本報記者 郝淑慧
“在數字時(shí)代，鋼鐵行業(yè)最大的受益點(diǎn)就在于數字技術(shù)對“黑箱”問(wèn)題的破解上。數據科學(xué)和數字技術(shù)將支撐鋼鐵行業(yè)解決‘黑箱’問(wèn)題，鋼鐵行業(yè)利用數字驅動(dòng)恰到好處、恰逢其時(shí)?！?月18日，在第二屆中國軋鋼與軋輥新技術(shù)推進(jìn)大會(huì )上，中國工程院院士、東北大學(xué)教授王國棟做主旨演講時(shí)表示，鋼鐵行業(yè)數字化轉型的需求極為強烈，特別是豐富的應用場(chǎng)景是鋼鐵行業(yè)數字化崛起的重要機遇。他還介紹了鋼鐵產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級的路徑，并針對鋼鐵行業(yè)、制造業(yè)共同面對的“黑箱”問(wèn)題做了深入分析。
數字時(shí)代來(lái)臨，
鋼鐵行業(yè)怎么辦？
“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展和應用，正式宣告了數字時(shí)代的來(lái)臨?！蓖鯂鴹澖榻B，作為數字時(shí)代構建數字生產(chǎn)力、推動(dòng)經(jīng)濟發(fā)展的新型生產(chǎn)要素，數據成為數字時(shí)代社會(huì )發(fā)展的重要驅動(dòng)力，甚至成為全球新一輪產(chǎn)業(yè)競爭的制高點(diǎn)。
在此背景下，鋼鐵行業(yè)如何用好數字技術(shù)？王國棟認為，鋼鐵行業(yè)擁有數據資源優(yōu)勢，發(fā)達的自動(dòng)化控制系統和研發(fā)設施，可以積累并提供海量實(shí)驗數據，這些數據中蘊含企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的全部規律?！斑@是最寶貴的資源，是關(guān)鍵生產(chǎn)要素?！彼f(shuō)。
通過(guò)分享美國材料基因組計劃、韓國浦項高爐運行五大狀態(tài)變量數據深度學(xué)習、日本JFE智能鋼廠(chǎng)建設、美國大河鋼廠(chǎng)等案例，王國棟提出，數字技術(shù)將為鋼鐵行業(yè)帶來(lái)超級智能的邊緣計算、綠色化工藝與裝備研發(fā)創(chuàng )新、高效率及低成本產(chǎn)品創(chuàng )新、5G下全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調管理優(yōu)化運行等幾大功能。
通過(guò)比較制造業(yè)與材料行業(yè)數字化轉型路徑的不同，王國棟提出，材料行業(yè)要發(fā)揮場(chǎng)景、數據資源、反饋循環(huán)對物料賦能的優(yōu)勢，走特色道路，采用數據/機器學(xué)習等數據分析方法，以數據驅動(dòng)破解全流程“黑箱”難題，實(shí)現全流程信息物理系統化。
如何解決
工業(yè)實(shí)踐中的“黑箱”問(wèn)題？
王國棟介紹，在工業(yè)時(shí)代，由于“黑箱”問(wèn)題的嚴重不確定性，只能借助模擬仿真系統CAE/CAD（計算機輔助工程軟件/計算機輔助設計軟件），采用理論或經(jīng)驗模型計算，模擬解決。其間，雖然人們不斷探尋各種方法以解決“黑箱”問(wèn)題，但均以失敗告終。
“這表明，除了數據時(shí)代的數據/機器學(xué)習方法，任何其他時(shí)代的方法都對‘黑箱’問(wèn)題束手無(wú)策?！蓖鯂鴹潖娬{。
那么，數字時(shí)代如何解決工業(yè)實(shí)踐中的“黑箱”問(wèn)題？王國棟提供了一種思路——數字孿生，即“黑箱”的高保真度建模。他解釋道，數字孿生是一系列描述輸入（操作變量、材料成分）與輸出（組織、性能）之間關(guān)系的預測性模型，高保真度數字孿生建模是材料科學(xué)與技術(shù)研究的關(guān)鍵核心。利用數據/機器學(xué)習對“黑箱”問(wèn)題進(jìn)行高保真度建模，將有力提升鋼鐵行業(yè)的核心競爭力。
“此外，鋼鐵企業(yè)還可以構建創(chuàng )新基礎設施?！彼f(shuō)道。何謂創(chuàng )新基礎設施？即基于創(chuàng )新、協(xié)調、綠色、開(kāi)放、共享的發(fā)展理念，以技術(shù)創(chuàng )新為驅動(dòng)、以信息網(wǎng)絡(luò )為基礎，面向高質(zhì)量發(fā)展，為提高產(chǎn)業(yè)核心競爭力而打造的產(chǎn)業(yè)升級、融合、創(chuàng )新的基礎設施體系。
對于鋼鐵企業(yè)而言，創(chuàng )新基礎設施主要包括“一網(wǎng)”（5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）、“三大平臺”（底層實(shí)體設備平臺、邊緣數字化核心平臺、資源配置與管理云平臺）、“四大功能”（綠色化轉型、數字化轉型、高質(zhì)化發(fā)展、強鏈化運行）。
制造業(yè)解決“黑箱”問(wèn)題的
方法仍較落后
通過(guò)分析軋輥制造技術(shù)、高鐵車(chē)輪與輪箍的生產(chǎn)工藝過(guò)程、齒輪制造過(guò)程、軸承制造工藝、全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同一體式汽車(chē)結構件熱沖壓技術(shù)等案例，王國棟提出，制造技術(shù)的不斷創(chuàng )新和進(jìn)步，使得用鋼產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率都得到了顯著(zhù)提升，為金屬加工行業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻。
基于此，王國棟提出，鋼鐵行業(yè)和制造業(yè)要攜手并進(jìn)，破解共同面對的“黑箱”問(wèn)題。從制造業(yè)使用金屬材料的工藝過(guò)程來(lái)看，“白箱”決定了產(chǎn)品外形尺寸精度，而“黑箱”決定了材料的組織和性能?！昂谙洹迸c“白箱”有不同的評價(jià)標準，都很重要。在制造業(yè)使用金屬材料過(guò)程中，“白箱”與“黑箱”必然并存。
分別來(lái)看，“白箱”在制造業(yè)使用材料過(guò)程中，通常為冷機械加工（車(chē)、銑、刨、鉆、鏜、磨）外形、尺寸高精度加工?！鞍紫洹辈⒉灰饍炔坎牧辖M織與性能的變化。而“黑箱”通常為鑄鍛焊、成形加工、熱處理等，不僅涉及材料的外形、尺寸的變化，還涉及材料內部組織和性能的變化。
王國棟強調，“黑箱”問(wèn)題直接影響著(zhù)產(chǎn)品內部的組織和性能，即與產(chǎn)品制造的最終質(zhì)量、效率、成本、環(huán)境及后續使用性能等密切相關(guān)。目前，制造業(yè)“黑箱”問(wèn)題的解決方法是通過(guò)工業(yè)時(shí)代的理論分析（計算機模擬）或經(jīng)驗，但這遠遠落后于時(shí)代。
“面向數字時(shí)代，我們必須把注意力轉向‘黑箱’，把制造業(yè)實(shí)體經(jīng)濟與數字經(jīng)濟、數字技術(shù)結合起來(lái)。鋼鐵行業(yè)與制造業(yè)要攜手并進(jìn)、協(xié)同創(chuàng )新，共同攻克‘黑箱’難關(guān)，攜手高質(zhì)量發(fā)展?！蓖鯂鴹澱f(shuō)。
