劉獻(xiàn)東
2020年11月25日，歐盟委員會(huì)通過了《歐洲數(shù)據(jù)治理?xiàng)l例（數(shù)據(jù)治理法）》建議稿，將促進(jìn)成員國之間的數(shù)據(jù)共享。這種新的數(shù)據(jù)治理方式將增加社會(huì)大眾對(duì)數(shù)據(jù)共享的信任，加強(qiáng)提高數(shù)據(jù)可用性的機(jī)制管理，克服數(shù)據(jù)再利用的技術(shù)障礙。
為塑造歐洲數(shù)字未來，歐盟發(fā)布《歐洲工業(yè)新戰(zhàn)略》，當(dāng)前正在大力推進(jìn)鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型項(xiàng)目。RFCS（煤炭和鋼鐵研究基金）作為歐洲鋼鐵行業(yè)最重要的科研基金之一，包括了145個(gè)不同領(lǐng)域的鋼鐵行業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新項(xiàng)目，涉及數(shù)字化轉(zhuǎn)型和工業(yè)4.0的各方面內(nèi)容（如自適應(yīng)在線控制、全工藝流程優(yōu)化、全工藝流程數(shù)據(jù)的同步、零缺陷制造、可追溯性、智能和集成制造）。該基金的總預(yù)算為2.501億歐元，每個(gè)項(xiàng)目的平均預(yù)算為170萬歐元。
參與RFCS計(jì)劃的主要研究機(jī)構(gòu)是：德國BFI、瑞典研發(fā)機(jī)構(gòu)Swerea、意大利RINA、Sant'Anna、比利時(shí)冶金研發(fā)中心。RFCS項(xiàng)目中最活躍的鋼鐵制造商有安賽樂米塔爾、蒂森克虜伯、塔塔鋼鐵、奧鋼聯(lián)。冶金裝備制造商是裝備專利的主要擁有者，如普銳特、西馬克、達(dá)涅利。
歐盟鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的項(xiàng)目主要有以下13大類：
一、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（IOT）
物聯(lián)網(wǎng)是指將各種物理對(duì)象嵌入電子傳感器、執(zhí)行器或其他數(shù)字設(shè)備，使其能夠聯(lián)網(wǎng)以收集和交換數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測系統(tǒng)由四層組成：傳感層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)資源層和應(yīng)用層。目前正在運(yùn)行的TRACKOPT（2017-2020）項(xiàng)目基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鋼包自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，以確保從煉鋼到澆鑄的全過程產(chǎn)品跟蹤。
二、大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算
大數(shù)據(jù)技術(shù)分析是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)算法識(shí)別產(chǎn)品質(zhì)量問題，采用新的處理模式從而減少產(chǎn)品故障。鋼鐵行業(yè)中的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)在完成對(duì)大量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的捕獲、存儲(chǔ)、管理和分析方面尚存在一定的困難，大數(shù)據(jù)解決方案正應(yīng)用于鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)控和改進(jìn)，并很好地克服了傳統(tǒng)技術(shù)存在的困難。以減少鋼板的裂紋或劃痕缺陷為例，利用生產(chǎn)線在線數(shù)據(jù)的采集在生產(chǎn)的早期階段對(duì)鋼板表面缺陷進(jìn)行預(yù)測，避免后續(xù)產(chǎn)品故障的產(chǎn)生。
大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算領(lǐng)域的主要項(xiàng)目有：
1）TRACKOPT
該項(xiàng)目的目標(biāo)是使用多目標(biāo)優(yōu)化（MOO）框架和數(shù)據(jù)分析，同時(shí)采用包括聲學(xué)在內(nèi)的各類傳感器，從而提高工廠產(chǎn)量（避免由于鋼包的混合而導(dǎo)致產(chǎn)品封閉或降級(jí)）、和鋼廠的安全性。
2）Quality4.0
該項(xiàng)目基于AI高級(jí)人工智能、機(jī)器自學(xué)習(xí)的分析方法和大數(shù)據(jù)處理，開發(fā)自適應(yīng)平臺(tái)，允許對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析，以提供量身定制、高可靠性的信息并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量決策。
3）PRESED
該項(xiàng)目提出了一個(gè)基于大數(shù)據(jù)、特征提取、機(jī)器學(xué)習(xí)、分析服務(wù)器和知識(shí)管理的解決方案，以自動(dòng)分析感測時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
4）NewTech4Steel
該項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間為2018年~2021年，專注于鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用場景開發(fā)和實(shí)施方法，利用最新的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行性能監(jiān)控。
5）CyberMan4.0
該項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間為2018年~2021年，應(yīng)用全流程工藝和產(chǎn)品大數(shù)據(jù)的工具和技術(shù)，預(yù)測質(zhì)量降級(jí)、故障、異常、關(guān)鍵部件的剩余壽命，以便及時(shí)規(guī)劃適當(dāng)?shù)牟⒕哂谐杀拘б娴母深A(yù)及維護(hù)措施。
6）DROMOSPLAN
該項(xiàng)目采用新的傳感器數(shù)據(jù)，在兩個(gè)鋼鐵廠（蒂森的Duisburg工廠和ILVA的Taranto工廠）檢驗(yàn)了無人機(jī)（UAV）技術(shù)效果，并于2019年完成。
三、機(jī)器人輔助生產(chǎn)
該項(xiàng)目是基于人形機(jī)器人的作業(yè)操作，例如，裝配和包裝。由于對(duì)產(chǎn)品的高質(zhì)量、低成本以及更快的交貨速度提出要求，自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)中的地位越來越重要。如果利用現(xiàn)有技術(shù)并得以加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)部分機(jī)器人在煉鋼中的應(yīng)用，就可進(jìn)一步改善鋼鐵產(chǎn)品的表面質(zhì)量。
一個(gè)成功的實(shí)施案例是ROBOHARSH技術(shù)，首次在鋼鐵行業(yè)引入“人-機(jī)器人共生合作”的概念。該技術(shù)雖未完全替代人工，但采用了化學(xué)傳感器、姿態(tài)傳感器和位置傳感器以及視頻傳輸設(shè)備、MAVlink協(xié)議和算法。
另一個(gè)案例是DESDEMONA技術(shù)，開發(fā)了檢測鋼材缺陷的機(jī)器人和自動(dòng)系統(tǒng)（如無人機(jī)和地面移動(dòng)機(jī)器人）。
四、生產(chǎn)線模擬
這是一種可實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)線的模擬和優(yōu)化的新求解方法。同時(shí)，它可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)設(shè)計(jì)和操作過程中的潛在變化的調(diào)查研究。一些示例項(xiàng)目如下：
1）GASNET
其機(jī)器學(xué)習(xí)工具采用Hammerstein-Wiener（HW）模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和預(yù)測模型等技術(shù)，以提高煉鋼過程的能源利用效率和環(huán)境可持續(xù)性。
2）SOPROD
該項(xiàng)目采用實(shí)時(shí)優(yōu)化和非集中優(yōu)化相結(jié)合的調(diào)度方法、自動(dòng)過程的自優(yōu)化和過程間的自治通信，提高了產(chǎn)品的智能性和自主通信能力，并可實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0愿景的若干關(guān)鍵使能技術(shù)。
3）AdaptEAF
該項(xiàng)目建立一個(gè)能綜合控制原料特性的電弧爐自適應(yīng)在線控制系統(tǒng)，通過降低總能耗、提高金屬產(chǎn)量的方式來提高能源的利用效率。
4）TRACKOPT
該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)對(duì)全流程可追溯跟蹤系統(tǒng)的監(jiān)控，包括產(chǎn)品和工藝過程的監(jiān)控。
5）Cyber-POS
在“鋼鐵工業(yè)4.0自動(dòng)化”的框架下，引入模擬和驗(yàn)證工具以及新的IT框架，以提高CPPS（網(wǎng)絡(luò)物理生產(chǎn)系統(tǒng)）的可行性、安全性和效益。
6）OptiScrapManage
采用通過績效指標(biāo)、多準(zhǔn)則方法進(jìn)行過程監(jiān)控的現(xiàn)代技術(shù)以及優(yōu)化活動(dòng)。
五、自組織生產(chǎn)
該類項(xiàng)目關(guān)注設(shè)備的自動(dòng)協(xié)調(diào)，引導(dǎo)設(shè)備的利用和產(chǎn)品的優(yōu)化。它整合了資源、設(shè)備和人員，基于它們與主計(jì)算機(jī)的密切互動(dòng)，自組織生產(chǎn)提高了自動(dòng)化程度，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)控制。
主要子項(xiàng)目包括：
1）Cyber-POS（2016-2019）
把工藝過程控制模型、材料質(zhì)量模型、物流/調(diào)度模型和通信（計(jì)算機(jī)、軟件、網(wǎng)絡(luò)）等模型整合并用于生產(chǎn)優(yōu)化，能夠?qū)に囋O(shè)定、生產(chǎn)路線、過程干擾或中斷的變化做出快速、動(dòng)態(tài)和靈活的反應(yīng)。
2）TRACKOPT
采用創(chuàng)新的傳感器和儀器實(shí)現(xiàn)了鋼包移動(dòng)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。
3）Quality4.0
可以進(jìn)行與客戶/供應(yīng)商交換相關(guān)質(zhì)量信息，從而降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量，并更好地識(shí)別鋼鐵生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題。
4）DYNERGYSTEM
該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)在多個(gè)煉鋼廠進(jìn)行模擬、決策支持的程序和控制，以提高電力預(yù)測能力和管理能力。
5）AdaptEAF
該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)采集在線信息（包括熔池液位、鋼和渣量、廢鋼熔化過程和能量行為）、基于模型化的廢鋼裝料在線控制、燃燒器和氧氣噴槍的化學(xué)能量輸入控制。
6）PRESED
其目的是開發(fā)新的方法和工具，以實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本。主要功能有：通過識(shí)別質(zhì)量缺陷的主要形成原因，從而優(yōu)化制造工藝、預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量及降低成本。
7）SOPROD
該項(xiàng)目采用了去中心化的優(yōu)化系統(tǒng)，基于產(chǎn)品及工藝的專有技術(shù)，并基于單個(gè)的產(chǎn)品特性和上下工序的工藝控制實(shí)績，實(shí)現(xiàn)制造過程的自動(dòng)工藝優(yōu)化。
8）DESDEMONA
該項(xiàng)目采用先進(jìn)的工具，確定創(chuàng)新設(shè)計(jì)、系統(tǒng)、程序和技術(shù)解決方案，可實(shí)現(xiàn)自檢和自監(jiān)測的傳感及自動(dòng)化技術(shù)的集成。
9）PlantTemp
該項(xiàng)目開發(fā)了一個(gè)覆蓋電弧爐和鑄造工藝全過程的操作專家系統(tǒng)，在精確控制鑄造溫度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減少物料消耗。
10）AUTOADAPT
該項(xiàng)目提出了可擴(kuò)充系統(tǒng)的概念，旨在應(yīng)用自學(xué)習(xí)方法，采用遺傳算法、多項(xiàng)式模型、迭代學(xué)習(xí)控制方法和前饋控制等技術(shù)，使自動(dòng)化適應(yīng)新產(chǎn)品和新工廠要求。
11）INFOMAP
該項(xiàng)目開發(fā)了一個(gè)新的工具，用于對(duì)全部工藝路線不同設(shè)備的地圖進(jìn)行客觀分析、說明，并生成適用于自動(dòng)控制決策系統(tǒng)的簡明數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
六、網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）
網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)CPS是計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理過程的集成。嵌入式計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通過反饋回路來監(jiān)控物理過程，物理過程會(huì)影響計(jì)算，反之亦然。正在進(jìn)行的Cyber POS項(xiàng)目和CyberMan4.0項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)軋鋼廠向網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。
七、智能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)
智能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通過使用模型，將鋼鐵制造過程（從原材料到最終產(chǎn)品）作為集成供應(yīng)鏈的一部分來整體優(yōu)化，同時(shí)，對(duì)整個(gè)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控進(jìn)行更好的供應(yīng)管理決策。主要的RFC項(xiàng)目包括：
1）GASNET
該項(xiàng)目建立工藝氣體和蒸汽的網(wǎng)絡(luò)管理模型，實(shí)現(xiàn)包括生產(chǎn)和輸送全部過程、多層級(jí)燃?xì)夂驼羝芫W(wǎng)的優(yōu)化管控。
3）Quality4.0
該項(xiàng)目將整個(gè)供應(yīng)鏈的用戶-供應(yīng)商合作模式提升到新的高度和水平。
八、橫縱向集成
橫向集成是指價(jià)值鏈中資源與信息網(wǎng)絡(luò)的集成，而縱向集成涵蓋未來智能工廠的網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)和個(gè)性化定制制造。主要的項(xiàng)目包括DYNERGYSteel、SOPROD、Quality4.0。其中，Quality4.0整合整個(gè)供應(yīng)鏈上橫向質(zhì)量信息，建立新的客戶-供應(yīng)商合作模式，充分挖掘、利用全產(chǎn)業(yè)鏈的所有質(zhì)量信息和專業(yè)知識(shí)。
九、預(yù)測性維護(hù)
預(yù)測性維護(hù)是基于對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在設(shè)備故障前進(jìn)行有效維修。預(yù)測維修技術(shù)可以通過設(shè)備監(jiān)測與智能決策相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)。其中，Cyberman4.0項(xiàng)目通過建立在工業(yè)4.0使能技術(shù)基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和工具，將鋼鐵行業(yè)的維護(hù)策略從預(yù)防性維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化預(yù)測性維護(hù)，將實(shí)現(xiàn)“集成維護(hù)模型4.0”（IMM4.0）在軋鋼領(lǐng)域的應(yīng)用。
十、網(wǎng)絡(luò)安全
應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)安全，尤其是基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。在Flatt、Schriegel、Jasperneite、Trsek和Adamczyk等項(xiàng)目中，基于工業(yè)4.0結(jié)構(gòu)和VDI/VDE指南2182的“網(wǎng)絡(luò)安全”分析程序模型，實(shí)現(xiàn)了基于云的生產(chǎn)監(jiān)控。
十一、改善維護(hù)服務(wù)
在改善維護(hù)服務(wù)方面第四維度的“擴(kuò)增實(shí)境”是各公司最感興趣的技術(shù)之一。由虛擬連接的服務(wù)技術(shù)人員執(zhí)行基于遠(yuǎn)程連接的遠(yuǎn)程維護(hù)，從而節(jié)省差旅成本和時(shí)間，能夠快速解決相關(guān)問題。鋼鐵行業(yè)的相關(guān)項(xiàng)目TeleRescuer，通過一個(gè)虛擬系統(tǒng)并使用特種無人駕駛車輛（UV），將救援人員“隱形地傳送”到煤礦地下區(qū)域。
十二、物流車輛自動(dòng)駕駛
這是工廠內(nèi)使用的一種全自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)，利用智能軟件來優(yōu)化內(nèi)部物流運(yùn)作，涵蓋供應(yīng)和處理鋼廠內(nèi)的原材料、中間產(chǎn)品、成品及副產(chǎn)品，如散裝物料或爐渣。其中，TRACKOPT項(xiàng)目開發(fā)了智能控制站，并支持軋制和精整區(qū)域物流。
十三、知識(shí)管理數(shù)字化
鋼鐵行業(yè)的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在傳承方面的主要問題有：員工個(gè)體的差異、人的遺忘、員工離開而造成的知識(shí)流失等。KnowDec項(xiàng)目旨在研究和實(shí)現(xiàn)一種收集、表達(dá)、儲(chǔ)存和利用人類知識(shí)的方法，以便在基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)里應(yīng)用。所收集的經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)存在知識(shí)庫中，用于決策支持及建議。
《中國冶金報(bào)》（2021年1月8日 02版二版）
