科技新进展：江阴兴澄特种钢铁有限公司灯塔工厂

一、研究的背景与问题

灯塔工厂，作为世界经济论坛发起的“数字化制造”和“工业4.0”示范标杆，代表着全球智能制造的最高水平。截至2023年12月，全球仅有153家灯塔工厂，其中钢铁行业占6家。中国在这一领域表现突出，成为拥有灯塔工厂最多的国家。兴澄特钢便是这一荣誉榜单中的新晋成员。公司按照世界经济论坛灯塔工厂建设方法论，积极推进数字化转型，旨在提升企业的敏捷性和协同效率，打破传统经验驱动的决策模式，建立全链条数字化体系。

二、解决问题的思路与技术方案

1、思路与技术方案

兴澄特钢通过构建敏捷的企业文化与数字化协同机制，以及全面建设数字化工厂目标，建设了中信泰富特钢数智中心，作为特钢行业首个全流程的数字化、智能化的综合运营中心，数智中心发挥着信息融合、运维保障、多部协同、智能决策等作用，是公司生产运营的核心大脑。它的建成投用为公司带来了数据模式、管理模式和应用模式的三大创新。

图1兴澄特钢数智中心

以工业互联网支撑企业智能制造运营。平台支持设备的接入、数据采集、设备建模、数据分析以及数据应用，实现设备、产线、车间、工厂及集团信息系统的互联和数据融合。以数据为驱动，融合现有系统与场景，支持各种数据来源和格式，分布式数据存储架构，采集整合全域数据形成标准，优化数据模型，为提供业务指导。AI算法引擎中枢承担各类AI任务，提供数据挖掘、模型开发训练、模型/算法库管理等一系列相关AI紧耦合的能力支持，敏捷支持智能化业务需求。通过平台的数据联动和业务协同运营，可为客户提供具备区块链属性的钢资产、质保书、单据和生产状态数据，实现端到端的数据联通和协同，帮助下游企业建设数据信用，成功地实现了从传统制造向智能制造的转型升级。

图2兴澄特钢工业互联网体系架构图

2、关键技术

1.打造高炉集控、智慧炼铁新范式。通过操作室的集中操作、智能化装备的提升，以及大数据、人工智能、数字孪生技术的跨系统整合、跨平台融合，实现了铁前生产的联动、岗位协同。同时，该大厅还能实现多基地多工序的铁前集控，是目前国内集控技术最深、岗位配置最精简、智慧高炉最有深度的铁前集控。

图3炼铁数字化大厅

2.建设一炼轧示范智能产线。通过优化提升加热炉智能燃烧模型、热效能检测及炉压控制模型，实现高能耗工艺优化；新建基于数字孪生的炼轧平台，利用三维建模技术、数据应用可视化模块，搭建炼轧信息化生产的各工艺流程全三维可视化虚拟工厂；以数据驱动的精益化生产管控，使炼钢基本实现一键操作模式；增轧钢碳排放能源管理系统，实现关键因素预警模型、评价模型，逐步实现节能减排的目的。

图4炼轧数字化大厅

3.建设柔性化、敏捷化生产能力，促进精益高效生产。通过自主研发整套全流程高精度特殊钢轧制过程控制系统，采用AI+工业机理融合的算法与控制技术，智能调整轧机参数并科学分配规程，提升轧机能效；通过XGBoost算法构建轧后智能冷却模型，快速设定最优冷速、水量等冷却策略，提升产品质量，增加工序产能；利用5G+工业视觉技术，实现自动转钢、冷床智能上下料、双边剪智能对中，大幅提升生产效率。

4.实现高阶分析驱动的能、水、碳资源优化。建立集生产控制、智能设备管理、应急指挥、能源管控、环保监控、可视化系统为一体的智能决策系统，实现能源管理智能化、精细化、生产决策可视化；利用国内领先的AI算法及先进控制理念，打通水务系统的各个分/子系统，形成统一可控的水系统先控体系，实现水系统全流程的自适应控制。

图5能源驾驶舱

5.构建敏捷的企业文化与数字化协同机制。为了激发企业数字化转型活力，公司成立数字化转型领导小组和执行团队，制定完善的管理机制，积极引导企业员工拥抱数字化转型。同时，通过数字化手段和敏捷工作方法推进敏捷项目管理制度，组建的敏捷小组深入落实和赋能数字化转型。

图6数字化转型管理机制

6.自主研发新技术赋能生产经营业务提升。利用项目制方式培养数智化精英人才，自主研发多个项目，通过软件功能和数据服务加强整个公司经营业务运转，持续为生产经营赋能。同时，扩展业务领域，发挥平台在互联网上的节点作用，将信息化服务从内部向外部供应商和客户进行延伸和覆盖。

三、主要创新性成果

1、建立了大数据分析支持的制造工艺定制设计，通过工艺数据分析进行性能预测，快速确定工艺方案。

2、多模态仿真实现高炉“黑箱透明化”，通过采集的多模态数据仿真模拟高炉状态并优化控制参数。

3基于质量大数据平台对炼钢环节进行精准控制，能闭环控制持续提升炼钢产品质量。

4、采用AI+工业机理融合的算法与控制技术提升轧机能效和冷却效果，形成了AI赋能的轧钢工序高效制造技术。

5、通过智能决策系统实现能源、水资源和碳排放的优化管理，实现了高阶分析驱动的能、水、碳资源优化。

6、构建敏捷的企业文化与数字化协同机制，自主研发新技术赋能生产经营业务提升，激发企业数字化转型活力。

四、应用情况与效果

灯塔工厂是世界经济论坛于2018年推出的一项针对全球制造企业数字化转型开展的先进评选活动，截至2023年12月，全球共有153家企业获得此荣誉。兴澄特钢是全球特钢行业首家灯塔工厂，引领特钢行业在全球的数字化潜势，打造流程性行业智能制造标杆，持续巩固兴澄特钢在国内外市场的影响力和领导者地位。通过创建灯塔工厂，实现企业向智能制造的蜕变，提升企业知名度和美誉度。加入世界经济论坛“全球经济领袖”社区，有望与全球顶尖企业及各国政要建立联系，获得无形商机。

为了满足全球对定制化钢铁产品快速增长的需求，同时应对原材料和能源供应的波动，全球领先的特钢制造商兴澄特钢部署了40多个4IR用例，如高级分析驱动的流程模拟和优化，以及人工智能支持的能源管理。结果，兴澄的定制订单增加了35.3%，不合格品率降低了47.3%，吨钢能耗降低了10.5%

先进用例的技术经验可复制推广集团其他子公司及同行企业，助力特钢行业发展；创建灯塔工厂的方法论和价值论，对其他流程型行业也有指导作用。

信息来源：中信特钢江阴兴澄特种钢铁有限公司