钢铁行业将走向何方？它将怎样迎接数字化？自动化技术的近期发展将带来哪些长 期收益？在本文中，我们将详细介绍普锐特冶金技术为帮助钢铁企业在今后更好地 生产而制定的策略。

近年来，技术向前迈进了一大步。我们的电话如今比过去具有 了更多的智能；我们的电脑似乎能够预知我们的每一个要求； 我们的家庭设备能够调节室内温度，开关电灯，安排日程，建 议出行路线，营造虚拟现实环境，帮助改善我们的健康状况。 自动驾驶汽车即将投入大规模推广，无人驾驶的卡车和其他交 通工具也将紧随其后。我们的生活正在迅速变化，人们能够感 觉到，科技创新正在以前所未有的速度扑面而来。

无处不在的云

依靠我们称之为“云”的大型服务器阵列，今天的许多消费技 术拥有了令人难以置信的智能水平。移动电话自动更新通讯 录，在我们看来理所当然；我们可以口授发出查询指令，而不 必一个字母一个字母地输入指令。这些任务具体是怎么完成 的？对此我们往往是知其然而不知其所以然。先进的电子产品 到底是如何获得智能的，这确实不太容易理解――不过，它们 与云的持续连接看起来对近年来性能水平的提升一定起了相当 大的作用。正是由于这个原因，先进的智能装置一方面令人着 迷，另一方面又让人有些担心。

智能技术

不仅是消费技术取得了重大进步，钢铁生产技术也是如此。它 们同样变得更“智能”，达到的先进程度既让人惊叹不已，又 让人感到有些恐惧――即使对那些坚持采用钢铁技术创新的 拥有丰富经验的专业人员来说。“工业4.0”、“数字化”和 “工业物联网”这样的术语已经成为了近期技术进步的关键 词。但是，到目前为止，同它们相关联的技术开发的最终目标 还并不足够明确。

光明的前景

本期《冶金杂志》的目的是，揭开这些术语的神秘面纱。普锐 特冶金技术不希望空谈抽象的“工业4.0”，而是希望探讨看 得见的通往数字化未来的途径。我们清楚地知道，这条途径需 要典型钢厂的所有生产设备实现多维度的、全面的数字化集 成。为了达到这个目标，重要的是不仅要拥有相互连接的设 备，而且要依靠创新性的软件来管理高度复杂的生产环境。

像其他行业一样，通过使用智能传感器来采集钢厂的大量生产 数据只是第一步。它是为相关钢厂创建“数字孪生体”的一个 前提条件，这样能够将钢铁生产的透明度提高到一个全新的 水平。最终的目标是，在钢铁生产的所有方面都减少资源的使 用――无论是能源、原料还是人力。

钢铁生产的灵活性也将大大提高。“为了增收而增产”不再是 合理的选择，企业将能够轻而易举地重新调整工艺设置以安排 极小批量的生产，定制化水平达到一个新的高度。生产工艺的 完整记录将保证，不仅所有成品都符合标准，而且整个生产历 史都有详细资料，这对长期保持客户满意度至关重要。

目前所处的阶段

所以，如果我们就是要沿着这条路走下去，那么目前我们处在 什么阶段呢？让我们来简单地分析一下。在工艺自动化方面， 钢铁行业已经比其他行业领先了几十年。在大多数钢铁企业已 经长期使用先进的“一级”和“二级”自动化系统的今天，许 多离散型制造企业还远远落在后面。这个例子说明，一个行业 总有一些方面需要迎头赶上。

钢铁生产自动化具有特殊性：它不仅以工艺模型为基础，而且 要依靠对于钢水内部实际情况的掌握――尤其是在钢水凝固阶 段。热力学在其中起着重要作用，相关的数学模型确实像人 们预计的那样复杂。下一步是同时使用三类不同但相互关联的 模型：钢的相变模型，从炼铁到最终处理的整个生产工艺的模 型，以及全厂的模型(包括不直接属于生产链的那些相关设 备的“不可见方面”)。

智能工厂

在已经有了这三类模型之后，钢厂面临的基本任务就是成为 “智能”工厂。当我们说到这个词时，意思是：智能工厂通过 状态监测而“知道”自己的当前状况，能够根据这一状况依靠 自动功能作出调整。人工智能将在这方面发挥越来越大的作 用，虽然它目前还处于初级阶段。未来的工厂也将展开“智能 工作”，即所有工人都能自动收到完成自己的工作所需要的信 息。预见性维修保证了前瞻性避免生产中断――在需要时提前 制定维修计划。

设备互联

我们预见的智能工厂需要在三个层面上集成。第一个层面是横 向透明度和互联，举例来说，这意味着钢厂的轧制工段“知 道”前步连铸工段的准确情况，从而能够采取应对措施，相应 调节轧制工艺参数。根据使用原料的不同，整个钢厂必须以某 种特定的方式运行。智能工厂能够适应各种不同的原料条件， 换言之，它让生产企业享有更大的“原料使用的灵活性”。

全周期合作

第二个层面与时间有关。钢厂的每一套设备都有特定的历史， 通常开始于规划阶段的基本设计。当一家新厂建成后，或者对 改造项目来说，当新部件完成安装后，就会开始一段保修期。 智能工厂保证了所有设备的寿命周期得到最大限度的延长，而 任何维修工作都安排在对生产影响最小的时候进行。

数字统一体

三个软件层级的结合构成了智能工厂集成的第三个层面。普锐 特冶金技术选择了同德国PSI公司联手为客户提供先进的生产 管理系统(PMS)。这种软件方案动态计划和跟踪所有工厂活 动，无论发生在生产链的哪一步。客户订单被转化成生产指 令，然后以一种全面优化的方式得到执行。

PMS同普锐特冶金技术自己的跨工艺优化(TPO)方案相结合， 后者能够沿整个生产流程发现不合规问题和改进机会。当被用 于智能工厂时，TPO能够明显加快钢铁企业高附加值新产品的 上市进程。

最后，普锐特冶金技术的维护和资产技术(MAT)能够帮助和简 化智能工厂的维修工作。该系统内含丰富的应用知识，为维修 人员提供了极具可操作性的工作指导。所有建议都结合客户的 具体维修制度而提出，确保优化维修工作效率。先进的分析手 段保证了进一步掌握工厂的活动，尤其是维修工作的情况。

虚拟启动

智能工厂具有很多令人印象深刻的特点，其中之一是能够在称 为“维护和模拟系统”(MSS，参见第60页)的专用软件环境中 进行“虚拟启动”。MSS使技术人员能够测试新的设备配置， 因此，在实际设备上只需要进行最有效的设置。对钢厂中一些 真实部件的准确抽象，是MSS的基础。这些抽象有时被引入 “信息物理系统”。这些系统是真实世界和数字环境之间的桥 梁，反映了两者的各个方面。它们是钢厂极端复杂性的充分体 现，是未来的发展方向。除了启动模拟，MSS还大大方便了新 生产制度的开发，比如在希望对产品方案作出重大改变时。

软件集成的三个维度

普锐特冶金技术提出了一个基于软件集成的概念，涵盖了钢铁生产的所有方面――从订单管理和原料采购直到所有生产步骤的优化执行和维修工 作的管理与排程。重要的是，这三个软件组件都包含了基于诀窍的规则集，而且拥有一个共同的目标：确保以最高效率水平灵活生产优质钢。因此，我 们决定将它们称为智能化乐队的“数字统一体”。

诸多优点

智能工厂是冶金生产的一大飞跃。它具有众多优点，其中之一 是能够灵活地定制产品，以满足客户非常特殊的要求。小批量 生产能够在基本不影响产能的前提下组织实施。工厂的所有 产品始终得到监测，跟踪，评估，每一份订单都拥有完整的生 产记录。智能工厂使生产企业能够从许多不同来源获得各种原 料，因为生产链能够灵活地调整以适应原料条件的变化。生产 效率显著提高，相关环节全面优化，从降低能耗直到合理分配 人力资源。重要的是，智能工厂在减少碳足印和改善环保效果 方面进步明显。

智能工厂还有两个重要特点：工厂能够确定自己的状态，还能 从自己的评估和分析中不断学习和提高。只有在钢铁生产工艺 组合为一个整体的情况下，这两个特点才能得到发挥。工厂的 所有设备完美协调――依靠它们的互联――将使智能工厂成为 现实。

我们的金属乐队

普锐特冶金技术提出了“金属乐队”的概念，利用一个恰当的 比喻来形容所有生产设备的优化协调和自动操作。 就像一支乐 队由许多高水平演奏员组成一样，智能工厂由许多不同设备组 成，它们必须协调运行以达到出色性能。另外，即使所有演奏 员都掌握了很高的演奏技巧，他们也需要加以引导才能很好地 相互配合，这就是乐队指挥的作用。智能工厂也是同样――但 在这里有三个指挥共同发挥作用： PMS，TPO，MAT，也就 是我们前面提到的软件和诀窍系统。 冶金

关于这些指挥有更多情况需要介绍，关于“金属乐队”里的众 多乐手也是同样。因此，在本期《冶金杂志》接下来的64页 中，我们呈献了能够帮助今天的钢厂为将来作好准备的一系列 精选技术。这些设备和软件方案将使钢厂达到一个新高度，将 其打造成为面向未来的自学习型智能工厂。