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數字化“春風(fēng)”輕拂波蘭鋼鐵業(yè)

2021-07-23 11:08:00

  張文江
  數字技術(shù)使企業(yè)能夠在工業(yè)4.0時(shí)代中建立起自己的網(wǎng)絡(luò )物理系統(CP)。在工業(yè)4.0浪潮中,一個(gè)重要的研究課題是數字技術(shù)在工業(yè)中的應用,特別是在特定行業(yè)領(lǐng)域的應用。數字化決定了新的或改進(jìn)的產(chǎn)品、工藝、技術(shù)的創(chuàng )造以及公司基礎設施的擴展。
  從國有企業(yè)時(shí)代到私營(yíng)企業(yè)時(shí)代,波蘭鋼鐵工業(yè)走過(guò)了一段很長(cháng)的歷程。在產(chǎn)業(yè)結構調整過(guò)程中,波蘭鋼鐵工業(yè)在所有權、產(chǎn)品、資產(chǎn)、就業(yè)、管理等方面均有所改變,并逐步向創(chuàng )新型產(chǎn)業(yè)轉變。在20世紀90年代經(jīng)濟轉型期間,波蘭鋼鐵工業(yè)發(fā)生了根本性變革,波蘭鋼鐵工業(yè)直接創(chuàng )造了該國大約3%的工業(yè)產(chǎn)值和大約0.3%的國民生產(chǎn)總值。
  數字化的絲絲“春風(fēng)”正輕輕吹拂著(zhù)波蘭鋼鐵工業(yè)的每一個(gè)角落。
  波蘭鋼鐵工業(yè)近況
  2019年,波蘭鋼鐵工業(yè)銷(xiāo)售產(chǎn)值為357億茲羅提(1茲羅提≈0.26美元)。根據波蘭鋼鐵協(xié)會(huì )(HIPH)統計數據顯示,1989年~2019年,波蘭粗鋼產(chǎn)量為980萬(wàn)噸/年;受新冠肺炎疫情的影響,1989年~2020年的年均粗鋼產(chǎn)量為970萬(wàn)噸,減少了10萬(wàn)噸。根據波蘭鋼材流通聯(lián)盟(PUD)的統計數據顯示,鋼材主要被應用于該國建筑、汽車(chē)、金屬制品、機械制造、家用電器和交通工具等下游行業(yè)。1989年~2019年,波蘭鋼鐵生產(chǎn)商的投資支出達到230億茲羅提。
  2002年,波蘭鋼鐵工業(yè)淘汰了Marten煉鋼技術(shù)(平爐煉鋼工藝),積極引入新型節能技術(shù)。鋼鐵工業(yè)的變化方向與該國“綠色政策”的基本方向一致,即減少固體燃料(主要是焦炭)和燃煤發(fā)電的消耗,同時(shí)提高工藝氣體(高爐煤氣和焦爐煤氣)使用比重。在邁向工業(yè)4.0時(shí)代的進(jìn)程中,減少電力和自然資源(鐵礦石、煤炭)的消耗可以算是鋼鐵企業(yè)面臨的最大挑戰之一。
  外國資本對波蘭鋼鐵工業(yè)的發(fā)展有很大影響,這是因為波蘭最大的鋼鐵企業(yè)隸屬于外資集團。在私有化過(guò)程中,IC技術(shù)一直在波蘭鋼鐵工業(yè)創(chuàng )建新的內外部依賴(lài)結構中發(fā)揮重要作用。目前,IC技術(shù)依舊可以使波蘭鋼鐵工業(yè)在世界鋼鐵市場(chǎng)中保有一定的競爭力。
  波蘭鋼鐵工業(yè)的數字化
  20世紀90年代以來(lái),世界各國的各行各業(yè)都密集開(kāi)展了數字化投資,波蘭鋼鐵工業(yè)也積極進(jìn)行結構重組。然而,經(jīng)濟轉型和私有化推遲了波蘭鋼鐵工業(yè)的數字化進(jìn)程。由此可見(jiàn),只有在私有化和重組完成后,鋼鐵企業(yè)才能規劃新的技術(shù)投資。
  2004年3月份,波蘭財政部與LNM控股公司簽署了Polskie Huty Stali(PHS)控股公司的私有化協(xié)議。米塔爾鋼鐵集團正式接管了該國最大鋼鐵企業(yè),并對其進(jìn)行了深度重組。受益于價(jià)值70億茲羅提的投資計劃,僅2004年1年的時(shí)間,該公司就實(shí)現了17億茲羅提的凈利潤。
  2005年2月份,由于米塔爾鋼鐵集團的成立,卡托維茲地區法院將該公司更名為米塔爾鋼鐵波蘭公司,2006年6月份,安賽樂(lè )與米塔爾合并為安賽樂(lè )米塔爾集團,因而該公司于2007年正式更名為安賽樂(lè )米塔爾波蘭公司(下稱(chēng)安米波蘭公司)。此后,美國CMC資本集團、西班牙Celsa集團等外資集團相繼進(jìn)入波蘭鋼鐵市場(chǎng)。
  2007年,歐盟委員會(huì )宣布波蘭鋼鐵企業(yè)的重組正式完成。由于外資集團致力于投資新的生產(chǎn)技術(shù)(BAT)和IC技術(shù)研發(fā),目前波蘭鋼鐵工業(yè)數字化轉型的力度依舊在逐步加大。
  結合工業(yè)4.0的發(fā)展理念,波蘭鋼鐵工業(yè)正在大力運用數字技術(shù),借助數字技術(shù)監測設備運行參數。高爐由IT系統監控,煉鋼廠(chǎng)和軋鋼廠(chǎng)的設備都配備了傳感器,以提供相關(guān)工藝數據,強化控制。在長(cháng)流程煉鋼廠(chǎng)中,帶有傳感器的設備形成網(wǎng)絡(luò )結構,被稱(chēng)為高爐網(wǎng)絡(luò )(BFN)。BFN與算法一起構成高爐上的傳感器網(wǎng)絡(luò ),以識別爐況。通過(guò)傳感器和傳感器提供的數據,可以規劃高爐技術(shù)負荷和維護工作。目前,這項技術(shù)已被應用于安米波蘭公司的棟布羅瓦古爾尼恰廠(chǎng)。
  世界級制造方法(WCM)實(shí)現了波蘭鋼鐵工業(yè)對無(wú)機械故障的追求。多年來(lái),安米波蘭公司在希維托赫洛維采的道碴生產(chǎn)線(xiàn)上對該領(lǐng)域進(jìn)行了大量投資,從一個(gè)瀕臨倒閉的機械廠(chǎng)化身為一條更現代化的生產(chǎn)線(xiàn)。該生產(chǎn)線(xiàn)上安裝了數千個(gè)傳感器,為操作員提供數據,實(shí)時(shí)的KPI分析和流程優(yōu)化提高了煉鋼廠(chǎng)的生產(chǎn)能力,數字化技術(shù)已將計劃外停機時(shí)間減少至絕對最短。
  流程優(yōu)化系統基于維護計劃以及最大化資源可用性,用于資源密集度分析的信息系統是主動(dòng)導向的,能夠預測即將出現的問(wèn)題。IC技術(shù)還加強了終端用戶(hù)和原始設備制造商之間的協(xié)作。在資源管理方面,工廠(chǎng)使用具有多個(gè)模塊的IC系統,企業(yè)資源計劃(ERP)、制造執行(MES)和客戶(hù)關(guān)系管理(CRM)等系統提供有關(guān)資源、生產(chǎn)、機器操作、產(chǎn)品和客戶(hù)的數據。此外,拓展的IC系統(ERP、CAx)配備了用于文檔管理、項目管理、生產(chǎn)計劃和調度以及商業(yè)智能(數據分析和報告)的應用程序。
  完整的IT包由SAP系統組成。在波蘭外資集團旗下的大型鋼廠(chǎng)中,這些系統創(chuàng )造了一個(gè)集成的IT和計算機環(huán)境,將企業(yè)、公司、資本集團和整個(gè)供應鏈連接起來(lái)。物聯(lián)網(wǎng)和智能技術(shù)通過(guò)動(dòng)態(tài)配置生產(chǎn)流程,促進(jìn)了可持續生產(chǎn)關(guān)鍵原則的實(shí)現。
  在通往鋼鐵廠(chǎng)4.0時(shí)代的道路上,IC技術(shù)發(fā)揮了重要作用。例如,全自動(dòng)和半自動(dòng)機器人、人工智能、無(wú)人機、4D打印、數字孿生等。IC技術(shù)通過(guò)將傳感器技術(shù)與質(zhì)量、生產(chǎn)規劃、控制系統以及數字模型智能結合,可以在生產(chǎn)過(guò)程創(chuàng )造新的維度,降低生產(chǎn)成本。
  將鋼鐵生產(chǎn)的數字化定義為新技術(shù)的后續應用,是滿(mǎn)足鋼鐵生產(chǎn)商在質(zhì)量、生產(chǎn)率和靈活性方面的要求所必需的。目前,煉鋼廠(chǎng)使用的IC技術(shù)正朝著(zhù)以下方向發(fā)展:實(shí)現設備之間的完全連接、提高計算機的計算能力、創(chuàng )造智能的先進(jìn)軟件。從長(cháng)遠來(lái)看,這些軟件的存在形式將是無(wú)處不在的應用程序,智能化和網(wǎng)絡(luò )化水平也將不斷被提高。
  煉鋼廠(chǎng)軟件智能化的發(fā)展體現在軟件的開(kāi)發(fā)上,軟件的開(kāi)發(fā)通常被稱(chēng)為“自學(xué)習”“自適應”“自修改”。
  目前,波蘭的許多鋼鐵企業(yè)都在使用數字化和物理網(wǎng)絡(luò )系統。例如Realloys公司已經(jīng)配備了基于樹(shù)莓派和Arduino板的主動(dòng)監控設備,名為Vizum Box,以增強生產(chǎn)數據的在線(xiàn)數字化。
  Realloys公司使用的視覺(jué)系統由Vizum勞動(dòng)力、Vizum車(chē)輛等模塊組成。在該系統中,云計算和物聯(lián)網(wǎng)設備之間的通信過(guò)程是由互聯(lián)網(wǎng)連接和MQ遙測傳輸協(xié)議實(shí)現的。為了確保通信的可靠性,Vizum OpitRack系統與Orange Live Objects服務(wù)系統進(jìn)行了集成,該集成服務(wù)可以在全球Orange運營(yíng)商基礎設施的軟件層上,通過(guò)協(xié)議實(shí)現云計算和物聯(lián)網(wǎng)設備之間的通信。
  安米波蘭公司使用無(wú)人機監測庫存情況,還使用3D打印機打印煉鋼廠(chǎng)的設備備件。另外,其通過(guò)使用在線(xiàn)平臺和移動(dòng)應用程序聯(lián)系客戶(hù),監控訂單流程。
  截至目前,波蘭已經(jīng)有超過(guò)1.1萬(wàn)臺機組得以應用。波蘭鋼鐵工業(yè)內的每1萬(wàn)名員工擁有36臺機器人,歐洲每1萬(wàn)名員工有106臺機器人。對智能機器的使用需求逐年增長(cháng),這不僅是大勢所趨,也代表著(zhù)企業(yè)對機器人技術(shù)優(yōu)勢的認識日益提高。
  盡管波蘭的機器人應用水平較低,但機器人應用密度指數正在增長(cháng)。但是,波蘭與捷克、斯洛伐克等國家相比,實(shí)現機器人全面應用的進(jìn)程仍然緩慢。近年來(lái),鋼鐵工業(yè)是波蘭對工業(yè)機器人使用需求最高的行業(yè)之一。
  安米波蘭公司的數字化
  安米波蘭公司是波蘭最大的鋼鐵生產(chǎn)商,擁有近1.1萬(wàn)名員工,2015年~2020年粗鋼產(chǎn)量大約為500萬(wàn)噸/年。該公司擁有棟布羅瓦古爾尼恰、克拉科夫、霍茹夫、索斯諾維茨和希維托赫洛維采等6家工廠(chǎng)。
  在波蘭鋼鐵市場(chǎng)中,安米波蘭公司的產(chǎn)能比重達到70%。自安米波蘭公司開(kāi)展業(yè)務(wù)以來(lái),已投資超過(guò)70億茲羅提對其工廠(chǎng)進(jìn)行升級改造。目前,安米波蘭公司已經(jīng)在許多業(yè)務(wù)領(lǐng)域采用基于人工智能的新平臺和算法。
  2018年,棟布羅瓦古爾尼恰廠(chǎng)引入了基于視頻的圖像處理技術(shù),以分析生產(chǎn)線(xiàn)上的轉爐振動(dòng)。同年,索斯諾維茨廠(chǎng)采用了大廳的3D可視化技術(shù),用于工作規劃和生產(chǎn)區布局優(yōu)化。2019年,安米波蘭公司開(kāi)始使用無(wú)人機觀(guān)察煉鋼廠(chǎng)生產(chǎn)區域。此外,該公司在克拉科夫廠(chǎng)倉庫應用了針對數字產(chǎn)品定位的IT系統,自此冶金產(chǎn)品的識別過(guò)程實(shí)現遠程操作,不需要員工在存儲區域走動(dòng)。最終,該系統將覆蓋該公司所有工廠(chǎng)的倉庫,詳細跟蹤鋼卷從軋機到發(fā)貨的整個(gè)流程。同時(shí),安米波蘭公司通過(guò)安裝物流系統,監控車(chē)輛在道路上和工廠(chǎng)停車(chē)場(chǎng)的移動(dòng)。
  棟布羅瓦古爾尼恰的軋鋼廠(chǎng)安裝了鋼軌生產(chǎn)跟蹤系統,可對產(chǎn)品進(jìn)行精確識別和監控。該IT系統可以實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)狀態(tài),控制鋼軌精整廠(chǎng)的生產(chǎn)能力,加快產(chǎn)品的質(zhì)量驗收節奏,并減少人為錯誤的發(fā)生概率。
  克拉科夫焦化廠(chǎng)內設有一套系統,用于測量混合煤回填后焦炭室的填充量及其平整情況,所獲得的數據用于優(yōu)化回填操作,從而減少該工藝對環(huán)境的負面影響。
  在克拉科夫廠(chǎng),IT系統多年來(lái)一直被應用于檢測鋼鐵產(chǎn)品缺陷。該系統可有效識別產(chǎn)品的表面和次表面裂紋。例如,磨床中的軋輥缺陷等。數以千計的傳感器引導鋼帶運行,改善了冷軋酸洗線(xiàn)的鋼帶對中狀況。這種解決方案能夠非常精確地將酸洗薄板的邊緣切割到所需的尺寸,從而減少卡帶次數。
  新一代數字化技術(shù)正被廣泛地應用于安米波蘭公司的各個(gè)工廠(chǎng),從生產(chǎn)準備、生產(chǎn)控制到最終產(chǎn)品的儲存和運輸過(guò)程。
  IC技術(shù)可以通過(guò)無(wú)限制的互聯(lián)網(wǎng)接入(包括寬帶和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng))收集數據、處理和控制物理生產(chǎn)過(guò)程。工業(yè)4.0中的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是網(wǎng)絡(luò )物理生產(chǎn)系統(CPPS)的一部分,CPPS是計算機和物理過(guò)程的集成,網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和物理過(guò)程之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密。
  波蘭的鋼鐵企業(yè)正在積極投資數字化轉型建設。但是,與其他發(fā)達國家相比,其轉型進(jìn)程至少落后了20年。波蘭鋼鐵工業(yè)只有在企業(yè)私有化和行業(yè)重組完成之后,才能對IC系統和數字化技術(shù)進(jìn)行更強有力的投資。
  鋼鐵工業(yè)與其他行業(yè)一樣,正在逐步實(shí)施變革,面向工業(yè)4.0的變革戰略是長(cháng)期計劃。由此可見(jiàn),工業(yè)4.0技術(shù)在波蘭鋼鐵工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中依舊處于初級發(fā)展階段。

來(lái)源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:滕珊

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