智能制造已成为我国冶金工业转型升级、培育新质生产力的核心主攻方向，其发展水平直接关系到我国制造业的质量水平。工厂和车间作为企业生产运营的重要节点在技术迭代中被重点关注，冶金智能工厂研讨、设计与实践一直是行业热点。高效轧制与智能制造国家工程研究中心（简称“中心”）深度融合新一代信息技术与人工智能技术，形成了以“操维集中”和“业务协同”为核心的双智控轧制智能工厂解决方案，旨在系统性、定制化地解决企业长期在生产和管控方面存在的生产率低下、产能释放不足、质量问题频发、业务精益管控不足等问题，已累计完成包括宽厚板、卷板、无缝钢管、箔材、轨梁、车轮在内的6类国内首套落地，助推企业开展领航级、卓越级智能工厂全面落地建设。

1概述

近十年来，我国钢铁行业智能制造由自动化、信息化逐步向数字化、智能化演进，建设重点已由单台设备和关键工序的稳定控制，转向工业数据贯通、业务协同和工厂整体优化。轧制工序连接冶炼与终端产品制造，具有流程长、设备多、工序耦合强和生产节奏快等特点，其智能化建设既要着力解决现场感知、生产操作、物料跟踪和设备运维问题，也要统筹协调质量、能源、成本和交付等业务。

在此背景下，中心融合新一代信息及人工智能技术，围绕“操维集中”和“业务协同”持续攻关，形成兼顾行业共性需求与企业定制化需求的双智控轧制智能工厂整体解决方案。目前，相关成果已在宽厚板、卷板、无缝钢管、箔材、轨梁、车轮、高线、棒材等多类产线整体落地应用。

2总体架构与关键技术

传统轧制智能化建设中存在单线独立、系统分散、业务协同不足等问题，已难以支撑工厂整体绩效提升，需要对生产组织与经营管控进行协同重构。中心经过多年的工程实践与探索，提出“智能支撑-智能生产-智能管控”三层技术架构（见图1）。不同于传统的分层建设方式，该架构围绕工厂级协同目标，以短板补齐、智能检测、工业互联网平台等为支撑，以关键绩效指标为牵引，借助精准感知、数字孪生、智能算法等技术，聚焦操维集中和业务协同“双智控”，提高产线极致制造能力和业务高效协同能力。通过实现物质流、能量流、信息流互联互通，实现生产过程中大尺度的全局优化和资源合理配置，推动真正意义上的工厂技术变革。

图1 “智能支撑-智能生产-智能管控”三层技术架构图

智能支撑层融合智能感知、物料跟踪、工业网络和数据治理等技术，实现生产要素的全面感知与数据贯通；智能生产层依托先进测控、工艺模型和远程集控等技术，实现关键工序精准控制、生产过程在线优化与集约化操作；智能管控层以KPI为核心，融合数字孪生、智能算法和协同分析，实现生产、质量、设备等业务的协同决策与持续优化，形成数据感知、生产执行与经营管控相互联动的技术体系。

2.1智能支撑层关键技术

智能支撑层是智能工厂建设的基础，主要面向智能工厂建设所需的全线设备自动化、物料数字化和信息获取全域化。其建设内容包括补齐控制系统短板、应用智能检测与装备技术、推进机器人替代人工以及建设工业互联网平台等。具体如研制激光打标、自动喷号、自动修磨、测温取样等智能机器人装备，推动高危、繁重作业向自动化、少人化转变；定制化开发全线物料多维检测技术，实现轧制过程字符标识、钢种鉴别、轮廓尺寸、表面缺陷等关键工艺状态的在线检测与数据关联；融合视觉AI、智能装备与逻辑复合模型，开发涵盖棒、管、型、锻等物料的单件跟踪系统，实现物料与生产数据的准确关联；开发镰刀弯、翘扣头、机架间跑偏、卷取定尾等智能检测程序，实现轧制过程异常识别、质量判定与工艺参数动态调整；构建“更懂冶金工艺”的一体化工业互联网平台，实现全域数据的采集、治理、服务，全面支撑物料跟踪、质量追溯、设备诊断及数字孪生等应用建设，推动数据资源向智能化应用能力转化。智能支撑层关键技术主要解决工厂面临的工序衔接不畅、数据断点较多和人工干预频繁等问题，有效降低高风险岗位人工劳动强度，提升生产作业的连续性、稳定性和安全水平。

2.2智能生产层关键技术

智能生产层聚焦生产运行的集约化建设，是智能工厂的有形价值体现，重点推动过程控制智能化、生产操作少人化，实现车间运行集中操控，内容包括新一代控制系统实现自感知、自决策、自执行和自学习，生产全过程的一键式、高精度、无人化、少人化综合运行技术，以及在此基础上实现高效生产、岗位优化、操作集控和精益生产（见图2）。具体如开发无人行车和智能库管系统，实现库区信息化、智能垛位分配与调度；开发多类炉型智能燃烧模型，实现炉温自动设定、炉气精准控制等；综合加热炉无人化控制技术、粗轧无人化控制技术、精轧少人化控制技术和卷取少人化控制技术实现全轧线一键轧钢；安环智能系统，实现电子摘挂牌信息化、消防集成一张图、危险作业AI预警等；开发多线多区域“1+N”操作集控技术，统一人机界面、视频监控和安全联锁等技术，推动操作岗位与设备运维流程重构，实现生产操作、设备监控和异常处置的集中协同。智能生产层是轧制高度自动化的外在表现，通过集约化方式倒逼轧线全方位技术升级。

图2 智能生产层关键技术架构图

2.3智能管控层关键技术智能管控层聚焦大数据应用，是智能工厂建设的无形价值体现（见图3）。该层主要关注流程信息透明化、工厂管理扁平化和业务决策精准化，具体包括以数字产品为核心构建业务集控中心，以绩效动态指标管理为导向实现生产、质量、成本、设备等多业务大尺度协同。具体如开发生产协同管控系统，实现了从合同、标准、工艺设计、计划、完工等全面集成贯通，应用高级智能排程模型实现余坯余材智能替代、智能配料与自动排产，提升成材率1%、节省工装更换时间10%以上；精细化能源与成本管控系统，实现能源（水、电、气、碳）的核算、分析与调度和全业务全成本动态精准核算；设备智慧运维系统，实现设备状态集中监测、故障诊断与精度评价；构建全域全要素数字孪生系统，涵盖从单体设备、产线到公司级整体运营，实现跨工序、跨产线、跨区域的实时监控与协同决策。管控层应用纵向贯通炼钢、轧制、精整、热处理等生产环节，横向融合生产、质量、设备、能源、成本、物流、交付等业务数据，建立涵盖50+一级指标、500+二三级指标的绩效评价体系，形成以KPI驱动、跨业务协同和持续优化为特征的工厂级智能运营模式。

图3 智能管控层关键技术架构图

3示范业绩与行业认可

中心紧密围绕冶金行业智能化转型需求，通过多年的实践验证了面向双智控多层次智能工厂构架的合理性和可行性，并已经在行业内形成了良好的示范效应，相关技术成果已在钢铁及有色材料加工等领域实现推广应用，建成了一批具有行业影响力的智能工厂，取得显著的提质增效、降本降耗成效。在大冶特钢建成特钢无缝钢管智能工厂，融合智能排产、物料跟踪、数字孪生和智能模型等技术，实现多品种、小批量、定制化柔性生产，产量提升8.83%、吨钢能耗降低10.42%、金属损耗减少2.13%，助推卓越级工厂建成（见图4）；在南钢建成宽厚板钢轧一体化智能工厂，构建“8+N”智慧运营体系，贯通49个工序、459台关键设备，实现炼钢、轧钢全流程协同管控与生产经营一体化运营，助力领航级工厂成功落地（见图5）。

图4大冶特钢无缝钢管全流程精益化智能工厂

图5 南钢宽厚板钢轧一体化智能工厂

上述系列项目的成功实施，形成了覆盖不同工艺流程和生产组织模式的智能工厂建设成果，先后支撑1家领航级、3家卓越级智能工厂及4家国家级智能制造示范工厂建设，相关成果获冶金科学技术奖特等奖1项、省部级一等奖4项；质量管控、表面缺陷检测、无人行车等技术入选工信部钢铁行业智能制造解决方案推荐目录及优秀案例，牵头或参与制定《钢铁行业智能工厂评价导则》等9项行业标准。近三年，受到人民日报、央视新闻、央视财经、新华社等主流媒体广泛关注，累计报道100余次，充分展现了我国轧制智能制造在技术创新、工程应用和产业推广方面取得的积极成效，进一步提升了“双智控”智能工厂解决方案的行业认可度，为钢铁及有色金属加工行业数字化转型和智能化升级提供了示范借鉴。

4展望

新一代智造制造的号角已吹响，人工智能技术与先进制造技术的深度融合，将彻底重塑制造业的技术体系、生产模式与产业生态。大模型、工业智能体等技术也将逐步进入生产分析、工艺优化和经营决策等环节，推动智能制造由数据分析向辅助决策和自主优化延伸。技术不断发展的同时，智能工厂建设仍需立足实际生产需求，智能化并非简单叠加人工智能技术，自动化基础、数据基础、工艺模型和业务管理体系决定了智能化应用的深度，只有深入现场识别实际问题，结合工业数据与冶金机理选择合适的技术，才能真正形成应用价值。

面向未来，“双智控”将进一步深化AI赋智与系统进化，持续完善操维智控与协同智控体系，以自主智能为核心、全域协同为支撑、体系跃升为目标，推动轧制智能工厂真正迈入全面智能化时代，支撑新型工业化和新质生产力培育。