、服務互聯(lián)網(wǎng)、機電一體化和先進機器人、云計算、網(wǎng)絡安全、增材制造、數(shù)字孿生和機器對機器（M2M）通信是一些新的關(guān)鍵使能技術(shù)。數(shù)字技術(shù)可以應用于新工廠，也可以進行修改，與現(xiàn)有設施配合使用。
信息和通信技術(shù)（ICT）系統(tǒng)使得工業(yè)4.0的主要特征（生產(chǎn)系統(tǒng)的實時、互操作性、橫向和縱向一體化）能夠解決很多問題。此外，靈活的生產(chǎn)需要靈活的工作方式，這可以通過教育和終身學習計劃培養(yǎng)的自組織和多任務能力來得以實現(xiàn)。因此，靈活的工作方式至關(guān)重要。
韓國鋼鐵工業(yè)數(shù)字化案例研究
隨著成本壓力增加，環(huán)保監(jiān)管限制加劇以及日益嚴格的產(chǎn)品和服務標準，韓國鋼鐵工業(yè)正在面臨不小的挑戰(zhàn)。因此，在過去幾十年里，韓國鋼鐵工業(yè)一直積極參與一些立法倡議、研發(fā)項目和數(shù)字化相關(guān)專利申報。
1、浦項集團
與工業(yè)4.0相關(guān)的倡議主要包括浦項集團平臺的智能工廠工作組，該工作組發(fā)布了韓國鋼鐵制造路線圖的首個版本，該路線圖涵蓋了更廣泛的利益相關(guān)方，包括工廠制造商和研發(fā)機構(gòu)。浦項集團的使用案例包括以下使能技術(shù)。
物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是互聯(lián)設備的網(wǎng)絡。該術(shù)語是指一個相互連接的世界，在這個世界中，電子傳感器、執(zhí)行器和其他數(shù)字對象被聯(lián)網(wǎng)和鏈接，以收集和共享數(shù)據(jù)。構(gòu)建在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)上的在線監(jiān)控系統(tǒng)共有四層：感知層、網(wǎng)絡層、服務資源層和應用層。這類系統(tǒng)已經(jīng)在一條與Team Center平臺相連的連鑄生產(chǎn)線上進行了構(gòu)建和驗證。
大數(shù)據(jù)和云計算分析：在鋼鐵工業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)在捕獲、存儲、管理和分析海量的有組織和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方面可能會遇到挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)分析是指分析歷史數(shù)據(jù)以檢測質(zhì)量問題并將產(chǎn)品故障降至最低的算法。當前正在利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來監(jiān)測和提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。這項技術(shù)使用新的處理技術(shù)從不同的數(shù)據(jù)類型中提取有意義的信息，并進行數(shù)據(jù)挖掘和分析，從而做出準確決策。通過從生產(chǎn)線上實時收集的數(shù)據(jù)，對鋼坯表面缺陷進行精確預測，這對于實時修改工藝并將其發(fā)生率降至最低至關(guān)重要。主要的問題是正常實例和缺陷實例的樣本往往是不平衡的。有學者提出了一種單類支持向量機分類器（SVM），使用在線收集的工藝數(shù)據(jù)和環(huán)境變量來預測正常情況下的板坯故障發(fā)生率。基于機器學習的方法有助于從現(xiàn)有數(shù)據(jù)中提取有價值的信息和知識，從而為一系列應用創(chuàng)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型，包括材料特性預測和產(chǎn)品故障檢測和識別。云計算在分布式環(huán)境中提供按需計算服務，具有高度的可靠性、可擴展性和可用性。使用這項技術(shù)，一切都作為服務（即XaaS）處理，主要包括SaaS（軟件即服務）、PaaS（平臺即服務）和IaaS（基礎(chǔ)設施即服務）。
機器人輔助制造：這項技術(shù)依靠類人機器人來執(zhí)行組裝和包裝等任務。在過去的幾十年里，隨著工業(yè)行業(yè)對更高的質(zhì)量、更快的交貨時間和降低成本的需求的增加，自動化和機器人的重要性與日俱增。如果借助機器人和自動化技術(shù)對煉鋼廠的現(xiàn)有技術(shù)進行升級改造，鋼鐵產(chǎn)品的表面質(zhì)量會得到顯著改善。
生產(chǎn)線模擬：在鋼鐵工業(yè)中，已經(jīng)開發(fā)出模擬優(yōu)化的方法。開發(fā)決策支持系統(tǒng)的目標是考察對設計和操作進行的可能修改。此外，還使用了新的數(shù)值方法，如鋼鐵工業(yè)建模系統(tǒng)中的無網(wǎng)格法。
自組織生產(chǎn)：這項技術(shù)需要機器的自動協(xié)調(diào)，從而實現(xiàn)設備的最佳使用和產(chǎn)出。自組織生產(chǎn)與分散的解決方案相關(guān)，而不是集中的解決方案。進行了資源、設備和人員的新組合，加之自動化程度的提高，從而實現(xiàn)了對生產(chǎn)網(wǎng)絡的實時管理。
CPS：是一個整合了計算、網(wǎng)絡和物理過程的系統(tǒng)。嵌入式計算機和網(wǎng)絡監(jiān)控以及調(diào)節(jié)物理過程，建立反饋循環(huán)，其中物理過程影響計算，反之亦然。
智能供應網(wǎng)絡：通過監(jiān)控整個供應鏈，可以做出更明智的供應選擇。在為鋼鐵部門開發(fā)供應鏈時，必須考慮許多變量和目標。通過將模型納入整合供應鏈，智能供應網(wǎng)絡自始至終改進了鋼鐵廠的制造過程。
縱向/橫向整合：橫向整合是將價值鏈內(nèi)的資源網(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡整合在一起的過程。縱向整合與未來智能工廠中的網(wǎng)絡化生產(chǎn)系統(tǒng)和定制化客戶制造相關(guān)。
預見性維護：通過遠程監(jiān)控，使得設備在故障發(fā)生前進行維修。預測性維護方法是通過設備監(jiān)控和智能決策過程相結(jié)合的方式而實現(xiàn)的。為了幫助鋼鐵企業(yè)決策和提高競爭力，可以使用機器學習和數(shù)據(jù)挖掘方法從數(shù)據(jù)中提取有用信息，并正確預測結(jié)果。
網(wǎng)絡安全：對于基于互聯(lián)網(wǎng)的服務，應該優(yōu)先考慮該技術(shù)。基于云的生產(chǎn)監(jiān)控的使用案例，展示了基于工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型，以及根據(jù)VDI/VDE指南2182進行網(wǎng)絡安全分析的程序方法。
增強工作、維護和服務：第四個維度是增強現(xiàn)實的應用，支持操作建議、遠程幫助和文檔生成。對于鋼鐵企業(yè)而言，尤其是在優(yōu)化維護服務方面，該技術(shù)具有一定優(yōu)勢。例如，遠程維護可以由虛擬鏈接的服務專業(yè)人員執(zhí)行。這將減少差旅費用和節(jié)省時間，并快速解決問題。
自動駕駛物流車輛：這項技術(shù)完全依賴于自動化運輸網(wǎng)絡。使用智能軟件協(xié)助內(nèi)部物流運作，使企業(yè)能夠優(yōu)化和加快工藝生產(chǎn)。原材料和中間產(chǎn)品的供應和處置，以及成品的去除和副產(chǎn)品的管理如散裝物料或爐渣，都是至關(guān)重要的。通過使用智能運輸控制系統(tǒng)，可以規(guī)劃和管理內(nèi)部運輸訂單，在降低成本的同時提高生產(chǎn)率和服務水平。
知識管理數(shù)字化：由于市場競爭日益激烈，鋼鐵工業(yè)已致力于克服主要的數(shù)字化困難。雖然這一進程已經(jīng)開始，但仍需進行更多改進。在這個主題上，技術(shù)人員的專業(yè)知識和經(jīng)驗是這些改進的基礎(chǔ)。但知識和專長利用的主要障礙包括工作人員中的多樣化分布、人腦的遺忘以及因員工離職而造成的知識損失。
2、現(xiàn)代鋼鐵公司
自2017年以來，現(xiàn)代鋼鐵公司開始升級智能工廠，利用人工智能（AI）和大數(shù)據(jù)來改善鋼鐵廠的生產(chǎn)工藝和技術(shù)。自2019年以來，該公司一直在加速創(chuàng)新管理，推動建立更具發(fā)展?jié)摿Φ摹爸悄芷髽I(yè)”，倡導企業(yè)范圍的智能化。智能企業(yè)是一個概念，它不僅涵蓋了制造和生產(chǎn)，而且在跨工藝的所有部門構(gòu)建智能管理，包括系統(tǒng)和基礎(chǔ)設施。為了達成目標，該公司成立了一個與智能工廠技術(shù)相關(guān)的專門部門，負責研發(fā)和質(zhì)量總部下過程、系統(tǒng)和基礎(chǔ)設施的智能管理。
現(xiàn)代鋼鐵公司智能工廠的一個典型實施案例是利用大數(shù)據(jù)進行廢鋼管理。廢鋼是電弧爐操作的原料，是電弧爐煉鋼的第一道工序。電弧爐操作是利用高溫電弧熱和電流流經(jīng)電極進行煉鋼過程。過去，在管理和儲存廢鋼時，不可避免地會出現(xiàn)不同等級的原材料混合的情況。因此，很難準確掌握實際操作時投入的廢鋼的等級和數(shù)量。為此，該公司在電弧爐中引入了一個基于大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，還在原材料倉庫內(nèi)設置了輕量化設備，將廢鋼按等級劃分，并在電子地圖上詳細展示，并在運載廢鋼的起重機上安裝了激光傳感器，以便在電子地圖上實時顯示起重機的位置。從原材料倉庫轉(zhuǎn)移、儲存和裝料的所有廢鋼，相關(guān)等級和信息都會自動輸入電子地圖并作為數(shù)據(jù)積累。這種大數(shù)據(jù)系統(tǒng)也可以根據(jù)質(zhì)量預測和分析所需的廢鋼數(shù)量。從而在短期內(nèi)減少不必要的廢鋼投入，并有效地改善整體運營過程，從長遠來看，可以預測未來的產(chǎn)品質(zhì)量。
認識到人力資源開發(fā)對于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要性，現(xiàn)代鋼鐵公司計劃將信息和通信技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員培訓擴大到所有部門，在高級統(tǒng)計和機器學習領(lǐng)域著力培養(yǎng)專家，這對人工智能至關(guān)重要。作為該計劃的一部分，“數(shù)字轉(zhuǎn)型學院”已經(jīng)投入運行。
即使工藝已實現(xiàn)部分自動化，也有可能更好地優(yōu)化整個鋼鐵制造鏈。因此，韓國鋼鐵工業(yè)將更好地為工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型做好準備。通過在線調(diào)整和優(yōu)化實現(xiàn)工藝數(shù)字化，有助于提高工藝的靈活性和可靠性，通過使用數(shù)字技術(shù)提高產(chǎn)量并提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低維護工作量。為了產(chǎn)生更大的影響，此舉還有助于提高能源效率，同時改善監(jiān)測和控制運營的環(huán)境績效。
從長遠來看，數(shù)字化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是沿三個維度整合所有系統(tǒng)和生產(chǎn)單元：縱向（從傳感器到ERP系統(tǒng)）、橫向（橫跨整個生產(chǎn)鏈）、生命周期整合（跨越整個工廠的生命周期，從建設到退役）以及全盤整合（基于鋼鐵生產(chǎn)鏈期間做出的決定，綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境等方面）。為了提供跨學科能力，數(shù)字化進程需要基于跨學科團隊、跨任務和跨思維的工作模式。全新的IT、自動化和優(yōu)化技術(shù)可能會更快取得這些成就。另外，通過設備監(jiān)控和智能決策方法實施預測性維護程序也是可能的。同樣基于ML的數(shù)據(jù)挖掘方法可以在這種情況下用于預測維護工作并對其進行調(diào)度。最后，知識管理也是數(shù)字化過程中的一個關(guān)鍵組成部分。
單個生產(chǎn)單元的優(yōu)化和整個生產(chǎn)鏈的互動是韓國鋼鐵工業(yè)數(shù)字化未來愿景的一部分。因此，今后可以實現(xiàn)最高級別的質(zhì)量、靈活性和生產(chǎn)力?？梢灶A見，數(shù)字化應用將在未來將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。通過持續(xù)改進、優(yōu)化、數(shù)據(jù)同步、零缺陷生產(chǎn)、可追溯、智能化和集成化制造等方法，最終實現(xiàn)自適應在線控制。
未來幾年，要想成功實施數(shù)字化，韓國鋼鐵工業(yè)還將面臨諸多挑戰(zhàn)，比如標準化系統(tǒng)和協(xié)議，更好地組織工作場所和雇傭更多高技能工人，以及進行投資和必要的可行性研究，從而找到合適的框架。數(shù)字化的結(jié)果是，工業(yè)和經(jīng)濟有望真正受益于生產(chǎn)率的提升。提及數(shù)字化對工業(yè)勞動力的影響時，新技術(shù)有可能創(chuàng)造就業(yè)機會，同時也讓工人獲得更好的資歷。盡管如此，由于許多原因，中期內(nèi)還會發(fā)生一些變化，這些變化將對工業(yè)勞動力產(chǎn)生影響。此外，鋼鐵工業(yè)必須在法定范圍內(nèi)運營，以維持其長期生存能力。能源消耗的上升趨勢以及采用低碳能源系統(tǒng)的迫切需要，為鋼鐵工業(yè)應用數(shù)字技術(shù)提供了挑戰(zhàn)，這些技術(shù)可能有助于應對環(huán)保法規(guī)限制。預計在未來幾年內(nèi)，金屬和采礦業(yè)可以消除所有浪費和排放，同時資源消耗僅為一半。使用數(shù)字技術(shù)有助于提高可持續(xù)性績效，設計應該考慮到工業(yè)可持續(xù)性需求和可行性的工藝，并允許測試新的商業(yè)模式。減少排放和提高能源效率可以實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟范式，而采用高性能的部件、機器和機器人將有利于優(yōu)化材料和能源的使用。
