中天钢铁集团：打造5G+工业互联网的三炼钢智能工厂

一、企业简介

       中天钢铁集团有限公司总部位于江苏常州，成立于2001年9月，目前已发展成为年营业收入超1900亿元，业务涵盖钢铁冶炼、钢材深加工、现代物流、国际贸易、酒店商务、教育体育等多个版块的大型钢铁联合企业。已连续十八年荣列中国企业500强，位居2022年中国企业500强第139位，制造业500强第59位，江苏省百强民营企业第5位。荣获“第六届中国工业大奖”“全国十大卓越品牌钢铁企业”“钢铁行业改革开放40周年功勋企业”等荣誉称号。

       近年来，中天钢铁牢牢抓住高质量发展的时代新机遇，围绕“一总部、多基地”的战略布局，现已形成常州、南通、淮安三大生产基地。常州基地是全球单体最大的优特钢棒线材精品基地；南通基地建设一期1000万吨、远期规划2000万吨的世界级高端绿色临港钢铁产业园；淮安基地建成150万吨、全球规模最大的超高强精品钢帘线基地。

       中天钢铁始终坚守实业初心，深耕钢铁主业，“做优、做精、做强”钢铁版块，拥有钢铁研究总院--研究应用基地、国家企业技术中心、国家博士后科研工作站等多个创新平台，高技术、高品质、高附加值钢种700余个，远销全球近70个国家和地区。多项“中天”牌产品荣获“冶金实物金杯优质产品”“江苏精品”“高新技术产品”等荣誉称号。

二、企业在智能制造方面的现状

       近年来，中天钢铁致力于转型升级，坚定不移走优特钢发展之路，拥有国际一流的先进装备，同时，借助“无人化工厂、平台化运营、协同化生态”的扁平化架构体系，打造集经营管理、生产管控、电子商务及大数据为一体的“3+1”智能化平台，持续助推企业全方位提升；拥有5个省级示范智能车间；

       数字钢铁：全流程数字化生产经营管理；完善集团大数据平台应用建设领导驾驶舱、建设QES质量大数据分析平台，加强集团数据汇集分析能力、质量监控预警等；建设智慧检化验系统，深化质量一贯制管理，杜绝质量异议，提升产品全流程质量监控能力；智慧废钢全流程管控，利用边缘算法技术，实现废钢判级及资源利用智能化管理，全面提升废钢资源利用率，降低生产经营成本；以大数据平台展示为核心，建成“五部合一”智能管控中心，实现扁平化的高效管理模式；

       5G+智造：利用全新新技术进行5G/MEC核心专网建设；以三炼钢数字工厂为建设蓝本，推动5G智慧行车、5G智慧调度、铁钢包跟踪等建设；同时推进智能炼铁智能炼钢智能轧钢等全流程生产智能化深度优化；无人仓库、立体仓库，规划“黑灯工厂”建设；成立信息安全建设领导小组、集团信息安全委员会，制定和完善信息安全管理、网络安全管理制度；建设准入系统和文档加密系统等终端防护系统，全方位实现信息安全态势感知；建设控安全，以工业网络安全试点示范企业为契机推动工控安全深度建设；贯标等保2.0建设，建立信息安全管理体系。

       产业链协同：打造工网宝工业互联网平台，积极推动产业链各企业协同发展，成立地区性常州市工业互联网产业协会，聚合产业势能，加强工业互联网产业势能企业合作；深度建设中天云商电子商务平台，为客户提供一站式物流配送，同时发展“最后一站式”厂派车物流服务，倡导安全高效清洁运输同时；利用产品防伪，产品溯源等服务、国家标识解析平台二级节点技术优势、区块链技术应用优势等，提高客服的高效服务。

       基于5G、标识解析、NB-IOT、红外传感、AI、大数据、VR建模仿真等技术，发挥5G通信大连接、大宽带、低时延的特点，针对钢铁行业生产过程质量控制难、能耗排放大、设备协同难等痛点，以“决策集中化、管控协同化、操控远程化、现场无人化”为目标，实现人、系统、机、物无缝全连接和云边协同，实现“生产、设备、物流、能环、安全”等核心要素时刻感知、时刻监控、时刻管理，追求极致效率，构建行业内领先水平的全连接全场景5G数字孪生工厂，树立具有中天钢铁特色的国内数字工厂新标杆。

       中天钢铁目前已建立智慧安全平台和安全生产管理一体化平台，集成“数字孪生系统平台”“5G行车远程操控系统”“转炉生产过程AI视觉监测系统”“炉前全自动筛分系统”等智能化系统。

       通过智改数转及信息化建设，企业已有多个项目实现“机械化换人、自动化减人”，为企业和员工安全发展保驾护航。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1. 项目背景介绍

       传统炼钢厂车间工作环境恶劣，在安全、舒适性、成本和系统控制等方面存在诸多挑战。比如高温、高噪音、高空作业，多台行车分别单独操作，需要人员配置过多；吊具无防摇摆技术，吊装过程控制存在风险；控制系统无操作记录，无抓取重量记录，无故障记录；控制系统无操作任务指令，只能通过对讲机呼叫操作任务；行车之间无主动防撞减速装置等。

       对钢铁工人来说，他们时常要守在上千摄氏度高温的炼钢炉旁，经受高温“烤”验，即便炎炎夏日，炼钢工人们也要穿着厚重的安全防护服。在这种情况下，如何改善一线工人的工作环境、有效减轻他们的劳动强度、保证一线工人的健康和作业安全显得尤为重要。

       2. 项目实施与应用情况详细介绍

       （1）项目规划

       5G+工业互联网的三炼钢智能工厂实施范围涵盖营销管理、计划调度、生产作业、设备管理、质量管控、仓储配送、能源环保安全、互联互通等九大环节，共计16个软硬件集成系统。具体实施场景内容为一网·二平台·全场景。

       一网：建设5G MEC混合专网，三炼钢全厂设备接入5G网络。

       二平台：搭建企业级工业互联网平台，进行数据处理和分析；建设生产一体化管控平台，实现数据上墙。

       全场景：中天钢铁在第三炼钢厂，基于5G网络开展面向核心转炉炼钢生产过程、炼钢前后辅助过程、设备控制管理及安全环境监控的多项场景应用。

       通过项目实施，打造基于5G+工业互联网的三炼钢智慧工厂，为安全生产、科学调度、生产优化等提供决策依据，同时实现生产动态全面感知，完善监控体系，并优化控制和监控方式，为员工提供舒适感、科技感十足的工作环境，也打造高效安全的炼钢智慧工厂提供展示VR平台，为中天钢铁全面数字化转型提供基础。
项目不仅显著节约成本、提升生产管理实时性和设备利用率，还可降低人员投入、提高质量可靠性、减少安全风险。经统计，降本增效成果显著。

       （2）项目实施

       “基于5G+工业互联网的三炼钢智能工厂”项目，实施环节和具体内容如下：

 

       1）营销管理环节：

       采用集团统一的CRM平台结合营销部门对客户关系管理需求，阶段性的管理客户基本信息、商机信息等内容，统一管理销售各个环节，紧密跟踪客户的每一个关键步骤；建立销售商机的全程跟踪管理，线索、客户、商机环环相扣，关联客户事项的拜访联系记录；优化销售过程，加强销售管理，提高销售业绩。

       2）计划调度环节：

       制造管理系统是一套按合同组织生产作为管理理念：建立高级计划与排产系统（APS）、企业资源管理系统（ERP），实时采集监控原料、设备、人员、模具等生产信息。

       基于安全库存、采购提前期、生产提前期、生产过程数据等要素进行生产能力分析，并基于约束理论的有限产能算法开展排产，自动生成主生产计划和详细生产作业计划。

       将自动排产系统与采购、生产、销售等环节进行数据协同，实现异常情况自动预警。

       3）生产作业环节：

       制造管理系统的计划下发钢后MES系统主要从炼钢计划至成品发货出厂为止等生产管控业务的关键环节，包括作业计划管理、生产实绩管理、工器具管理，仓库管理、发货管理。

       计划管理中炼钢动态排程管理是炼钢MES的重要组成部分，上承制造管理系统，下启炼钢区域中各个过程控制系统。

       跟踪从接收制造管理系统的炼钢浇次计划开始，到钢坯切断结束的整个炼钢生产过程。与炼钢质量管理及炼钢生产实绩管理有着紧密的配合。
 
       4）设备管理环节：

       中天钢铁设备管理系统实现设备台账、点检、保养、维修等管理实现数字化，通过传感器采集设备的相关工艺参数，自动在线监测设备工作状态，实现在线数据处理和分析判断，及时进行设备故障自动报警和预诊断，部分设备可自动调试修复。通过设备管理系统的基准管理、点检管理、检修管理、异常管理等实现设备台账实时在线管理，且系统与IOT平台打通，将设备的工艺参数与多系统集成应用。

       5）质量管控环节：

       质量管控系统提升企业产品质量保证能力，实现从原料进场、生产过程控制直至成品出厂的全过程数据管理以及全厂范围内质量数据的快速传递与共享。实现从原料进场、生产过程控制直至成品出厂的全过程数据管理以及全厂范围内质量数据的快速传递与共享。质量部门数据管理主要由质量控制（QC）和质量保证（QA）两部分组成，QC部分完成样品检验过程管理、采集检验数据、生成各种类型的分析报表及检验报告单；QA部分加强和规范业务流程的全面正确实施、有效监测和控制产品质量。

       通过检化验系统对进厂原料流转数据进行分析，形成并不断完善质检数字化知识库，达到可由系统直接指导现场工作人员进行作业。目前系统内已建立113套原辅料取样指导书、原辅料制样指导书74套制样作业指导书、256套检验作业指导书、1115套产成品知识库，能够直观地呈现全流程检化验工序，确保数据流转真实准确，辅助质量管理人员高效开展质检业务。

       6）仓储配送环节：

       传统简单、静态的仓储管理已无法保证企业各种资源的高效利用。如今的仓库作业和库存控制作业已十分复杂化多样化，基于制造执行管理系统的仓库管理系统，库存管理作为服务于车间生产调度的中间环节，在企业生产中不可避免的被置于生产管理的核心地位。

       中天钢铁建立仓储管理系统（WMS），使用条形码仓库管理系统,实现仓储配送与制造管理系统生产计划、制造执行MES以及企业资源管理ERP等业务的集成。

       对仓储各环节实施全过程控制管理，并可对货物进行货位、批次、保质期、配送等实现条形码标签序列号管理，对整个收货、补货、集货、发货等各个环节的规范化作业,还可以根据客户的需求制作多种合理的统计报表.条码技术与信息技术的结合帮助企业合理有效地利用仓库空间，以快速、准确、低成本的方式为客户提供最好的服务。

       7）能源、环保、安全管控环节：

       中天钢铁能源管理系统（EMS），融合机理分析、大数据等技术，进行能源消耗量预测，实现全公司能源的综合平衡与优化调度。使用清洁能源，对余热等能源资源的优化调度、平衡预测和有效管理。

       8）互联互通环节：

       主干网络搭建和稳定性提升：搭建主干网络，在南厂区数据中心机房新增两台中心核心交换机，作为南厂区网络数据交换的核心枢纽。中心核心交换机及汇聚交换机均采用多虚一虚拟化技术，任一台故障均不影响网络正常使用，所有接入交换机都需要具备冗余上行线路，任意一台故障仅影响其下联的终端，不影响其他终端运行。主干网络升级成万兆带宽。

       5G新技术应用：采用5G技术，通过云路由设备的使用解决在极端情况下的路由故障问题：在交换节点物理链路都不能通讯的情况下，使用5G云路由设备建立现场交换设备和公司核心设备的通讯通道，保障数据的正常交互。

       该项目广泛应用新一代信息技术，基于5G、标识解析、NB-IOT、红外传感、AI、大数据、VR建模仿真等技术，发挥5G通信大连接、大宽带、低时延的特点，针对钢铁行业生产过程质量控制难、能耗排放大、设备协同难等痛点，以“决策集中化、管控协同化、操控远程化、现场无人化”为目标，实现人、系统、机、物无缝全连接和云边协同，实现“生产、设备、物流、能环、安全”等核心要素时刻感知、时刻监控、时刻管理，追求极致效率，构建行业内领先水平的全连接全场景5G数字孪生炼钢智能工厂，树立具有中天钢铁特色的国内数字工厂新标杆。

       3. 效益分析

       依托5G+工业互联网，炼钢厂实现了生产效率提高12%、制造成本下降5.6%等优秀成绩。即便是在疫情期间，生产也完全没有受到影响，保证了每天1.1万吨以上的产量。

       全自动快分系统取代20人实验室，将一炉钢水的检验时长从以前的5分钟缩短至1分50秒；在5G行车远程操控系统支持下，每炉钢平均缩短冶炼时长18秒。设备预防预测性系统监测各类转动设备运转状态，“智能医生”为设备号脉开方，自动诊断设备故障，避免设备非计划停机。

       据统计，中天钢铁第三炼钢厂2021年设备故障率较2019年下降70.7%。在炼钢各工序生产动态排程应用加持下，人工生产排程已成历史，现场炼钢物流铁钢包跟踪系统实时自动跟踪生产动态，依据生产、设备实况智能调度。

       中天钢铁集团不断加大智能化改造、数字化转型投入力度，加快构建“决策中心+智慧工厂”的管理模式，已拥有多个省级、市级示范智能车间，并先后荣获“国家级智能制造示范工厂”“工信部工业互联网平台+供应链协同解决方案试点示范”“江苏省服务型制造示范企业”“江苏省5G全连接工厂”等荣誉，集团“5G+工业互联网”融合应用项目还获得省工信厅专项资金支持。