在新一輪發展周期中，中國鋼鐵工業將以綠色制造的全新理念，運用人工智能，信息技術引領行業發展，為世界鋼鐵工業留下更深的印記。未來，智能制造技術給鋼鐵工業帶來的變革不僅是效率的提升和質量的穩定，更重要的是提升柔性生產能力。
1 《中國制造 2025》在河鋼集團唐鋼新區中的體現與應用
《中國制造 2025》的核心是“智能制造”和“互聯網+”，主攻方向是智能制造，要推進信息和與工業化深度整合，把智能制造技術作為信息化和工業化深度融合的主要發展方向，主要發展智能裝備和智能產品，促進生產過程中的程智能化、培養新型生產方式，大力提升企業生產、研發、管理和服務的智能化水平。在信息化技術背景下，工業與信息化的融合，催生了新的工業發展形態。河鋼集團唐鋼新區在《中國制造 2025》行動綱領指導下，加大對數字化、智能化技術的應用，將為鋼鐵企業在技術、設備正常運行率、生產效率、綠色環保、能源效率等方面實現更多的改善，又能滿足客戶端日新月異的高標準、個性化需求，將給河鋼集團唐鋼新區的發展創造更加美好的未來。
2 智能制造概述
智能制造是制造業在數字化、網絡化、智能化技術中的充分體現，是我國制造業創新發展的主要途徑，更是我國制造業轉型升級的主要路徑，也是我國加快建設制造強國的主要發展方向。智能制造既是一個“大系統”，貫穿于產品、制造、服務全生命周期的各個環節，又是個“大概能”，是信息技術與制造技術的深度融合。
2.1 智能制造國內外發展與應用
20 世紀 90 年代，美國開始了制造業信息化，目標是研究世界領先的先進制造技術，制定了 AMT(Advanced ManufacturingTechnology，先進制造技術)發展戰略，支持科研院所、大學與工業界三者聯合開發先進制造技術。人工智能技術、控制論、互聯網等智能技術的基礎大多數起源于美國。美國在智能產品的研發方面有早期的集成電路、PLC、數控機床，到如今的無人駕駛汽車、智能手機以及各種先進傳感器，美國的 IBM、思科、通用電氣和 AT&T 等軟件公司也是用工業互聯網來改造制造業，用信息化帶動制造業發展。
早在 1982 年歐洲制定的信息技術發展戰略計劃中，就強調了面向未來制造核心技術的開發。由德國、法國和英國發起的“未來的工廠”的尤里卡項目將相關制造業方面的研究與開發作為重點。歐洲國家在智能制造領域中的戰略布局也非常早，其智能制造各環節均處于世界領先地位。德國企業在汽車電子、機械電子、機床電子、醫療電子等領域引領全球相關領域的發展。
1991 年我國國家自然科學基金委員會組織多個高校及亞太國家就智能制造的國際合作進行了研討。在智能系統與建模、智能調度、智能機器人、智能控制、智能故障診斷5個領域進行合作研究。我國制定的“九五”計劃也將先進制造技術作為發展領域。1993 年，我國國家自然科學基金重大項目就研究了“智能制造系統關鍵技術”1999 年開展了“支持產品創新先進制造技術研究”，在“863”計劃中先進智能制造技術被納入計劃之中。在工業 4.0 以后，中國相繼提出信息化和工業化深度融合、互聯網+、《中國制造 2025》等一系列指導思想，來指導我國智能化制造的發展。進入21世紀以來，我國在許多智能制造重點項目方面取得巨大成果，掌握了一大批相關基礎研究成果，建設了一批相關的國家重點實驗室、國家工程技術研究中心。在未來20年，我國在智能制造方面的發展總體將分為兩步走。
第一步：到 2025 年“互聯網+制造”即數字化網絡制造在全國會得到大規模推廣應用;同時，新一代智能制造試點示范取得顯著成果。
第二步：到 2035 年，全新智能制造將在全國制造業實現大規模推廣應用，中國制造業將實現智能升級。
2.2 智能工廠的構架與功能定義
全新智能工廠是實現智能制造的前提和基礎，智能工廠可以分成三大部分(圖 1)。
圖1 智能工廠構架
(1)第一部分包括：企業層對產品研發和制造準備進行統一的管控和 ERP(Enterprise Resource Planning，企業資源計劃)進行集成，建立統一的研發制造管理系統。
(2)第二部分包括：管理層、操作層、控制層、現場層通過工業網絡進行組網，從而實現從生產管理，到工業網底層的網絡連接，來滿足管理生產過程、監控現場生產執行、采集現場生產設備和物料數據的業務要求。
(3)第三部分包括：要求產品開發制造過程進行建模與仿真之外，還要根據產品的變化對生產系統的重組和運行進行仿真，在投入運行前就要了解系統的使用性能，分析其可靠性、經濟性、質量、工期等，為生產制造過程中的流程優化和規模性網絡制造提供有力支持。
2.3 河鋼集團唐鋼新區主要智能工廠項目
唐鋼新區的智能工廠建設，通過系統間的深度集成、互聯互通，使產品的設計、計劃、生產、質量、銷售一貫到底，使企業內部生產管理單元與客戶和市場構成了協同作業鏈，訂單交付周期、品種鋼比例、訂單兌現率等指標均有良好改善。具體項目有全球首座智能“無人化”料場、沖渣水處理裝置、2050 mm 熱軋精軋機組、數字化生產指揮中心、智能化連鑄六包回轉臺實現澆鋼、能源環保一流管控項目等。智能制造技術全面的推廣應用，能夠快速帶動鋼鐵工業實現“柔性制造”生產模式，從而實現用宏觀大數據來指導微觀生產，為鋼鐵行業節能減排、綠色環保發展，起到了有力支撐。
3 河鋼集團唐鋼新區的數字化工廠
對于鋼鐵制造業而言，數字化工廠以軟件為依托，為工廠建立一個全面的電子化數據倉庫平臺，數據庫全面涵蓋了工廠設計、技術改造、設備更新等各個階段，能夠從設計開始到工廠退役之間的過程中，合理的管理工廠。河鋼集團唐鋼新區充分應用了數字化信息技術，在鋼鐵產銷系統平臺中，產品訂單信息輸入后，系統會自動根據整體生產的成本消耗和市場價格準確的測算出指定品種鋼材的效益情況，生產制造部門也就可以根據測算結果來選擇效益最大化的訂單，并優先組織產品的生產。在滿足客戶需求的同時，來實現效益的最大化，充分體現了“柔性制造”生產模式。
4 智能制造裝備
智能制造裝備是先進制造技術、信息技術和人工智能技術的高度集成，也是智能制造產業的核心載體。與傳統的數控裝備不同，智能制造裝備不僅是緊密、復雜的機電一體化系統，還需要具有自感知、自適應、自診斷、自決策等智能特征，才能滿足航空、航天、汽車、能源等不同制造領域的多樣化需要。
4.1 智能制造裝備的特征與意義
智能制造裝備是機電系統與人工智能系統的高度融合，充分體現了制造業向智能化、數字化和網絡化發展的需求。與傳統的制造裝備相比，智能制造裝備具有自我感知能力、自適應和優化能力、自我診斷和維護能力、自主規劃和決策能力。智能制造裝備是未來制造裝備發展的必然趨勢：智能制造裝備的特點與優勢將在航空、航天、汽車、能源等重點制造領域得到充分體現，對實現低污染、節能加工、對推動可持續發展具有重要戰略意義;智能制造裝備是全面發展社會生產力的重要基礎;智能制造裝備是推動我國制造業轉型升級的核心力量，智能制造裝備是智能化、信息化與自動化深度融合的體現，大力發展智能化裝備對加快我國制造業向“高端制造”轉型升級，提升制造效率、技術水平與產品質量，降低能源與資源消耗，推動制造過程智能化和可持續發展具有十分重要的戰略意義，智能制造裝備是實現高端裝備的主要技術手段，涉及智能儀器儀表、智能數控系統、智能機床與成套裝備等方面，因此，加強智能制造裝備的發展，能夠滿足關鍵領域向高端制造轉型的需求，是提高國家制造業核心競爭力，帶動產業升級和其他新興產業領域的發展，推動“中國制造”向“中國智造”轉變。
4.2 智能制造裝備及系統的組成
智能制造裝備是先進制造技術、信息技術和人工智能技術的高度集成，也智能制造產業核心載體。智能制造裝備通常包括裝備本體與相關的智能使能技術，裝備本體需要具備優異的性能指標，如精度、效率及可靠性，而相關的使能技術則是使裝備本體自感知、自適應、自診斷、自決策等智能特征的關鍵途徑。智能制造裝備的組成圖 2 所示，其中典型的智能使能技術包括物聯網、大數據、云計算、機器學習、智能傳感、互聯互通與遠程運維等。智能制造單體雖然具備智能特征，但其功能和效率始終是有限的，無法滿足現代化制造業規模化發展的需求，因此需要基于智能制造裝備，進一步發展和建立智能制造系統(圖 3)。其中，最下層為不同功能的智能制造裝備，如智能機床、工業機器人、智能測量儀;多臺制造裝備組成了數字化生產線，實現了各種智能制造連接。進一步多條數字化生產線組成了數字化車間，實現了各數字化生產線的連接;最后由多個數字化車間組成智能工廠。最上一層為應用層、由物聯網、云計算、大數據、機器學習、遠程運維等使能技術組成，為各級智能制造系統提供技術服務和支撐。
圖2 智能制造裝備組
圖3 智能制造系統的組成
4.3 河鋼集團唐鋼新區工業機器人
河鋼集團唐鋼新區大力推進工業機器人在線的典型應用，加快“智能化與工藝裝備的深度融合”步伐，提升生產線智能化水平，促進鋼鐵產業現場無人化，進一步提升產品生產線智能制造的支撐能力。工業機器人的投入有效提升了生產線撈渣的工作效率，在提高產品表面質量穩定性、提高產品合格率、降低生產成本等方面作用明顯，促進生產線提質增效。從鋼鐵企業對工業機器人和智能制造裝備應用的 6 個偏好為出發點，即質量偏好、效益偏好、減員偏好、安全偏好、政策偏好、降本偏好，并根據現場工位強度需求與機器人研發難度象限圖分布理論，重點研究了精煉爐自動測溫取樣、鍍鋅線自動撈鋅渣、鋼材自動打捆、自動包裝、產品自動標識等機器人在生產線應用的可行性。通過研發并實際部署具有自主知識產權的工業機器人系統，為作業過程標準化、質量改善、工作效率提升以及安全保障能力建設提供專業化支撐手段。機器人的應用將在降低職工勞動強度、提高工作效率和標準化作業方面帶來良好效果。
5 工業大數據在河鋼集團唐鋼新區的應用
大數據是指儲存在各種介質中的大規模的各種心態數據，對各種儲存介質中的海量信息進行獲取、儲存、管理、分析、控制而得到的數據。大數據的大不止體現在容量方面，更體現在其價值方面相較于數據的大小，數據的多元性和實時性對大數據價值有著更加直接影響，大數據技術意義并不在于數據本身，而在于將數據轉變為信息，再從信息中獲得知識，從而可以更好地進行決策。工業大數據是鋼鐵工業未來發展的主要方向。河鋼集團唐鋼新區進一步推進人工智能、大數據、數字信息化等新一代信息通信技術與鋼鐵行業深度融合，推動質量變革和效率變革，打造智能制造時代河鋼發展新優勢。尤其是在智能制造方面持續發力，積累了海量的工業數據，在無人天車、一鍵煉鋼、工業機器人應用等領域不斷取得突破，這些工業大數據將推動河鋼集團唐鋼新區向智慧企業發展轉變。
6 結束語
21 世紀以來，互聯網、云計算、大數據等全新信息技術飛速發展，智能制造集中匯聚在全新人工智能技術的戰略性突破，全新人工智能已經成為新一輪科技革命的核心技術。因此鋼鐵領域大力發展智能制造，是我國鋼鐵領域制造轉型升級的主要途徑，是加快建設制造強國的主要發展方向。(作者：李鴻)