智能制造引領轉型升級鋼鐵強國之路任重道遠

施燦濤 吳秀婷

加快發展智能制造，是培育我國經濟增長新動能的必由之路，是搶占未來經濟和科技發展制高點的戰略選擇，對于推動我國制造業供給側結構性改革，打造我國制造業競爭新優勢，實現制造強國具有重要戰略意義。2017年1-10月，我國粗鋼產量為7.1億噸，中鋼協會員鋼鐵企業銷售利潤率為4.41%，仍然低于工業企業6.24%的平均水平。可見，我國鋼鐵行業雖然整體實現扭虧為盈，但利潤水平仍然較低。我國鋼鐵工業在鐵礦石等原料受制于人、能源環保等環節壓力巨大的情況下，以較低成本向市場提供有競爭力的產品是企業的必然選擇，因此，應將利潤率作為衡量我國鋼鐵工業綜合實力的關鍵指標。鋼鐵智能制造從提升鋼鐵制造過程中新鋼種高效研發能力、產品質量穩定生產能力、柔性化生產組織能力、能效成本綜合控制能力等方面實現產品規模化生產與定制式制造相融合，提升以利潤率為關鍵指標的鋼鐵企業綜合競爭力，從而實現我國從鋼鐵大國到鋼鐵強國的跨越。

一、我國鋼鐵兩化融合歷程回顧

信息化是鋼鐵企業智能化的初始形態，在這一階段實質上并不算真正意義上的智能化，但是作為智能化的先導形態，卻是智能化發展不可或缺的基礎階段。

鋼鐵行業的信息化發展大致可分為三個階段。2000年以前是起步探索階段，主要是鋼鐵企業的信息化初始階段；2000-2010年是飛速發展階段，鋼鐵企業的信息化向集成化發展；2010年至今是成熟轉化階段，鋼鐵企業信息化建設逐漸成熟，向智能化轉變。

（一）部門信息化：單項應用

20世紀80-90年代初是嘗試摸索階段，信息系統在原有的人工作業流程之上進行電子記賬，實現功能電子化。90年代后期，認識到管理信息化的重要，部分鋼鐵企業（寶鋼、馬鋼等）加強投資于生產自動化，開始考慮系統集成和產銷、財務管理等業務需求，注重信息系統項目投資的效益回收——應用功能的建立，少數領先者開始引進外界咨詢及技術移轉，建設“產銷一體化”的信息系統。

（二）企業信息化：綜合集成

進入21世紀，鋼鐵企業信息化建設的方向隨鋼鐵行業環境的變化而調整。鋼鐵電子商務的建設、鋼鐵信息系統的應用擴大到與客戶、供應商之間的應用。鋼鐵企業開始完善從生產現場到管理決策的縱向集成；在核心信息管理系統的基礎上擴充開發新的應用功能；增加許多分布式信息系統；企業在信息系統建設上的投資增大，信息部門組織更加擴大，人員增多；信息管理系統成為企業運行不可或缺的支柱。

（三）深度信息化：智能提升

深化提升是一個創新突破階段，通過關鍵業務環節以及應用系統之間的協同和集成，實現智能制造和智能化決策。2010年以來，隨著智能制造、兩化融合以及“互聯網+”等政策的提出，鋼鐵企業將流程工業特點與現代互聯網信息技術深度融合，借助智能化和定制化的智能制造技術，努力打造鋼鐵企業的柔性生產。

經過多年的持續推進，鋼鐵企業信息化的覆蓋率為我國工業領域之首，鋼鐵企業兩化融合的成熟度居于我國工業領域前列。在先進企業的示范帶動下，鋼鐵行業經過自主創新、消化引進再創新，近年在基礎自動化、過程自動化和企業經營管理系統建設方面取得了很大進步，為鋼鐵行業智能制造奠定了較好基礎。

二、我國鋼鐵智能制造發展現狀

（一）兩化融合水平明顯提升

近年來，信息化技術在生產制造、企業管理、物流配送、產品銷售等方面應用不斷深化，關鍵工藝流程數控化率超過65%，企業資源計劃（ERP）裝備率超過70%；開展了以寶鋼熱連軋智能車間、鞍鋼冶金數字礦山為示范的智能制造工廠試點；涌現了南鋼船板分段定制準時配送（JIT）為代表的個性化、柔性化產品定制新模式。鋼鐵交易新業態不斷涌現，形成了一批大型鋼鐵電商綜合服務平臺。

（二）智能裝備水平有所提高

目前，智能裝備在國內鋼企寶鋼、南鋼、沙鋼等企業的多個生產環節得到應用，主要應用工藝點如：理化試驗、弧焊、點焊、涂膠、切割、搬運、碼垛、噴漆、貼標簽、上下料、測溫、扒渣撈渣等。智能裝備在鋼鐵行業的應用減少了生產過程中的人為因素，提高了操作精準度；提高生產安全保障，避免事故的發生；降低人工作業勞動強度，提高生產效率。

（三）智能制造示范成果初顯

智能制造深刻改變企業的生產與運作模式，為鋼鐵行業的競爭力重構創造新機會。作為鋼鐵智能制造的重大科技專項攻關項目，寶鋼1580智能車間改造、鞍鋼智慧礦山、南鋼定制準時配送、唐鋼智能工廠等試點示范項目，對于引領鋼鐵智能制造的發展方向具有重要作用。

三、我國鋼鐵智能制造面臨的挑戰

（一）行業智能制造標準缺失，市場無序發展現象初顯

標準的制訂是智能制造實現互聯互通和信息融合的必要前提。《國家智能制造標準體系建設指南》的發布，標志著中國智能制造頂層框架的構建完成，但基于行業的智能制造標準尚未有序開展。鋼鐵行業是我國自動化程度最高、制造工序流程最長的行業之一，工業機器人、物聯網等關鍵技術已有不同程度的應用，但在面向未來智能制造發展過程中缺乏清晰路徑，國內外的系統實施企業由于對智能制造理解的差異及構建產品競爭壁壘的需要，在產品兼容性及集成度方面較差。企業在智能化改造過程中經常面臨系統無法集成而導致的資源浪費風險。標準的缺失給智能制造的互聯互通帶來巨大挑戰，加大了行業智能制造示范推廣的難度。

（二）智能制造投資比例過大，企業改造升級動力不足

鋼鐵行業屬于長流程的資產密集型行業，在智能化改造過程中涉及眾多裝備的技術革新、全廠工業互聯網的布局改造、過程控制系統的集成、MES、ERP等工業軟件系統的互聯互通、優化建模與仿真技術的應用等諸多內容，整體投資成本過大。在投資比例方面，由于基礎設備大多引進自西馬克、西門子奧鋼聯、達涅利等國外廠商，在某些智能關鍵技術上必須配套引進國外系統，從而進一步提高投資成本。在企業投資意愿方面，國有鋼鐵企業基礎設施較好，智能化改造熱情較高；中小鋼鐵企業尤其中小民營企業基礎設施較差，人工作業比例較高，在鋼鐵去產能及環保監管的大背景下資金壓力較大，智能化改造升級的動力不足。

（三）核心知識產權掌控不足，原始創新應用比例不高

《智能制造發展規劃（2016-2020年）》提出到2020年，建成較為完善的智能制造技術創新體系，一批關鍵共性技術實現突破，部分技術達到國際先進水平；核心支撐軟件市場滿足率超過30%。我國鋼鐵行業在信息系統和物理系統的開發、管理、集成方面，創新能力仍然較弱。產品生產工藝設計與智能管理決策支持系統的綜合集成、業務系統向產業鏈前端延伸，缺乏成熟的行業解決方案。目前，國內多數軟件和集成技術處于產業價值鏈末端，技術水平、勞動生產率、工業增加值率、產品附加值都比較低。在研發方面尚未形成以產學研用為主的創新研發體系，原始創新研發積極性不高，政策扶持力度有待加強。

（四）智能制造體系認識不深，工業軟件地位有待加強

低端機器人進入壁壘低，產能過剩風險加大。隨著智能制造的興起，機器人產業快速發展。然而鋼鐵行業屬于長流程行業，在引進機器人方面更多地考慮生產節奏的匹配協同以及與上下游系統的無縫對接，單純移植其他行業的機器人很難滿足鋼鐵生產流程的需要，一些低端的且無鋼鐵行業屬性的機器人將很快面臨市場飽和及產能過剩。智能制造的難點是在建模，焦點是在仿真。目前在鋼鐵行業的“新四基”中，即“一硬”（自動控制和感知）、“一軟”（工業核心軟硬件）、“一網”（工業互聯網）、“一平臺”（工業云和智能服務平臺），硬件裝備投入比例較大，寶鋼、沙鋼、日照等自動化機器人比例顯著提高，但工業軟件的投入比例相對較低，重視智能化硬件建設輕智能集成升級問題突出。

四、我國鋼鐵智能制造可復性及推廣性評估

（一）技術水平愈發成熟，進入壁壘大幅降低

目前互聯網、大數據、云計算、物聯網等新興技術廣泛應用于各行業，技術進入壁壘大幅降低。鋼鐵行業自動化、信息化水平較高，在系統集成及實施路線上均有多年的行業積累及實施企業，因此在技術上相對容易復制與推廣。

（二）系統實施企業背景復雜，第三方實施機構優勢明顯

智能制造的示范推廣必然會推動先進管理理念及技術的推廣。以寶信、中冠等為代表的具有鋼鐵企業背景的信息化系統提供商，為眾多鋼鐵企業實施了ERP、MES等系統解決方案，然而越來越多的鋼鐵企業，尤其是具有市場競爭關系的企業對其實施的系統存在擔憂，如系統技術的不共享、管理理念是否先進、系統設計是否滿足企業發展戰略等。

（三）投資回報率難以量化，民營企業發展動力不足

鋼鐵智能制造一次性投資較大，而在效益指標方面，主要是通過服務水平、管理水平的提升等難以量化且需要較長時間運行后才能統計得出。寶鋼1580智能車間投資4億元，國家還提供了資金支持，這使得行業內將智能制造與巨額投入畫上等號，嚴重影響到試點示范項目的推廣性，特別是對于大多數民營企業和中小企業而言，更是如此。據冶金商會統計，2017年1-9月，145家重點民營鋼鐵企業實現銷售收入1.33萬億元，實現利潤932億元，其中河北省民營鋼鐵企業銷售利潤率售利潤率達6.1%，高于行業4.18%的平均水平。在利潤率高于全行業的基礎上，民營企業在思想上難以推進智能制造，同時民營企業對成本管控更加嚴格，一次性大規模投資的項目更加謹慎。因此，針對民營企業智能制造需要加強政策指導扶持，復制推廣任務較為艱巨。

五、我國鋼鐵智能制造的發展建議

（一）健全鋼鐵智能制造標準體系，夯實鋼鐵智能轉型基礎

加快鋼鐵智能制造相關標準體系建設，鼓勵通信設備、裝備制造、軟件開發、工業自動化、系統集成等領域企業和科研院所聯合參與標準制定，制定可以與市場標準協同發展、協調配套的新型標準體系。

（二）大力發展國產工業軟件，推進軟件集成應用

開展鋼鐵工業軟件服務企業的認定工作，制定更加優惠的工業軟件產業財稅、投融資、知識產權扶持政策。加大國家各類專項資金對鋼鐵工業軟件基礎研發、產業化、推廣應用的扶持力度。以在鋼鐵行業具有權威性的第三方機構為核心，聯合上下游供應鏈企業組建鋼鐵工業軟件聯盟，加快制定鋼鐵工業軟件行業標準，推進鋼鐵工業軟件的綜合集成應用。

（三）聚焦民營企業智能轉型，打造中等規模企業試點示范

智能制造對鋼鐵行業的推動作用體現在利潤率，而不僅僅是勞動生產率。推動鋼鐵智能制造的過程中，民營企業更需要通過智能制造來實現轉型升級。民營企業、中等規模企業，智能制造的基礎相似，面臨的問題也相似，打造中等規模鋼鐵企業的智能制造示范，解決中等企業發展的實際問題，才能真正推動鋼鐵行業的智能轉型，也更具有示范效應。

（四）走以自主研發為主，產學研用結合之路

鼓勵國內企業自主研發符合中國實際的鋼鐵智能制造集成應用解決方案。以市場需求為導向，匯聚鋼鐵產業鏈企業、高校、科研機構、終端用戶等各方資源，共同推進面向應用的鋼鐵智能制造相關理論研究、技術研發、數據共享、應用推廣，形成開發合作、協同發展的大數據技術、產業和應用生態體系。

（五）創新產業推進機制，構建協同發展平臺

創新合作機制和方式，支持第三方機構作為公共服務平臺，整合各方資源，開展標準制定和技術積累工作，同時強化智能制造先進模式的應用推廣，構建起企業實踐經驗的交流機制，有效推動鋼鐵行業智能制造的協同發展。