那么，“十四五”時期，鋼鐵行業(yè)如何實現(xiàn)在智能化、綠色化領(lǐng)域更高質(zhì)量的發(fā)展？圍繞這一話題，日前，中國金屬學(xué)會理事長、中國工程院院士干勇在接受《中國冶金報》記者采訪時，深入解讀了鋼鐵行業(yè)智能化、綠色化發(fā)展現(xiàn)狀，并指出了鋼鐵行業(yè)在智能化、綠色化領(lǐng)域存在的問題及突破的方向。
工藝、生產(chǎn)、管理的智能化須同步進(jìn)行
“智能制造將是‘十四五’時期流程制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的主要抓手和轉(zhuǎn)型升級的主要路徑。中國已經(jīng)成為全球治金生產(chǎn)中心和消費中心，應(yīng)進(jìn)一步成為全球治金教育中心和研發(fā)中心。時代呼喚著中國鋼鐵向智能化、綠色化發(fā)展，中國將引領(lǐng)全球冶金技術(shù)的發(fā)展。”干勇指出。
“智能制造是先進(jìn)信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)深度融合的大系統(tǒng)，是由智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)及智能產(chǎn)業(yè)模式（產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈的智能化）三大功能系統(tǒng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)這一支撐系統(tǒng)集合而成的大系統(tǒng)。”干勇如此定義智能制造。
對鋼鐵行業(yè)而言，智能制造的實踐主要體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝的智能化上。據(jù)他介紹，鋼鐵企業(yè)工藝智能化的內(nèi)涵極其豐富，主要體現(xiàn)在以下方面：一是建立融合工藝機理與生產(chǎn)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計規(guī)律的復(fù)合調(diào)控模型，提高對生產(chǎn)過程精準(zhǔn)控制的水平。二是深入研究基于鋼廠智能化的傳輸現(xiàn)象，形成適用于鋼廠智能化的傳輸理論，指導(dǎo)鋼廠智能化生產(chǎn)運行。三是深入研究開發(fā)可靠性強的在線測試技術(shù)與裝置，借助復(fù)合調(diào)控模型，實現(xiàn)對全流程運行效果的實時監(jiān)測與閉環(huán)調(diào)控，提高對流程運行狀態(tài)的控制水平。四是擴(kuò)大對單體工序工藝參數(shù)及過程控制參數(shù)的監(jiān)測、信號采集、傳輸?shù)茸詣踊夹g(shù)及基礎(chǔ)自動化設(shè)備的應(yīng)用范圍。五是完善與流程制造業(yè)智能化相匹配的控制理論和算法，以及發(fā)展儀器儀表、計算機控制、軟件編程、大數(shù)據(jù)分析和其它信息技術(shù)，推動流程制造業(yè)智能化升級。
鋼鐵企業(yè)如何實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化？面對《中國冶金報》記者這一提問，干勇給出了以下幾點建議：
一是構(gòu)建實時感知、數(shù)字化及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，及時采集產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、加工精度和設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)，與訂單、工序、人員進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行全程追溯。二是開發(fā)復(fù)雜條件下的特殊圖像處理技術(shù)。三是建立高精度復(fù)合模型或仿真中心，以及全流程一體化調(diào)控體系。四是構(gòu)建工藝設(shè)備智能化運維體系，包括大型關(guān)鍵設(shè)備的健康狀態(tài)監(jiān)測與智能維護(hù)系統(tǒng)，跨區(qū)域、跨行業(yè)、跨平臺的設(shè)備運維云平臺，以及設(shè)備運維遠(yuǎn)程響應(yīng)機制與配套服務(wù)體系。
“鋼廠生產(chǎn)與工藝的智能化要有覆蓋全工序的智能化管理制度。”在干勇看來，這種智能化管理制度應(yīng)涵蓋對設(shè)備、質(zhì)量、能源及數(shù)據(jù)等的管理。例如，智能化設(shè)備管理，要設(shè)置設(shè)備管理模塊，最大限度減少設(shè)備的非計劃性停機次數(shù)；智能化質(zhì)量管理，要建立質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，為產(chǎn)品檔案提供基本的質(zhì)量數(shù)據(jù)；智能化能源管理，要制訂多場景能源計劃，精準(zhǔn)預(yù)測能源的消耗與產(chǎn)生，與能源管網(wǎng)反饋信息相結(jié)合，實現(xiàn)能源網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)調(diào)控，減少煤氣、蒸汽等氣體放散；智能化數(shù)據(jù)管理，在智能化工廠運轉(zhuǎn)過程中，會產(chǎn)生設(shè)計、工藝、制造、倉儲、物流、質(zhì)量、人員等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可能分別來自于ERP（企業(yè)資源計劃系統(tǒng)）、MES（制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)）、QIS（質(zhì)量管理信息系統(tǒng)）等應(yīng)用系統(tǒng)。因此，企業(yè)要建設(shè)邊緣計算、工廠數(shù)據(jù)中心和云計算平臺，并確定哪些數(shù)據(jù)需在工廠范圍內(nèi)處理、哪些數(shù)據(jù)要上傳到云平臺處理。
“2020年新冠肺炎疫情期間，寶鋼股份通過遠(yuǎn)程運維、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段，將上海寶山基地的冷軋廠熱鍍鋅智能車間變成了1座24小時運轉(zhuǎn)卻無需多人值守的‘黑燈工廠’，2條200米長的生產(chǎn)線基本實現(xiàn)了機器代人操作，每條生產(chǎn)線只有2名~3名工人流動檢視。而且當(dāng)生產(chǎn)線遇到技術(shù)問題時，工程師在家通過手機就能解決問題。通過手機上的軟件，相關(guān)工作人員不僅可以清晰地看到上海寶山基地的運行狀況，而且還可以看到遠(yuǎn)在3000公里外的寶鋼湛江基地的情況，真正做到了‘不碰面生產(chǎn)’。”干勇以寶鋼股份冷軋廠熱鍍鋅智能車間為例，介紹了鋼企如何利用智能制造實現(xiàn)遠(yuǎn)程生產(chǎn)。
“鋼廠未來智能制造的目標(biāo)將是建成世界領(lǐng)先的綠色、智慧、創(chuàng)新、精品的工廠；遵循‘流程最優(yōu)、信息最快、智慧最佳、效率最高、成本最低’的智能制造方案，以全行業(yè)最高水平的智能制造架構(gòu)，打造出領(lǐng)先世界同行一代的智能制造標(biāo)桿。”干勇這樣描繪行業(yè)智能制造領(lǐng)域的愿景。
智能制造的成績、挑戰(zhàn)、機遇并存
據(jù)干勇介紹，當(dāng)前鋼鐵行業(yè)智能制造的發(fā)展主要表現(xiàn)為以下特點：
一是兩化融合水平明顯提升。2018年，鋼鐵行業(yè)兩化融合指數(shù)達(dá)51.2%，關(guān)鍵工序數(shù)控化率達(dá)到68.7%，應(yīng)用電子商務(wù)的企業(yè)比例超過50%。大型鋼鐵集團(tuán)企業(yè)兩化融合水平高，兩化融合指數(shù)為56.2%，高于行業(yè)平均水平5個百分點，基本構(gòu)建出“產(chǎn)線自動化系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、制造管理系統(tǒng)”自上而下、縱向集成的4級體系。
二是智能裝備水平明顯提升。智能裝備已在國內(nèi)鋼企如寶鋼、南鋼、沙鋼、河鋼等的生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到應(yīng)用，不僅提高了操作精度、生產(chǎn)效率，而且加強了安全保障。
三是軟件產(chǎn)品不斷推陳出新。隨著我國鋼鐵企業(yè)智能化水平不斷提升，國內(nèi)智能制造團(tuán)隊相繼開發(fā)出眾多優(yōu)秀的智能制造軟件產(chǎn)品。
四是知識產(chǎn)權(quán)不斷豐富。目前，國內(nèi)重點鋼鐵企業(yè)取得了多項軟件著作權(quán)，部分項目還獲得了冶金科學(xué)技術(shù)獎。
“雖然鋼鐵工業(yè)兩化融合程度不斷加深，但距離智能制造仍有較大差距，需要不斷提升數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平。”干勇坦言，“這些差距主要表現(xiàn)在工藝過程數(shù)學(xué)模型的適用性較差、全生命周期質(zhì)量管控通道尚未打通、供應(yīng)鏈協(xié)同存在較大差距、管控一體化水平有待提高等方面。”
干勇認(rèn)為，鋼鐵行業(yè)智能制造的目標(biāo)為：到2022年底，形成由標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)、平臺服務(wù)的鋼鐵行業(yè)智能制造推進(jìn)機制，全面提升鋼鐵行業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，形成一批可復(fù)制的解決方案，提高鋼鐵企業(yè)工業(yè)軟件應(yīng)用普及率，促進(jìn)鋼鐵企業(yè)在研發(fā)設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、質(zhì)量控制、能源管理、環(huán)境管理、集成應(yīng)用、協(xié)同創(chuàng)新等方面的提升，推進(jìn)鋼鐵企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。
他建議，鋼鐵企業(yè)應(yīng)建立完善的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，夯實智能制造基礎(chǔ)；提高自主創(chuàng)新能力，攻克關(guān)鍵核心技術(shù)；創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)機制，構(gòu)建協(xié)同發(fā)展平臺；研究行業(yè)智能制造解決方案；推進(jìn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，提高鋼鐵企業(yè)智能決策水平。
鋼鐵行業(yè)須出臺綠色發(fā)展規(guī)劃
“鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展，是指按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本原則，以清潔生產(chǎn)為基礎(chǔ)，重點抓好資源高效利用和節(jié)能減排工作，全面實現(xiàn)集鋼鐵產(chǎn)品制造、能源轉(zhuǎn)換、廢棄物處理及消納功能為一體，能與其他行業(yè)和社會生活實現(xiàn)生態(tài)聯(lián)結(jié)，從而保證良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益的發(fā)展模式。”干勇對鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展做了深入的界定。
他進(jìn)一步介紹，進(jìn)入新世紀(jì)以來，鋼鐵行業(yè)在綠色發(fā)展方面取得了長足進(jìn)步，例如對干熄焦、高爐干法除塵、轉(zhuǎn)爐干法除塵技術(shù)的引進(jìn)、研發(fā)、推廣，對高爐渣、轉(zhuǎn)爐渣及含鐵粉塵的加工處理和綜合利用，對焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣及各類蒸汽的回收利用和自發(fā)電技術(shù)的推廣等。
“隨著綠色發(fā)展的深入推進(jìn)，鋼鐵行業(yè)噸鋼綜合能耗逐年降低，噸鋼二氧化碳排放量逐年下降，噸鋼耗新水逐年下降，固體廢棄物利用率逐年提高，工業(yè)生態(tài)鏈取得良好發(fā)展等。”干勇在總結(jié)鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展成績的同時，表示挑戰(zhàn)同樣存在。
一是能源消耗和污染物排放總量大，資源、環(huán)境承載能力有限。干勇表示，京津冀、長三角、珠三角地區(qū)占我國國土面積的8%，卻消耗全國42%的煤炭和60%的鐵礦石，生產(chǎn)55%的鋼鐵。產(chǎn)業(yè)布局的高度密集，造成這些地區(qū)環(huán)境污染嚴(yán)重。
二是企業(yè)節(jié)能減排進(jìn)度不一，超低排放改造難。“據(jù)統(tǒng)計，非重點鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)了13%的粗鋼，卻排放了53%的二氧化硫，噸鋼二氧化硫排放量比重點企業(yè)多出6倍。”干勇說，“再加上我國鋼鐵行業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，在控制污染物總量的同時，嚴(yán)格控制排放濃度的難度很大，鋼鐵企業(yè)的環(huán)保成本也因此大大增加。”
三是綠色技術(shù)支撐體系不完善，綠色發(fā)展的科技創(chuàng)新能力有待加強。“鋼鐵行業(yè)應(yīng)用節(jié)能技術(shù)取得了良好的效果，但這些技術(shù)多源于國外，我國在污染物協(xié)同控制領(lǐng)域?qū)ψ灾鏖_發(fā)的核心技術(shù)儲備依然嚴(yán)重不足，行業(yè)普遍側(cè)重于產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝的開發(fā)，對節(jié)能減排的技術(shù)創(chuàng)新重視不夠、投入不足，對廢棄物消納與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)與配套政策支持力度不夠，以企業(yè)為主體的產(chǎn)學(xué)研用科技創(chuàng)新體系運行效率低，評價體系不健全等問題突出。”干勇指出。
針對鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，干勇提出以下建議：
一是調(diào)整結(jié)構(gòu)、控制總量。要研究以結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)升級為主線的合理需求和總量控制問題，提出鋼鐵行業(yè)全局性的綠色發(fā)展規(guī)劃；淘汰不符合國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)、能源消耗限額標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的落后產(chǎn)能、落后工藝、落后產(chǎn)品等；減少重復(fù)建設(shè)，控制生產(chǎn)總量。
二是完善綠色發(fā)展科技創(chuàng)新體系。要對從事行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)單位及個人給予資金支持，提高在行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)上的投入比例；促進(jìn)研發(fā)成果產(chǎn)業(yè)化、工程化轉(zhuǎn)化，形成支撐鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展的持續(xù)動力；以誠信開放為基礎(chǔ)，完善激勵機制，促進(jìn)企業(yè)真正成為綠色發(fā)展技術(shù)創(chuàng)新的主體；協(xié)調(diào)相關(guān)部委，重視行業(yè)與生態(tài)鏈相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)和示范項目的引導(dǎo)性投入。
三是以內(nèi)需為主，調(diào)整鋼材出口政策。不能以出口導(dǎo)向作為化解過剩產(chǎn)能的出路；禁止生鐵、鋼坯等初級產(chǎn)品出口，嚴(yán)格限制高耗能和低附加值產(chǎn)品出口，不鼓勵大量中檔產(chǎn)品出口；對技術(shù)含量高的鋼材出口，以動態(tài)管理的形式調(diào)整出口目錄；鼓勵加工成高端制成品或機電產(chǎn)品后出口；鼓勵到國外建廠，就近生產(chǎn)、銷售。
四是鼓勵利用廢鋼資源。促使社會廢鋼形成“回收一分類一加工配送一利用”的完整體系；對符合準(zhǔn)入條件的廢鋼加工配送企業(yè)給予增值稅即征即退60%的稅收減免政策；鼓勵資源性產(chǎn)品（廢船、廢舊汽車、廢舊家電等含鐵資源）的進(jìn)口，規(guī)范并簡化廢鋼進(jìn)口管理程序，在零關(guān)稅的基礎(chǔ)上，將進(jìn)口廢鋼的增值稅降到8%~10%。
