钢铁工(gong)业(ye)是(shi)国(guo)民(min)经(jing)济的(de)重(zhong)要(yao)基础产业(ye)，是(shi)国之基石。改革(ge)开(kai)放(fang)以来(lai)，我国钢铁(tie)行(xing)业(ye)迅速(su)发展，到2020年，我(wo)国(guo)钢产量(liang)已(yi)经达到(dao)世(shi)界总产量(liang)的57%，可以(yi)生产(chan)所(suo)有(you)门类的钢铁(tie)产(chan)品(pin)。钢铁工(gong)业为国家建(jian)设(she)提(ti)供(gong)了重(zhong)要(yao)的原(yuan)材(cai)料保(bao)障(zhang)，有力支(zhi)撑(cheng)了国民(min)经(jing)济的健康(kang)发(fa)展(zhan)，推(tui)动(dong)了我国(guo)工(gong)业化、现代(dai)化(hua)进程，促(cu)进(jin)了民(min)生(sheng)改(gai)善和社会(hui)进(jin)步(bu)。

钢铁行业数(shu)字化(hua)转型的(de)机遇与(yu)挑(tiao)战

作(zuo)为大(da)型复杂流(liu)程(cheng)工业(ye)，钢(gang)铁(tie)工业全流程各(ge)工序均为具有(you)多(duo)变(bian)量(liang)、强耦合(he)、非(fei)线(xian)性和(he)大滞(zhi)后(hou)等特(te)点的(de)“黑(hei)箱”，实(shi)时(shi)信(xin)息(xi)极度缺乏；各(ge)单元为(wei)孤(gu)岛(dao)式控(kong)制，尚(shang)未做到(dao)单(dan)元间(jian)界(jie)面无(wu)缝(feng)、精准(zhun)衔接(jie)。钢铁行(xing)业面(mian)临的(de)质(zhi)量、成本、环(huan)境、稳(wen)定(ding)性等(deng)方(fang)面(mian)的问(wen)题亟(ji)待解决(jue)。严(yan)重(zhong)的(de)“不确(que)定(ding)性(xing)”是钢铁(tie)生产(chan)过(guo)程(cheng)面(mian)临的(de)重(zhong)大挑战(zhan)。

钢(gang)铁(tie)行业具有丰富的数字技(ji)术应用场景资(zi)源。经过长期的建(jian)设和(he)发展，钢(gang)铁行业已经(jing)具(ju)有先进(jin)的(de)数据(ju)采集系(xi)统、自动化(hua)控(kong)制(zhi)系(xi)统(tong)和研(yan)发设施(shi)，可以(yi)为(wei)我(wo)们(men)提(ti)供(gong)海量的(de)数(shu)据资(zi)源(yuan)。我们已经实(shi)现(xian)了全(quan)面的(de)数(shu)据采(cai)集和(he)丰(feng)富(fu)的(de)数据积累(lei)。

习(xi)近(jin)平(ping)总书记(ji)号召(zhao)我(wo)们(men)“加(jia)快(kuai)建设(she)数字(zi)中国”。我(wo)们(men)钢铁(tie)人要将数(shu)字(zi)技术与钢(gang)铁行业(ye)深(shen)度融(rong)合，充分(fen)发(fa)挥钢铁(tie)行(xing)业(ye)海量(liang)数(shu)据和丰(feng)富应(ying)用(yong)场景优势，在工业互(hu)联(lian)网(wang)、大数据、云计算、5G网络等信(xin)息(xi)技术的(de)支撑下，借(jie)助(zhu)大数据(ju)与(yu)机(ji)器(qi)学(xue)习(xi)/深(shen)度(du)学习(xi)等(deng)数(shu)据科(ke)学(xue)技术，快速解(jie)析海(hai)量数据(ju)中(zhong)蕴含的企(qi)业生(sheng)产(chan)过程中(zhong)的规律(lv)，并利(li)用这些(xie)规(gui)律解决流程工(gong)业(ye)普遍(bian)存(cun)在的不确定(ding)性等(deng)“黑(hei)箱”难(nan)题，发挥(hui)数(shu)据(ju)技术(shu)的(de)放大(da)、倍(bei)增、叠(die)加(jia)作用，推进(jin)钢(gang)铁行(xing)业的数(shu)字化(hua)转(zhuan)型(xing)与(yu)高(gao)质(zhi)量(liang)发展(zhan)。

数字驱(qu)动(dong)的(de)钢(gang)铁材料创新基(ji)础(chu)设施(shi)

钢铁(tie)材料创新(xin)基(ji)础(chu)设施(shi)是以工(gong)业(ye)互联网(wang)为(wei)载体(ti)、以(yi)数字孪(luan)生为核心(xin)，提供(gong)数(shu)据全生命周期(qi)管理，支(zhi)持数(shu)据(ju)治(zhi)理(li)、大(da)数据存储(chu)、大数(shu)据分析引(yin)擎(qing)、大(da)数据流动(dong)驱(qu)动等(deng)数据(ju)底(di)座。它搭(da)建数(shu)据化(hua)业(ye)务基(ji)盘，并构建面向未来(lai)的数字(zi)化创(chuang)新(xin)应用(yong)，依(yi)托全(quan)流程、全场(chang)景数(shu)字(zi)化(hua)转型，软硬(ying)协同，发展(zhan)最新的(de)工(gong)业信(xin)息(xi)通信技(ji)术(shu)，实(shi)现钢(gang)铁(tie)工(gong)业的数字化(hua)转(zhuan)型。

钢(gang)铁(tie)行业(ye)必须与(yu)数(shu)字(zi)经(jing)济(ji)、数(shu)字(zi)技术(shu)相(xiang)融(rong)合，发挥钢铁(tie)行业(ye)应用(yong)场(chang)景和(he)数(shu)据(ju)资(zi)源(yuan)的优势，以(yi)工业互联网(wang)为载体、以底层(ceng)生产线(xian)的数(shu)据(ju)感(gan)知和精(jing)准(zhun)执(zhi)行(xing)为(wei)基础、以(yi)边(bian)缘过(guo)程设定(ding)模型的数字(zi)孪(luan)生(sheng)化(hua)和CPS化(hua)为核心(xin)、以(yi)数(shu)字驱动(dong)的云平台为(wei)支(zhi)撑，建(jian)设(she)数(shu)字技(ji)术与钢(gang)铁(tie)企业(ye)实体(ti)技术深(shen)度(du)融(rong)合的(de)数字化(hua)创新(xin)基础(chu)设施，钢(gang)铁材(cai)料创新基(ji)础(chu)设施(shi)是钢(gang)铁工业(ye)的核(he)心(xin)竞争力。

创(chuang)新基(ji)础(chu)设(she)施的(de)核心(xin)功(gong)能，就(jiu)是建(jian)立钢(gang)铁(tie)材料的(de)成分(fen)设计(ji)、制(zhi)造工艺与(yu)其(qi)组织、性能、服(fu)役表现、外形(xing)尺寸(cun)、表面质(zhi)量或其(qi)他(ta)各种经过(guo)数字化(hua)的非(fei)结(jie)构化数(shu)据(ju)表(biao)征的状(zhuang)态变(bian)量(liang)之间的(de)关(guan)系(xi)，即建(jian)立钢(gang)铁(tie)行业信息(xi)物理(li)系(xi)统(tong)的(de)数(shu)字(zi)孪生，利(li)用(yong)自学习、自适(shi)应(ying)、自组(zu)织(zhi)的(de)数字技术持(chi)续优(you)化(hua)生产工艺(yi)过程(cheng)，实(shi)现(xian)钢铁(tie)行业(ye)绿色化、数(shu)字(zi)化(hua)、高质(zhi)化、服(fu)务(wu)化发展(zhan)的(de)目(mu)标。

钢(gang)铁(tie)企业创新基(ji)础(chu)设(she)施(shi)包(bao)括(kuo)4个主要(yao)组成部分，即(ji)实验中(zhong)心、中(zhong)试(shi)基(ji)地(di)、底层(ceng)生(sheng)产(chan)线组(zu)成的物理空间，位(wei)于边缘(yuan)的边缘(yuan)数(shu)字化(hua)核心平(ping)台（边缘(yuan)云(yun)平(ping)台(tai)），位(wei)于(yu)云(yun)平台之(zhi)上(shang)的(de)企(qi)业(ye)资源配(pei)置(zhi)与(yu)管理平台（资(zi)源(yuan)配置(zhi)与管理平台），以(yi)及管(guan)理(li)以(yi)上(shang)底(di)层(ceng)物理实体和2个平(ping)台的网(wang)络(luo)系统(tong)。

强大健全的物(wu)理实体(ti)底(di)层：数据采(cai)集(ji)与(yu)执(zhi)行(xing)机构

钢铁(tie)创新基(ji)础(chu)设(she)施(shi)的底(di)层(ceng)是(shi)企业(ye)实(shi)验(yan)室、中(zhong)试(shi)基(ji)地、生(sheng)产线(xian)组(zu)成(cheng)的(de)物理(li)实体。在物(wu)理(li)实体设(she)备(bei)上安(an)装的信息(xi)感(gan)知系统(tong)，采集数(shu)据(ju)并传(chuan)送到边(bian)缘(yuan)或(huo)云(yun)平台(tai)，对经过(guo)预(yu)处(chu)理(li)的海(hai)量(liang)数(shu)据，进行数(shu)据分(fen)析(xi)，并在边(bian)缘(yuan)建(jian)立数字孪生(sheng)模(mo)型进行过程(cheng)控制，或在云平台进(jin)行(xing)管(guan)理和(he)操(cao)作(zuo)指导(dao)。

钢(gang)铁工(gong)业(ye)要采(cai)用数字化(hua)技术，实现(xian)数字化转型(xing)，首(shou)要条件是钢铁(tie)产(chan)线的(de)各(ge)个(ge)基本单(dan)元具有完备、可(ke)靠、性(xing)能优良(liang)的数据采集(ji)系统(tong)，可(ke)以提(ti)供精(jing)准、齐(qi)全(quan)的现(xian)场(chang)有关(guan)材(cai)料(liao)成分(fen)和实时(shi)操作数(shu)据(ju)等输(shu)入(ru)数据，以及材(cai)料外形尺(chi)寸、组织性(xing)能(neng)、表(biao)面(mian)质(zhi)量(liang)等输(shu)出数(shu)据。同时，各(ge)工(gong)序的基(ji)础(chu)自动(dong)化系(xi)统和执行(xing)机构必(bi)须以足够的响(xiang)应性(xing)、实(shi)时性和控制精度(du)实现(xian)过(guo)程控制(zhi)系统(tong)与物(wu)理(li)系统(tong)的(de)实时交互(hu)，完成(cheng)需(xu)要(yao)的自动(dong)化(hua)控制(zhi)任务(wu)。

尽(jin)管(guan)我国(guo)的多(duo)数(shu)钢厂是(shi)近(jin)年建(jian)设(she)的，采(cai)用了(le)先进的自(zi)动化(hua)技(ji)术，有较(jiao)好(hao)的自动(dong)化(hua)基础，但是(shi)仍(reng)然(ran)有(you)缺项(xiang)和(he)“短(duan)板(ban)”。因(yin)此(ci)必(bi)须填(tian)平补(bu)齐(qi)底层(ceng)生产(chan)线(xian)的(de)数据(ju)采(cai)集(ji)和(he)执行机(ji)构的缺项，消除“短板(ban)”。由于(yu)钢(gang)铁(tie)行业作(zuo)业条件(jian)和技术(shu)水(shui)平的限制，过去的一(yi)些数(shu)据(ju)难以检测，甚(shen)至检(jian)测不了(le)。比如(ru)炼钢(gang)过程(cheng)中的下(xia)渣(zha)检(jian)测、连铸(zhu)液面波(bo)动(dong)检(jian)测(ce)、复(fu)杂(za)形(xing)状(zhuang)的测(ce)量(liang)等。现在(zai)可(ke)以(yi)采用(yong)各(ge)种新(xin)检测(ce)方法(fa)来实(shi)现(xian)信(xin)息感(gan)知(zhi)。利(li)用(yong)机(ji)器视(shi)觉(jue)技术(shu)可以提供(gong)多维(wei)测(ce)量(liang)的(de)信息(xi)，经(jing)过(guo)数据(ju)变换和(he)分(fen)析(xi)，可以获(huo)得我们需(xu)要的尺(chi)寸(cun)、形状(zhuang)、分布(bu)等(deng)定量(liang)的表(biao)达。这方(fang)面(mian)有(you)很(hen)大的创新空间。

执(zhi)行(xing)机(ji)构(gou)嵌入(ru)到(dao)三(san)类(lei)实(shi)验工具(ju)的(de)物(wu)理实体(ti)层上(shang)。依靠实验(yan)室规模(mo)的(de)基础(chu)性实验(yan)装备(bei)提供的信息(xi)，可以建立(li)初(chu)级(ji)数(shu)字(zi)孪生模型。这(zhe)组(zu)模(mo)型经(jing)过中(zhong)试规(gui)模实(shi)验工具(ju)的验证(zheng)、优化，再(zai)进(jin)一(yi)步在(zai)实际(ji)生产线规模(mo)的(de)实(shi)验(yan)工具(ju)上(shang)进(jin)行(xing)生产(chan)性(xing)验证和(he)优(you)化(hua)。优(you)化后的数(shu)字(zi)孪生(sheng)模型(xing)，在生(sheng)产中承担(dan)生产过(guo)程设定计算和(he)动态设定(ding)计(ji)算(suan)，并(bing)与物(wu)理(li)系统（即生(sheng)产线(xian)）进(jin)行(xing)实时(shi)交互、反馈控(kong)制(zhi)、循环(huan)赋(fu)能(neng)。处(chu)于(yu)模型(xing)库中的(de)各(ge)钢(gang)种模(mo)型(xing)，具(ju)有(you)高(gao)度(du)自(zi)治的(de)功(gong)能，可以(yi)在(zai)轧(ya)制该钢种时，利(li)用(yong)实测(ce)大(da)数据(ju)进行(xing)自(zi)学习(xi)、自适应(ying)，实现(xian)模型(xing)的(de)更新(xin)，持(chi)续不断地提(ti)高(gao)模型(xing)的(de)保真度(du)。

为(wei)进一步提(ti)高生(sheng)产(chan)效(xiao)率(lv)、改善(shan)成材率(lv)、实现稳定(ding)生(sheng)产，需要(yao)对传统(tong)自(zi)动化系统补(bu)课，大力推(tui)进(jin)操作(zuo)的远(yuan)程(cheng)化和自(zi)动化(hua)。对于3D（Difficult，Dirty，Dangerous）岗(gang)位实(shi)行机(ji)器人(ren)化。这是一个(ge)长(zhang)期的(de)工作(zuo)，可(ke)分(fen)步(bu)逐(zhu)步(bu)实施(shi)。

数据驱(qu)动的(de)IT系统(tong)架构(gou)

建(jian)立(li)数(shu)据(ju)驱动(dong)的新(xin)型IT架构(gou)。这种(zhong)IT架构(gou)通过(guo)工(gong)业互联网直(zhi)接将底层的数(shu)据(ju)采集系(xi)统(tong)获(huo)得数(shu)据传输(shu)到边缘(yuan)及云中的数(shu)据中(zhong)心/机器(qi)学习(xi)平台(tai)，在边缘(yuan)形(xing)成(cheng)数(shu)字(zi)孪(luan)生(sheng)模型取代原(yuan)有的(de)机(ji)理或经(jing)验模(mo)型(xing)，而在云中(zhong)多(duo)数形成操(cao)作(zuo)指导(dao)，对资源(yuan)配(pei)置进(jin)行(xing)优(you)化与(yu)管(guan)理。

钢(gang)铁(tie)企业过程(cheng)控制(zhi)系(xi)统(tong)有数千(qian)台(tai)至(zhi)数万(wan)台(tai)计算机运行，发(fa)生大量(liang)的(de)数(shu)据往(wang)来。在传(chuan)统的(de)钢铁制造(zao)工序中，传(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)号汇集(ji)到定序(xu)器等(deng)下位计算(suan)机(ji)后(hou)，再(zai)传(chuan)送(song)到(dao)上(shang)位机(ji)。传(chuan)统的(de)控(kong)制系统没(mei)有考虑(lv)到(dao)整个(ge)过程(cheng)大数据(ju)分析(xi)的(de)需(xu)要(yao)。传感(gan)器数(shu)据(ju)经过(guo)多次逻(luo)辑(ji)运算、阈(yu)值处(chu)理(li)等，再分(fen)层地汇集(ji)，必然舍(she)弃(qi)较(jiao)多数据(ju)。在(zai)这(zhe)样的结(jie)构中，大数(shu)据(ju)的分(fen)析(xi)和运(yun)用非常(chang)困(kun)难(nan)。因此(ci)，必须(xu)采(cai)用(yong)数据驱动型的系(xi)统(tong)架构(gou)（Data Driven Architecture）。这(zhe)种(zhong)架构(gou)将传(chuan)感器(qi)等物联网化(hua)，公(gong)平(ping)收集所(suo)有传(chuan)感器的(de)数据，再送到边(bian)缘(yuan)和(he)云(yun)中的(de)数据(ju)中(zhong)心进(jin)行(xing)处(chu)理和分(fen)析。对于(yu)多厂商环境的课题(ti)，可以在(zai)边(bian)缘(yuan)服务器(qi)等汇集(ji)数据(ju)后，从优(you)先(xian)的数据群(qun)开(kai)始依次(ci)进(jin)行(xing)结构(gou)标准(zhun)化(hua)等操(cao)作(zuo)，以便(bian)于数据使(shi)用(yong)。这种(zhong)方(fang)法在运(yun)用(yong)原(yuan)有系统(tong)的同时，通过运(yun)用(yong)最新的(de)数(shu)据转换(huan)技(ji)术(shu)和(he)高(gao)速通信，可(ke)以(yi)推(tui)进(jin)数据驱动(dong)型(xing)架(jia)构(gou)的(de)构筑(zhu)。

在(zai)生产(chan)线附近(jin)的边缘(yuan)，设置(zhi)一(yi)个数(shu)据驱(qu)动的原位(wei)分(fen)析(xi)系统。原(yuan)位(wei)分(fen)析(xi)系统由(you)边缘(yuan)数(shu)据(ju)中(zhong)心和机(ji)器学(xue)习(xi)平(ping)台组(zu)成。数(shu)据中(zhong)心对来(lai)自(zi)传(chuan)感器(qi)系统的(de)“粗”数(shu)据进(jin)行(xing)预处理(li)，完(wan)成(cheng)“粗(cu)”数据(ju)的提(ti)取(qu)、转(zhuan)换(huan)、存储(chu)等操作。时(shi)间序(xu)列数据(ju)对(dui)流程工(gong)业(ye)特(te)别重要。这(zhe)些数据包(bao)括(kuo)仅标(biao)题加(jia)工过(guo)的(de)原(yuan)始(shi)数据(ju)，分、小(xiao)时、天等时(shi)间(jian)数(shu)据，最(zui)大值和(he)最小值等统计数(shu)据(ju)。

这个原(yuan)位分(fen)析(xi)系统(tong)的边缘(yuan)数(shu)据(ju)中(zhong)心/机器学(xue)习平(ping)台对经过处理(li)的生(sheng)产(chan)试(shi)验数(shu)据(ju)进行(xing)机(ji)器(qi)学(xue)习(xi)、深(shen)度(du)学习等(deng)数(shu)据分析(xi)，以足(zu)够(gou)的精度(du)给出描述材料(liao)成分(fen)、生产(chan)工艺与(yu)产(chan)品组(zu)织、性(xing)能、外(wai)形尺(chi)寸、表(biao)面(mian)质量(liang)、状态量等(deng)控(kong)制(zhi)目(mu)标之间的(de)关(guan)系(xi)，即数(shu)字(zi)孪(luan)生(sheng)，为(wei)后(hou)述(shu)的过(guo)程(cheng)设(she)定(ding)提供(gong)具(ju)有自(zi)学习、自(zi)适应(ying)、自组织(zhi)等(deng)能力高保真度(du)设(she)定模型(xing)系统(tong)。

在(zai)资(zi)源管(guan)理(li)与(yu)配(pei)置云平台，预处理(li)后的数据根(gen)据需要，可(ke)以(yi)使用(yong)BI(商务智(zhi)能(neng))工(gong)具(ju)进(jin)行(xing)可视化处(chu)理(li)，再输出(chu)到(dao)屏幕(mu)显示(shi)或(huo)操(cao)作指(zhi)导(dao)。BI工具(ju)可(ke)以很(hen)容易(yi)缩(suo)小数据范(fan)围(wei)，切(qie)换(huan)可视(shi)化(hua)部(bu)件(jian)，实(shi)现(xian)可视(shi)化(hua)部(bu)件(jian)之(zhi)间(jian)数据(ju)联(lian)动等，因(yin)此容(rong)易(yi)进(jin)行灵(ling)活(huo)的分(fen)析(xi)。可视(shi)化部(bu)件(jian)包(bao)括(kuo)：时(shi)间(jian)序(xu)列图(tu)表工(gong)具、散(san)点图工(gong)具、工(gong)艺(yi)流(liu)程可(ke)视(shi)化(hua)工(gong)具(ju)等。

GUI（图(tu)形(xing)用户界面计算机）环境下(xia)运行的机(ji)器(qi)学习工(gong)具(ju)有(you)两类(lei)，即(ji)专门(men)用于分析(xi)时间序列(lie)异常预兆(zhao)的(de)机器(qi)学(xue)习工具(ju)和(he)进行一般(ban)数字数据(ju)分析(xi)的机器(qi)学习(xi)工具，将依据需要(yao)分别在云平(ping)台和(he)边缘平(ping)台(tai)使(shi)用。在(zai)GUI环(huan)境下(xia)运行(xing)的深度(du)学习(xi)工具(ju)，可以处(chu)理声(sheng)音(yin)、图(tu)像、文本(ben)等非结构(gou)化数(shu)据(ju)。

为适应“无编(bian)程化(hua)”发(fa)展(zhan)趋势，采用(yong)“低(di)编(bian)码(ma)应用程(cheng)序开发”等新(xin)的(de)应(ying)用(yong)程序(xu)编程(cheng)工(gong)具(ju)，实(shi)现编程工(gong)具简(jian)易化。这(zhe)样有利于(yu)加速(su)数字技术的传(chuan)播与普及，使(shi)数字技术(shu)成为钢铁等(deng)非信(xin)息领域(yu)专(zhuan)家(jia)手(shou)中(zhong)的有力(li)工(gong)具(ju)，加(jia)速(su)在(zai)钢铁企(qi)业中发展(zhan)、壮(zhuang)大数字(zi)化创新(xin)人(ren)才(cai)队(dui)伍，形成数字(zi)化(hua)创(chuang)新(xin)的生态。

边(bian)缘数字化(hua)核(he)心平(ping)台

边缘数字(zi)化(hua)核心平(ping)台的(de)关(guan)键(jian)技(ji)术(shu)是(shi)边缘(yuan)过程设定模型(xing)数字(zi)孪生(sheng)化和边(bian)缘(yuan)—生产线互相(xiang)映(ying)射的过(guo)程(cheng)控制(zhi)的信息(xi)物理系(xi)统(tong)化(hua)。

钢铁(tie)生(sheng)产(chan)过(guo)程全部冶炼—加工(gong)过程是(shi)“黑(hei)箱”。传(chuan)统(tong)的边(bian)缘主要使用基(ji)础(chu)理(li)论数学(xue)模型和经(jing)验模型，来完成(cheng)过(guo)程(cheng)机(ji)设定(ding)计(ji)算(suan)和(he)基础(chu)自(zi)动(dong)化控制。此外(wai)，原系(xi)统的边缘(yuan)处还(hai)有过程监控(kong)系(xi)统、质量(liang)追(zhui)溯系统(tong)、数(shu)据库系统(tong)等(deng)，近年还(hai)有(you)少(shao)许(xu)的(de)局部(bu)智能化(hua)控(kong)制环(huan)节(jie)。由于环(huan)境(jing)状况(kuang)和(he)操(cao)作条(tiao)件(jian)波动以及设备运行(xing)状(zhuang)态变化，加(jia)之(zhi)过程输(shu)入(ru)条件(jian)、状(zhuang)态(tai)变量和控(kong)制(zhi)系(xi)统之(zhi)间的关(guan)系(xi)十(shi)分复(fu)杂，这(zhe)些(xie)机理模(mo)型对于全(quan)流(liu)程(cheng)“黑(hei)箱(xiang)”的(de)复杂动态过程适用性很(hen)差(cha)，预(yu)报精度(du)不(bu)高(gao)，难(nan)以准(zhun)确透(tou)视工(gong)艺、设(she)备(bei)、质(zhi)量等关(guan)键(jian)参数之间的(de)复杂关系(xi)。目(mu)前(qian)传统(tong)的钢铁生产(chan)生产过(guo)程(cheng)存(cun)在三(san)类(lei)问(wen)题(ti)。一(yi)是(shi)产品质(zhi)量、成材(cai)率(lv)、新(xin)品(pin)开发(fa)效(xiao)率(lv)等商品与(yu)服务(wu)问(wen)题(ti)，二(er)是(shi)提高产量与(yu)效(xiao)率、降低成本(ben)、防(fang)止(zhi)事故等(deng)工艺过程问(wen)题，三(san)是(shi)提(ti)高劳(lao)动(dong)生(sheng)产率(lv)、技(ji)能传承、人(ren)才培(pei)养(yang)、安全、操作水(shui)平等生产(chan)现(xian)场(chang)问(wen)题。这(zhe)三类(lei)问(wen)题(ti)均集中(zhong)在(zai)以“黑(hei)箱”为(wei)特征(zheng)的(de)主流程生(sheng)产(chan)过(guo)程(cheng)中。

针对(dui)上(shang)述影响企(qi)业经(jing)营的(de)重大问(wen)题，我(wo)们必(bi)须围绕制造(zao)主(zhu)流程(cheng)，建(jian)立“边缘数(shu)字化(hua)核心(xin)平(ping)台(tai)”，简(jian)称(cheng)“边缘(yuan)平台”，实现(xian)数字孪生系统(tong)与(yu)实际(ji)过(guo)程实时融(rong)合的(de)一体化和全(quan)流(liu)程的CPS化(hua)。

边缘(yuan)云平台的任务是，利(li)用大数(shu)据(ju)/机(ji)器学习(xi)的数据(ju)分析方法，解开贯(guan)穿(chuan)钢(gang)铁全部主(zhu)流(liu)程(cheng)的(de)“黑箱(xiang)”，搞(gao)清(qing)楚隐藏在“黑(hei)箱”中的(de)规(gui)律，将(jiang)“黑箱”变“透明(ming)”，给(gei)出(chu)全局性(xing)的数(shu)字(zi)孪生(sheng)过程控(kong)制(zhi)模(mo)型(xing)，实现(xian)边(bian)缘设(she)定模型(xing)的(de)数(shu)字(zi)孪(luan)生(sheng)化。

因(yin)此(ci)与加工、装(zhuang)配(pei)为主的机械(xie)制造(zao)业不(bu)同(tong)，钢(gang)铁等流(liu)程(cheng)工(gong)业(ye)必(bi)须将云端业(ye)务(wu)能力(li)向边(bian)缘延(yan)伸(shen)，发挥(hui)边云(yun)协同(tong)能(neng)力(li)，实(shi)现(xian)分(fen)布(bu)式(shi)云(yun)功(gong)能，强化(hua)边缘低时延、实(shi)时(shi)性工(gong)业控(kong)制。构筑在边缘(yuan)设(she)施(shi)上(shang)的(de)边(bian)缘(yuan)云计算平台(tai)，具(ju)有(you)和传(chuan)统私有(you)云一样的(de)安全性(xing)，在用(yong)户机(ji)房(fang)内(nei)就(jiu)近(jin)部(bu)署(shu)，满(man)足数据(ju)不(bu)出厂的需求(qiu)。

数据(ju)驱(qu)动(dong)的(de)边缘(yuan)数据(ju)中心(xin)，必须提供大数据(ju)/机器(qi)学(xue)习必需(xu)的(de)全(quan)部数据(ju)，并对(dui)这些数(shu)据进(jin)行(xing)提取、转(zhuan)换(huan)、存(cun)储(chu)等(deng)数(shu)据处理(li)。与此相应，在(zai)边缘(yuan)部分设(she)置(zhi)“大(da)数(shu)据(ju)/机(ji)器(qi)学习(xi)解析(xi)平台(tai)（I）”（D/M平(ping)台I），可(ke)以利用(yong)数据科(ke)学、AI等技(ji)术解(jie)析建立数(shu)字(zi)孪生过(guo)程(cheng)模型(xing)，以及(ji)实现(xian)过程(cheng)可视(shi)化、APP开发等(deng)功(gong)能。生(sheng)产过(guo)程(cheng)数(shu)字孪(luan)生(sheng)模(mo)型(xing)要传送到过程控制(zhi)系(xi)统(tong)，代(dai)替传(chuan)统的机(ji)理-经验模(mo)型，进(jin)行生产设(she)备(bei)的设(she)定和动(dong)态设(she)定(ding)。

钢(gang)铁(tie)生产(chan)流程上(shang)各(ge)个不(bu)同的应(ying)用(yong)场景(jing)，比(bi)如烧结(jie)、球团、高炉、转(zhuan)炉(lu)、精炼(lian)、连铸、热轧(ya)、冷轧等，有各自特(te)点(dian)，需(xu)要(yao)采用不(bu)同(tong)的(de)数(shu)据(ju)分(fen)析方法(fa)。所(suo)以(yi)，要(yao)注(zhu)意依据各个场(chang)景的特(te)点(dian)，采用不(bu)同的(de)机器学(xue)习(xi)算(suan)法，解决各(ge)自(zi)的(de)问(wen)题(ti)。这(zhe)是(shi)我(wo)们需要依(yi)据各单(dan)元(yuan)特(te)征(zheng)突(tu)破(po)的技(ji)术(shu)难(nan)点。

这(zhe)样一来(lai)，我们(men)在(zai)作(zuo)为(wei)物理实(shi)体(ti)的(de)物(wu)理底层(ceng)和作(zuo)为数(shu)字(zi)虚体(ti)的(de)边缘之间(jian)，形(xing)成数据(ju)闭(bi)环(huan)自动流(liu)动的(de)四(si)个环节(jie)，即“状(zhuang)态感知、实时(shi)分析、科(ke)学决(jue)策(ce)、精(jing)准执(zhi)行”的闭路(lu)循环中，实现资(zi)源(yuan)的(de)优(you)化配置。在这(zhe)个循环过(guo)程(cheng)中，大量(liang)蕴(yun)含(han)在(zai)物理空间(jian)中的(de)隐(yin)性(xing)数据经(jing)过状态感知被转(zhuan)化(hua)为显性数据(ju)，进而能够在(zai)信(xin)息(xi)空(kong)间进行(xing)计算(suan)分(fen)析(xi)，将显性数(shu)据(ju)转(zhuan)化(hua)为有(you)价(jia)值(zhi)的(de)信(xin)息。不同(tong)系统(tong)的(de)信(xin)息经(jing)过集中(zhong)处(chu)理形成(cheng)对外(wai)部(bu)变化(hua)的(de)科(ke)学(xue)决(jue)策，将(jiang)信(xin)息(xi)进(jin)一(yi)步转(zhuan)化(hua)为(wei)知识。最后以(yi)更为优化(hua)的数据作用到物(wu)理(li)空间，构成(cheng)数据(ju)的闭环流动(dong)。这个(ge)闭环(huan)赋能过程(cheng)具(ju)有(you)“数据(ju)驱动(dong)、软件(jian)定(ding)义(yi)、虚(xu)实映(ying)射(she)、泛在连(lian)接(jie)、异构(gou)集成、系(xi)统自(zi)治(zhi)”六大(da)特征(zheng)。也(ye)就(jiu)是说，我们(men)建(jian)立(li)了钢(gang)铁生产各工艺单元的(de)CPS。将全(quan)流(liu)程各(ge)单(dan)元(yuan)的(de)CPS集成(cheng)起(qi)来(lai)，就(jiu)实现(xian)了(le)全流(liu)程的CPS化。

边(bian)缘部(bu)分全流程的CPS化(hua)促(cu)成(cheng)了钢(gang)铁(tie)创(chuang)新基(ji)础设施的重要(yao)特(te)征与(yu)绝(jue)对优势。CPS实(shi)现(xian)了钢(gang)厂控(kong)制的下(xia)述突破(po)性(xing)的进(jin)展：感知(zhi)数据(ju)与操作数(shu)据全部可(ke)视化(hua)，不可(ke)见(jian)部分的(de)可(ke)视化；“黑(hei)箱(xiang)”模(mo)型(xing)数字(zi)孪生透(tou)明化，动态(tai)、实时调(diao)整(zheng)的精准(zhun)实时虚拟(ni)化；异(yi)常情(qing)况早期(qi)预先(xian)检测和(he)预(yu)测，过(guo)程(cheng)最优(you)状态(tai)的预测与(yu)检(jian)测(ce)；完(wan)成(cheng)正确(que)的(de)操(cao)作指(zhi)导，迅(xun)速的前馈(kui)与反(fan)馈，以(yi)及精准的执(zhi)行(xing)自(zi)动化(hua)等(deng)控制(zhi)响应，从而(er)实(shi)现对(dui)过程(cheng)的自(zi)主控制。 

企业资源(yuan)配置(zhi)与(yu)管(guan)理(li)云(yun)平台(tai)

云(yun)中的(de)资源(yuan)配置管理(li)云平(ping)台(tai)，简(jian)称(cheng)“云(yun)平台(tai)”，位(wei)于(yu)云(yun)中(zhong)，称为“云端智能(neng)层(ceng)”。在(zai)传(chuan)统(tong)的工(gong)业互联网(wang)系统中，它承担(dan)低实时性的(de) MES、ERP和(he)BI生产(chan)计(ji)划、管理、调度、决(jue)策(ce)等功(gong)能，同时，还可(ke)以实现质量、设备(bei)能(neng)力(li)、成(cheng)本(ben)、资(zi)源(yuan)、能(neng)源(yuan)、人力(li)资源等多(duo)个(ge)目标(biao)的管控(kong)、溯(su)源(yuan)、资源优(you)化(hua)配(pei)置(zhi)等支撑(cheng)和(he)保证(zheng)作(zuo)用(yong)。

在钢(gang)铁(tie)创新基(ji)础(chu)设(she)施(shi)中(zhong)，“云平台”负责(ze)生产(chan)计划(hua)、调度、质量、效率(lv)、稳(wen)定性(xing)等(deng)生(sheng)产活动，原(yuan)料、供(gong)应、能源(yuan)、介(jie)质、排放、物流、人力(li)资(zi)源、财务、成本、技术创(chuang)新、发展(zhan)战略等(deng)资(zi)源(yuan)配置和管理功(gong)能，是“边缘(yuan)部分(fen)”设定(ding)、运(yun)行(xing)、调(diao)度的强大(da)支(zhi)撑部(bu)分和企(qi)业管理的(de)重要组成部分(fen)。

云平(ping)台必须是(shi)数据驱(qu)动(dong)的。在(zai)云(yun)平(ping)台配(pei)置有(you)企(qi)业(ye)大数(shu)据中心和“大(da)数据(ju)/机(ji)器(qi)学(xue)习(xi)解析平台（II）”（D/M平台II），该平(ping)台(tai)也是(shi)利(li)用大数据(ju)/机器学习(xi)等(deng)数据技(ji)术，分(fen)析生(sheng)产(chan)、设(she)备(bei)、能源(yuan)、物流等资(zi)源(yuan)的(de)生产要素，对相(xiang)应部(bu)分(fen)的(de)运(yun)行和管理(li)工(gong)作(zuo)进行(xing)管(guan)理(li)和(he)优化(hua)，支(zhi)撑和(he)保(bao)证(zheng)边缘云的(de)最(zui)优化运行。位于云端智能层的(de)资源(yuan)配(pei)置(zhi)与(yu)管(guan)理(li)系(xi)统(tong)包(bao)括如(ru)下7部分：

①生产计(ji)划与(yu)调度(du)管(guan)理系(xi)统（原MES,ERP）；

②设备运(yun)维、管理、诊(zhen)断(duan)、维(wei)护(hu)、点检、检(jian)修、备(bei)件管(guan)理(li)、可(ke)靠(kao)性分(fen)析等(deng)有关(guan)事项(xiang)；

③物(wu)流(liu)、原料(liao)、介质、能(neng)源调(diao)度(du)、管理，以(yi)及工件(jian)跟(gen)踪、产品(pin)管理、排放管理，等等；

④安全；

⑤钢(gang)铁(tie)材料新品开发、工艺优化(hua)；

⑥人(ren)力资源、成(cheng)本(ben)管(guan)理、原料(liao)管理(li)、市场(chang)分析等企(qi)业管(guan)理(li)事(shi)项；

⑦企(qi)业发展战(zhan)略(lve)分析(xi)，等(deng)等。

网络与安(an)全(quan)

以(yi)通(tong)信(xin)与(yu)网(wang)络(luo)系统(tong)连(lian)接上(shang)述(shu)底(di)层(ceng)的(de)物(wu)理(li)实(shi)体(ti)与边(bian)缘(yuan)平台、云平台，形成工(gong)业互联(lian)网。将(jiang)原有光纤(xian)网络系(xi)统与新(xin)型的(de)5G网络(luo)混合(he)，形(xing)成泛(fan)在(zai)网络，将(jiang)“云”“边(bian)”“端(duan)”的内部(bu)和外(wai)部连(lian)接起(qi)来，做(zuo)到无(wu)时不在(zai)，无处不在(zai)，即(ji)插(cha)即用(yong)的泛(fan)在(zai)连接，保(bao)证数(shu)据(ju)在(zai)系统(tong)内(nei)的自由流(liu)动。

网(wang)络化能够实(shi)现工业互联(lian)网(wang)内部单元(yuan)之(zhi)间(jian)以(yi)及(ji)与(yu)其(qi)它网络系(xi)统(tong)之间(jian)的(de)互联(lian)互通。应用(yong)到工业(ye)生产场(chang)景时，网络(luo)连(lian)接(jie)的时(shi)延(yan)、可(ke)靠(kao)性等网络(luo)性(xing)能和(he)组网灵(ling)活(huo)性、功耗都(dou)有特殊要(yao)求，还必(bi)须(xu)解(jie)决异构(gou)网络融(rong)合(he)、业务支(zhi)撑的(de)高效性和(he)智能性等(deng)挑战。构成(cheng)工业(ye)互(hu)联(lian)网(wang)的(de)各(ge)器件、模(mo)块(kuai)、单(dan)元、企(qi)业(ye)等(deng)实体都要具备泛(fan)在(zai)连接能(neng)力，并实现(xian)跨网(wang)络、跨(kua)行(xing)业(ye)、异构(gou)多技术(shu)的融(rong)合与(yu)协同，以(yi)保(bao)障(zhang)数据(ju)在系统内的(de)自(zi)由(you)流(liu)动(dong)。泛在连(lian)接(jie)通过(guo)对(dui)物理(li)世界状(zhuang)态的实(shi)时(shi)采集、传(chuan)输(shu)，以及(ji)对信息(xi)世(shi)界控制指令(ling)的实时(shi)反(fan)馈(kui)下达，提(ti)供(gong)无处不在的(de)优(you)化(hua)决(jue)策和智能服务(wu)。

5G的先进(jin)信息通信(xin)技术(shu)有(you)三(san)个特性(xing)，增(zeng)强(qiang)移(yi)动(dong)宽(kuan)带（eMBB）适(shi)于应对互联网(wang)流量(liang)爆炸(zha)式增长(zhang)；超(chao)高(gao)可靠(kao)低(di)时(shi)延(yan)通信(xin)（uRLLC）适(shi)于对时(shi)延(yan)和可靠(kao)性具(ju)有(you)极(ji)高(gao)要求(qiu)的垂(chui)直行(xing)业应用需求(qiu)；海(hai)量(liang)物联(lian)（mMTC）面向以传感(gan)和数(shu)据采集为目标(biao)的(de)应用需(xu)求(qiu)。这(zhe)些特性特别适(shi)用于(yu)钢(gang)铁(tie)行业的各种(zhong)特(te)殊(shu)场景。

5G为(wei)增(zeng)强型的移(yi)动(dong)互(hu)联网，峰(feng)值传输速(su)率可达(da)20Gbps。各制(zhi)造(zao)单(dan)元之(zhi)间(jian)在(zai)流(liu)程方(fang)向上的(de)海量(liang)数(shu)据(ju)传(chuan)输(shu)与(yu)处理、非(fei)结构(gou)化数(shu)据传(chuan)输处(chu)理、虚拟(ni)现(xian)实(shi)与(yu)增强(qiang)现(xian)实(shi)的传输(shu)处理等(deng)，都将依赖(lai)于增(zeng)强移(yi)动带宽。钢(gang)铁生(sheng)产中(zhong)存(cun)在大量环境恶劣(lie)、高温危(wei)险(xian)、重复(fu)性(xing)的现(xian)场操作岗(gang)位，恶(e)劣(lie)和重(zhong)复(fu)性工(gong)况下(xia)关(guan)键(jian)设备运维(wei)监控(kong)与(yu)远程(cheng)装(zhuang)配，急需实(shi)现远(yuan)程(cheng)和(he)自(zi)动化(hua)的(de)操作与运(yun)维。通(tong)过(guo)手(shou)机(ji)/巡(xun)检仪等(deng)音(yin)视(shi)频等采(cai)集的(de)非(fei)结构化(hua)数(shu)据(ju)，应用(yong)于对(dui)设(she)备运(yun)行状态的实时分析、运(yun)算、监测(ce)、管理(li)。在(zai)远(yuan)程(cheng)装配场景(jing)中(zhong)，技术(shu)专(zhuan)家(jia)依托(tuo)AR的(de)实时标注(zhu)、音(yin)视频(pin)通信(xin)、桌面(mian)共享(xiang)等(deng)技术，远(yuan)程(cheng)指(zhi)导进行(xing)生产线装(zhuang)配(pei)工作。5G的应用(yong)，推(tui)动(dong)了图像、声(sheng)音(yin)、视(shi)频、文(wen)本等非(fei)结(jie)构化数据(ju)的(de)检(jian)测、处(chu)理、传(chuan)输与控(kong)制(zhi)技术(shu)的(de)发展，为(wei)复(fu)杂工况(kuang)的(de)分(fen)析、决(jue)策(ce)与控(kong)制(zhi)提供(gong)了强(qiang)大的发(fa)展动(dong)力(li)。

近年(nian)创(chuang)新性提(ti)出的(de)5G切片方(fang)案(an)，确保统一基础(chu)设(she)施(shi)能够适应差异(yi)化业务需求，是(shi)进(jin)入(ru)垂(chui)直(zhi)行业(ye)的(de)关(guan)键(jian)。5G的多接(jie)入边(bian)缘(yuan)计(ji)算（MEC），将(jiang)多种接入形(xing)式(shi)的(de)功(gong)能(neng)、内容(rong)、应用(yong)等同(tong)部署到(dao)靠近接入(ru)侧的(de)网(wang)络(luo)边(bian)缘(yuan)，将核(he)心网用户(hu)面(mian)与应用下沉(chen)至离用户更近(jin)的(de)位置(zhi)，可(ke)以(yi)降(jiang)低时延至毫秒级，并(bing)确(que)保垂(chui)直(zhi)方(fang)向上(shang)边(bian)缘与(yu)底(di)层(ceng)的(de)短(duan)时延(yan)实(shi)时交(jiao)互(hu)。全(quan)新的智能(neng)边(bian)缘云(yun)与(yu)5G结合(he)，能够(gou)降低时(shi)延并(bing)赋(fu)能(neng)新的(de)应(ying)用(yong)与服务，网络性(xing)能(neng)、安全性和隐私保(bao)护(hu)能力可以都(dou)得到(dao)提升。5G低(di)时延(yan)大(da)数(shu)据传(chuan)输、切(qie)片(pian)网络架(jia)构(gou)、多接入(ru)边(bian)缘计(ji)算(suan)、智能(neng)化的边(bian)缘(yuan)云(yun)，为(wei)钢铁工业互联网(wang)的应(ying)用和(he)发(fa)展提供(gong)了(le)强大(da)的(de)驱(qu)动(dong)力(li)。

钢铁(tie)材(cai)料(liao)创新(xin)基(ji)础(chu)设施建(jian)设(she)

鉴(jian)于钢(gang)铁材料创(chuang)新(xin)基础(chu)设(she)施(shi)的(de)重要性，我(wo)国钢(gang)铁行(xing)业(ye)学科(ke)交叉(cha)、行业协同、产(chan)学研深(shen)度融合(he)，将(jiang)数字技术与实(shi)体(ti)经(jing)济(ji)融(rong)合，大力开展钢(gang)铁材料创新(xin)基(ji)础设(she)施的研究(jiu)，并(bing)在一批(pi)企(qi)业(ye)建(jian)设炼铁—炼钢—轧(ya)制—热(re)处(chu)理全(quan)流程(cheng)、一体化(hua)的(de)钢(gang)铁(tie)材(cai)料基(ji)础(chu)设(she)施(shi)，目前(qian)已经在(zai)一(yi)些重(zhong)要(yao)的(de)生产单(dan)元，取(qu)得(de)重要突破，实际(ji)应用(yong)，成效显著。

依(yi)据(ju)上(shang)述时(shi)间，总结(jie)出一批重(zhong)要的数(shu)字化转型的(de)关键(jian)技(ji)术(shu)：

数(shu)据驱动(dong)的IT架(jia)构

数据(ju)驱动(dong)的信息(xi)感(gan)知(zhi)：齐全、准确、可靠 

数(shu)据驱(qu)动(dong)的数(shu)据中心：数(shu)据(ju)处理功(gong)能(neng)，提取(qu)、转换(huan)、存(cun)储(chu)（突出时间序列(lie)的存(cun)储） 

数(shu)据驱动的(de)科(ke)学(xue)分(fen)析(xi)平(ping)台(tai)：数(shu)据(ju)科(ke)学(xue)分(fen)析(xi)方法(fa)→大(da)数据(ju)/机(ji)器学习(AI）平(ping)台(tai)→数(shu)字(zi)孪(luan)生或操作指导 

数(shu)字驱(qu)动(dong)的(de)智(zhi)慧(hui)决策(ce)：全(quan)流程(cheng)数字孪(luan)生化的(de)边(bian)缘(yuan)过(guo)程设(she)定(ding)控(kong)制(zhi) 

数据驱(qu)动(dong)的(de)回馈(kui)赋(fu)能：执行(xing)机构精(jing)准、快速、安全(quan) 

制(zhi)造主流(liu)程、一(yi)体化(hua)的(de)虚(xu)拟模(mo)型与实(shi)际(ji)过程(cheng)实时融合(he)的(de)CPS化 

数据驱(qu)动(dong)的资源(yuan)配(pei)置与(yu)管(guan)理云(yun)平(ping)台

自(zi)动化(hua)系统(tong)补课(ke)：远(yuan)程(cheng)化(hua)、自动(dong)化(hua)、机(ji)器人化(hua)

软件定(ding)义(yi)：高(gao)效(xiao)率(lv)、低成(cheng)本(ben)改造(zao)，快速实(shi)现(xian)数字化(hua)转型(xing) 

软件(jian)编程方法：无代码编(bian)程，简单易(yi)学，便(bian)于(yu)推广，形成数(shu)字(zi)化(hua)生(sheng)态(tai) 

网络(luo)：光(guang)纤+5G，无时(shi)不在，无(wu)处(chu)不(bu)在，即(ji)插即用(yong)，泛(fan)在(zai)网络 

安全(quan)：万(wan)无一(yi)失(shi)的网络(luo)安全(quan)，严格标准(zhun)化管(guan)理(li)应(ying)对

系统开(kai)发与上(shang)线(xian)：离线开(kai)发、调试(shi)→在(zai)线(xian)操作指导(dao)→在线运行（安全(quan)上线(xian)，规(gui)避(bi)风险(xian)），安全(quan)、稳妥数(shu)字(zi)化转型 

结语(yu)

钢铁工(gong)业数(shu)字(zi)化是(shi)钢(gang)铁(tie)工业(ye)发展(zhan)的大(da)趋势、大(da)方向、大战(zhan)略。我(wo)们(men)要(yao)以国(guo)家重大需(xu)求和企业生(sheng)产中的问题为(wei)导向(xiang)，产学研深度(du)融(rong)合(he)，攻克关键(jian)共(gong)性(xing)技术，创(chuang)新颠覆(fu)性、引(yin)领(ling)性、原(yuan)创(chuang)性技(ji)术(shu)，加速(su)建(jian)设钢铁材料(liao)创新基(ji)础设(she)施(shi)，掌(zhang)握企业核(he)心竞争(zheng)力，促进(jin)我(wo)国钢(gang)铁(tie)行(xing)业(ye)实现数字化(hua)转型，高(gao)质(zhi)量(liang)发(fa)展！我(wo)们相(xiang)信(xin)，中国钢(gang)铁(tie)行业(ye)一定会在激(ji)烈的(de)国(guo)际(ji)竞(jing)争中(zhong)占据科(ke)技(ji)发(fa)展(zhan)的制高点(dian)，成(cheng)为(wei)世(shi)界钢铁(tie)科(ke)学技(ji)术的(de)领(ling)跑(pao)者(zhe)。