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2021年是中国共产党成立100周年，也是“十四五”规划开局之年，是全面建成小康社会、开启建设社会主义现代化国家新征程的关键之年。2021年，中国钢铁粗钢产能达10.32亿吨，连续26年世界第一，十种有色金属产量达6454万吨，连续19年世界第一，一大批重要的基础、战略性材料助力大国腾飞。2021年12月，《“十四五”原材料工业发展规划》正式发布，产业供给高端化、结构合理化、发展绿色化、转型数字化等需求进一步明确，冶金工业在低碳、绿色、智能的道路上将快马扬鞭，实现可持续高质量发展。
秉承科技报国理想，北科工研一直致力于冶金工业数字化转型升级。2021年8月，依托北京科技大学建设的“高效轧制与智能制造国家工程研究中心”顺利通过优化整合评价，纳入到国家发改委首批新序列管理，成为目前国内金属材料加工与智能制造领域唯一的国家工程研究中心。作为冶金智能制造国家队，北科工研一贯坚持深度挖掘企业在生产、运营流程的痛点，把创效作为企业数字化转型最主要目标。经过多年的智能制造顶层设计引领和落地实践，北科工研提出的包含智能支撑、智能生产、智慧管控、智慧运营的冶金企业智能制造四层建设体系被行业广泛认可，系统性破解了冶金企业如何进行数字化转型的困惑。在冶金企业智能制造四层建设体系中，冶金工业互联网平台、冶金工业大脑、数字孪生技术为三个核心，生产集约化和运管精益化作为双翼驱动，推动冶金行业数字化变革。
一、数智互联，打造智能制造坚实底座
产线自动化、信息化填平补齐及智能检测、智能装备等支撑技术应用，使得产线的自动化水平进一步提升、数据盲区得到消除、信息感知进一步增强，这些都是冶金工业互联网平台的基础，使得平台不仅仅只是数据的“搬运工”，而且能够更好发挥平台的智慧力量。在智能制造数智互联方面，北科工研2021年亮点工作如下：
从定性到定量，率先突破表面缺陷3D检测技术
基于100余套各类型铸坯、轧线表面检测项目经验，开发360°旋转的2D/3D成像技术并正应用于承德建龙258钢管生产线上。利用三维检测技术，通过点云配准，识别缺陷的长宽高信息（缺陷精度0.2mm），同时还可对钢管3D轮廓进行检测，包括外形轮廓、直径、椭圆度等，在国内率先实现表面缺陷从“定性”到“定量”的飞跃。
多手段融合，创新冶金全流程物料跟踪技术
物料精准跟踪是实施智能制造的先决条件，冶炼过程跟踪、连铸按坯跟踪、库区物料定位、加热炉炉内跟踪、精整区加工跟踪、热处理过程跟踪、冷床物料跟踪等都是冶金制造的薄弱环节，亟待突破或完善。通过融合逻辑顺序控制、5G通讯、激光打标、字符识别、视频异常捕捉等技术，开发了冶金全流程物料逐板、逐支跟踪技术，实现物料自动核对。2021年，该技术在涟钢、沙钢、本钢、广投、南钢、鞍钢等企业精准落地，广泛应用于板带、棒材、型钢等领域，跟踪精度和全流程物料匹配精度达到99.8%。
“边”采集、“边”融合，边缘计算实现完全自主化和行业特色化
边缘计算主要将海量的多源异构数据从冶金各种源系统汇聚到北科工研iBKLinker冶金工业互联网平台，并依托协议转换实现数据的归集、分类、融合，有效提升平台承载能力，支撑iBKLinker平台2021年实现在日照钢铁、攀钢西昌、新冶钢、永钢、广投新材料、新疆众和铝箔公司、承德建龙、鞍钢鲅鱼圈等15条产线的快速部署，服务于生产、质量、设备、能源、安环等多类智能化项目，并实现自主化和行业特色化，完全代替外方产品。截止2021年底，平台接入冶金流程关键机组已超过1000台，实时数据接入点60余万。
二、极致高效，智能生产瞄准集约化
智能生产以高精度数学模型和先进测控、集控技术为抓手，追求生产过程的智能化、少人化和集约化。在智能生产方面，北科工研2021年亮点工作如下：
多个企业热轧功勋产线再次装备“中国芯”
2021年9月和12月，酒钢CSP二级升级改造和沙钢1450精轧模型升级改造项目通过验收，这是北科工研继马钢CSP二级改造项目后再次成功替换多家外方数学模型。项目中采用的在线网关技术实现新旧系统同台竞技，无需停机时间，减少改造风险。新增的多类在线机理和数据混合智能模型在轧制力分配、板形控制、穿带自学习、层流动态控制等方面表现出了优异的适应性，各项指标全面超越原外方系统，达到项目预期，为企业功勋产线装备“中国芯”。
国内首个高速线材无人天车智能库投入运行
继在珠海粤裕丰实现国内首套棒材无人库后，2021年10月，北科工研和飞马智科联合打造的高速线材无人天车智能平面成品库正式投运，填补了国内空白。以库区管理系统及天车调度系统为核心，利用天车无人化控制技术、信息化管理、无线通讯、传感器技术、设备状态管理，结合无固定垛位多层堆垛模型等，形成软硬件一体化、定制化线材智能库区的解决方案，可以实现无人天车自动入库、货车出库自动作业、火车出库自动作业等多种自动作业任务，系统信息准确率99.9%，设备损耗降低30%。
1580mm/2250mm热轧双线磨辊间实现无纸化办公
北科工研数字化磨辊间管理系统于2021年12月在马钢四钢轧成功达到双线无纸化办公和辊耗降低10%的目标。该系统打破磨辊间与轧线的信息孤岛，构建多线一体化管理、精准响应轧线需求，将轧辊、装配、设备、点检等业务流程和现场管理的痛点悉数把控，效益显著，受到业主和宝武专家一致好评。
热处理集控中心效益和影响力凸显
2021年11月，沙钢热处理车间集控中心进入调试，这是继南钢板卷厂热处理集控后的又一业绩，进一步奠定了北科工研在这一领域的领跑地位。北科工研充分利用在热处理区域的丰富经验，将物料跟踪、字符识别、二级模型等成熟技术应用到项目中，实现物料信息全自动跟踪，装出炉全自动和炉温智能调节。项目正式运行后，人工抄号、手动录入、手动设定和人工记录的生产模式将成为历史，产线节能2%，操作人员精简45%。
热轧板带自动轧钢测控技术实现“全家福”
2021年5月，德龙1250mm翘扣头自动测控项目完成验收，2021年10月马钢2250mm精轧全机架自动纠偏项目验收，至此，北科工研实现粗轧镰刀弯、粗轧扣翘头、精轧自动纠偏三个自动轧钢关键技术“全家福”。2021年又进一步获得首钢迁钢1580mm翘扣头项目、鞍钢2150mm镰刀弯项目及德龙1250mm镰刀弯项目，并完成鞍钢鲅鱼圈1580mm成套（包含三个项目）自动轧钢测控项目技术协议签订。该成套技术可实现粗轧轧制无人化，精轧少人化（人工干预量减少70%以上）。
三、协同创效，智能管控探索无形价值
智慧管控以业务协同为目标，基于冶金工业互联网平台打破工序和业务双重壁垒，挖掘数据背后的潜在价值，实现流程透明化、管理扁平化和决策精准化。在智慧管控的协同创效方面，北科工研2021年亮点工作如下：
冶金过程质量管控系统再次斩获多类订单
2021年中标永钢棒线全流程、安钢板带/棒材/中板全流程、新冶钢170热处理线、西南铝热连轧产线、鲅鱼圈1580mm热连轧、涟钢全流程优化、承德建龙258热轧无缝钢管等过程质量管控项目，业绩继续领跑，支撑企业各类质量损失平均下降20%。同时，《钢-轧过程产品质量智能管控技术与平台》项目荣获2021年冶金科学技术奖一等奖、第三届全国工业互联网大赛青岛赛区三等奖，这也是该技术在支撑中铝瑞闽获得全国质量标杆企业、鞍钢质量大数据方案入选工业互联网试点示范项目、新钢信息化智能化系统获得国资委全国100个标杆项目等荣誉后的又一批重量级奖项。
组织性能预测和工艺仿真实现协同应用
温度-组织-性能-能耗多维度协同分析模型可实现产品全尺寸组织性能在线预测、产品性能质量和能耗成本的在线监控与仿真优化、工艺-组织-性能在上下游工序间的遗传分析和工艺挽救。2021年10月，组织性能预测及工艺优化项目在马钢完成验收，预测精度达到90%以上，多类低合金钢实现免取样或少取样，降低劳动强度，缩短产品待判时间，依托冶金工业互联网平台或过程控制系统，又推广到新钢、柳钢等多条产线。
工序级能源介质智能化管理聚焦精细化节能
工序级能源介质智能化管理系统开创能源管理理念转变的先河，由以往关注计量结算和宏观能源管理转变为关注产品能耗精准核算、生产过程消耗管控和能耗根因分析。2021年，北科工研承接了南钢板材宽厚板和炼钢产线、承德建龙钢管等工序级能源介质智能化管理系统，实现了从热连轧到无缝钢管、宽厚板、炼钢的跨工序突破，为工厂实现节能降耗3%，提高能源利用效率，开展绿色低碳生产提供支撑。
设备状态智能运维系统不但关注“能用”，更加关注“好用”
2021年12月，北科工研承接的鞍钢2150mm设备状态智能运维系统成功上线，系统通过设备状态监测、工艺精度评价和主题分析等功能实现设备状态全方位监控、工艺精度的精准评价和分析。项目覆盖全线关键设备、液压润滑系统、供辅系统等，监控关键机械、液压、仪表等对象多维度、高密度数据共5000余项，构建工艺精度评价模型近20项、工艺精度评价指标200余条，并完成南钢等多个项目拓展，延伸到炼钢、中厚板、轨梁等产线，为客户提供全方位的设备智能运维服务，持续创造价值。
四、智能工厂整体解决方案“亮剑”2021
马钢热轧智能工厂完成一期验收，双线双智控正式起航
2021年10月，由北科工研、宝信、金恒博远等单位共同承担的马钢热轧智能工厂完成一期整体验收，打造出全国首个热轧双线双智控智慧中心。中心以“高站位”、“高起点”、“高标准”、“高颜值”为要求，以“全流程”、“全工序”、“全要素”、“全集成”为标准，构建起“一基两翼”的智慧工厂，实现了热轧生产高度自动化和业务高效协同化。其中操维集控平台，自主集成12套智能装备技术，开发出44项智能化模型，推动生产操维方式的革新，将两条主线岗位整合为“1+2+1”的新岗位模式，生产效率大幅提升。协同智慧平台，实现数字钢卷按需分级、成本到卷，生产、设备、质量的一键分析与实时预警，产线运行规则、技术标准一律上线，知识沉淀、知识共享助力员工成长，绩效导航引领各工序协同高效运行。在智慧制造的加持下，2021年，四钢轧总厂钢产量903万吨、热轧材933万吨，双双创下年产纪录，主线岗位优化35%，成本下降8%。
承德建龙热轧258无缝钢管项目入选国家级智能制造示范工厂
2021年12月，北科工研作为主要建设方的承德建龙钒钛高科258无缝钢管项目入选国家级智能制造示范工厂，成为河北省仅有的3家示范工厂之一，也是建龙集团第一家国家级智能制造示范工厂。该项目的关键技术包括从坯料到成品的全流程逐支跟踪系统，钢管内外表面智能缺陷检测、钢管管端智能打磨，冶金工业互联网平台，生产过程质量管控系统，以数字钢管为核心的多融合数字孪生工厂等，通过智能制造技术应用实现运营成本降低4.2%，数据录入时间减少≥90%，吨钢燃气消耗平均下降3%，数据完整性提高≥98%，定员比同类钢厂减少40%，一次合格率提高1%，氧化烧损降低0.1-0.2%，成品库混钢为0。该项目成功实施将为行业推进智能制造提供优秀样板和可复制推广路径。
南钢数字化转型战役：板材事业部全流程智能制造及公司智慧运营项目
2021年4月，南钢智能制造大会宣布南钢数字化转型总攻战役正式打响，北科工研作为参战主力军之一，负责板材事业部全流程智能制造项目及参与公司级智慧运营项目。
板材事业部全流程智能制造项目建设内容涵盖第一炼钢厂和宽厚板厂集控中心建设、板材事业部智慧运营中心建设，通过构建物料数字画像和板材KPI指标体系，结合数据治理，以质量和成本为主线，以提质降本增效为目标，建设九位一体的智慧运营平台，涵盖生产、质量、运维、能源、研发、物流、成本、营销及安环等智慧运营模块。团队克服疫情的不利因素，投入80余人，在2021年9月顺利完成项目基本设计，11月底实现板材数字工厂（一期）上线，该项目将在2022年9月全面上线。
南钢智慧运营项目依托工业互联网平台和新一代信息技术，支撑公司从原料到成品、从制造到经营生态各领域的协同优化和智能决策，实现公司运营管控从传统到数字、从离散到集约、从多层级到一体化的转变。项目由金恒总包，北科工研负责总体框架及功能模块设计、可视化系统技术支撑与推进管理等方面工作。从2021年7月正式进驻现场以来，与南钢制造部和金恒科技等单位协同作战。2021年11月，智慧运营中心顺利实现上线试运行，现已集成45套支撑系统、726个报警规则、82个模型、26万多个数据点，集成6条配套的数字工厂示范线，实现运营与产线单元的数字化、一体化管控。
五、展望
站在新一轮科技革命和产业变革与冶金行业高质量发展的历史性交汇点上，北科工研将坚定不移地将智能制造作为主攻方向，助力推动行业技术变革和优化升级，以“鼎新”带动“革故”，提高质量、效率效益，减少资源能源消耗，畅通产业链供应链，助力企业实现“双碳”目标。
2022年，北科工研将踔厉奋发，笃行不怠，一起向未来！ | 