钢铁企业数字化新质生产力系统工程实践

一、钢铁工业数字化制造的产业政策支撑与背景

高质量数据是数字钢铁新质生产力的粮食。企业全面数字化、工业知识高端模型化、网络协同与深度企业信息化是加速生产力释放的催化剂。“数字钢铁”就是应用数字化的方法与系统解决钢铁工业的实际问题，以传感与计算机数字化测控通讯、钢铁工业软件技术为基础载体；用精准的冶金工艺模型作为钢铁产品质量管控核心保障；用数字化的信息通讯系统（ICT）打通钢铁企业生产运行的全过程及企业运行界面实现生产经营高效协同的制造管控、生产经营核心，以期获得最大的经济效益和社会效益。深度融合现代制造前沿工艺原理与信息通讯技术、工业软件技术、工业智能制造系统集成技术实现以网络化、模型化、数字化为本质特征的智能化转型升级，是现代工业可持续发展高效务实之路；以高质量数据驱动整个钢铁工业运行的过程，基于工业ICT技术与系统的冶金数字化工厂、基于冶金工艺原理的冶金工艺模型系统及以网络化、数字化为轴线的钢铁流程网络协同制造体系是钢铁企业新时代“三大工程”是系统开展新质生产力建设工作的中轴线。 新产品、新工艺、新技术、新装备合力驱动下的钢企全息数字化，钢铁材料正向设计，钢铁材料模型化工业生产与制备，冶金多工序网络协同制造是钢铁工业升级的关键。冶金工业软件是其重要载体与现实的工程化途径。钢铁工业的数据通讯系统软件、冶金工艺模型系统软件、企业信息化系统软件由于现场应用环境所致，性能与稳定性要求极为苛刻，具有很强的代表性、通用性。

        1、冶金工艺产品提升，从钢铁走向材料-冶金工艺模型化。

        2、生产运行效能优化，生产运行系统优化-钢铁智慧运营的核心。

        3、产业资源协同配置-流程界面数字驱动及企业经营协同化。

　　推进产业链的网络协同制造是一项复杂而庞大的系统工程，需要不断探索、试错，难以一蹴而就，更不能急于求成，必须坚持不懈，系统推进。要做好顶层设计、统筹发展规划，要加大政策扶持、引导企业创新，还要做好基础建设、培育创新人才，以及鼓励跨域合作，实现优势互补。建设产业链网络协同制造体系，一方面要加快推进钢铁制造信息化、数字化与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。另一方面，在全行业推进智能制造新模式行动，总结可推广、可复制经验。重点解决核心冶金工艺模型、培育流程型智能制造、网络协同制造、按用户需求个性化定制、网络远程运维的智能制造新模式的试点示范，总结出钢铁工业智能制造的发展路径，提升企业品种高效研发、稳定产品质量、柔性化生产组织、成本综合控制等能力，来满足客户多品种、贴近终端的个性化需求；龙头企业兼具研发实力和市场敏感性，能够聚焦国家战略所需，协同开展基础前沿研究，引领和带动整个行业的发展。龙头企业之间、企业与专业院所之间进行联合研发和协同创新，有利于各创新主体聚焦主责主业，集中资源开展核心工艺和关键环节研发，提高研发效率；有利于上下游企业更早介入产品设计和研发环节，共同开展市场策划、产品认证等项目，加快科研成果的产业化；有利于企业之间通过协同创新完善配套体系，在专业化分工基础上形成产业链合力，增强产业链韧性和全球竞争力，用系统级的创造模式替代APP式的轻量级零敲碎打，促进新质生产力建设用以支撑行业的高效发展。

      钢铁生产过程是高性能传感通讯、传动和多级大型计算机测控系统集成的试金石。钢铁生产过程的复杂性和作业环境的严苛性，成为诸多冶金控制算法和控制策略工程实用性的应用测试与验证平台。理性客观地讲：钢铁流程智能制造系统是推动控制理论、计算机测控、数据通讯技术和智能算法快速发展的原动力之一。已经在钢铁生产过程中得到工业化稳定应用的控制硬件、系统集成方法、工业双工数据通讯系统、高端软件算法系统与通用工程平台经过很小地改动即可适配于其他制造行业的工业控制系统中。让钢铁工业即出钢材又出人才还出智能制造所亟需的关键自主装备与核心模块化软件系统！

二、钢铁智能制造系统及数据流支撑下的“数字钢铁+”新局面

内生动力：

钢铁工业作为重要的传统产业钢铁工业面临着节能减排等诸多挑战，与此同时也迎来了钢铁工业转型升级的新机遇。将现代冶金工艺原理及前沿智能测控技术研发成果应用于钢铁工业生产实际为生产高品质钢材提供机理、装备、工艺、质量的保证，铸就企业核心竞争力以应对挑战、提质增效、完成钢铁工业转型升级。

1、提升生产效率

•能源和原材料的利用效率是竞争力的决定因素之一。

2、加快钢铁产品上市速度

•更短的创新周期

•更复杂的产品

•更大的产品数据量

3、日趋增加的钢铁产品复杂程度

•个性化的大规模制造

•易变的市场

•更高的生产率

当前制造业绿色化、智能化发展的国际大背景下，处于转型升级关键时期的国内钢铁企业积极应用数字化、智能化技术围绕工业转型升级来帮助应对这些挑战，钢铁工业亟需在目前的绿色化、自动化、数字化技术基础上进行二次创新构建符合国情的绿色智能化关键、共性钢铁生产技术。将高端数据通讯、分布式网络测控、人工智能和机器学习等智能化技术集合起来。建设深度信息感知、智慧优化决策和精准网络协同的具有分布式网络测控架构的智能化钢铁工厂。实现以分布式、网络化、数字化、模型化、深度信息化为基础的网络协同智能制造体系。

钢铁工业专用软件技术与系统全方位展示了巨大的潜在经济效益和其对传统钢铁流程强大而灵活的再制造升级能力。如何让钢铁工业研发成果及钢铁企业生产流程与工业软件技术与系统深度融合，让相关技术与系统在钢铁行业落地生根并形成符合自身产线实际情况的技术与体系进而产生经济效益，促进钢铁行业两化深度融合与产业转型升级，为钢铁业供给侧产品与质量的提升奠定基础。尽管第一阶段工作涉及了数字钢铁及智能制造的相关基础工作和系统集成实践，但未来任重而道远，特整理如下：

1、数据打通制造企业神经中枢-用数字化技术与系统构建全面数字工厂

智能制造，数据先行。数据是各行各业新兴的资源与生产要素，对于制造业而言数据如同水电公路一样是充分必要的基础，对于数据的应用只受想象力的限制。随着信息技术、互联网、物联网和先进制造等技术的发展与融合，世界正在孕育一场新的工业革命，虽有不同理解，仅划分阶段不同，但万变不离其宗，数字化、智能化的趋势是一致的。现代制造业、科研系统、航空航天、军工测控通信、城市生活等众多领域的数据汇集在一起呈现出“NVDIA”的特征，即网络化(Network)、数据量巨大(Volume)、多态化(Variety)、快速化(Velocity)、价值化(Value)、分布式(Distributed)、寻址组态化(IP address configuration)和精密时基信号(Accurate time-base-signal)，这对制造企业和流程系统集成提出了极为严苛的数据通讯质量要求。如何实现不同类型传感器多态数据的统一系统数字化、抗干扰、精密时基、多级系统精密同步、网络窄带高速传输与感知计算；构建与下一代“数据不落地”的分布式实时网络感知测量测控系统相配套的高端数据通讯系统已成为制造业深度转型升级、迈向中高端必须要解决的卡脖子的关键共性基础问题，是必修课而非选修课！

钢铁工业是大型流程工业，其控制系统已向智能控制技术与冶金模型深度结合的方向发展。冶金过程控制系统对数据通讯的质量有苛刻的要求，要求其数据通讯系统具备自动重连、冗余切换、分布式网络实时等功能确保数据通讯极其可靠。“高端数字化分布式数据通讯系统”(Digital Advanced Distribute Communicate System)DADCS及安全高速的工业基础网络与计算机硬件系统共同构成钢铁企业的公共数据链系统，DADCS是分布式、网络双工实时级数据通讯系统，充分满足冶金APC测控系统控制临界点(卡边控制边界点）和时间敏感网络(TSN)对于实时数据通讯严苛的时序要求。DADCS系统用于钢铁企业数字钢铁建设的通用数据采集、冶金模型网络双工通讯及钢企信息化系统精密数据前级，其系统特性及解决的实际问题如下：

    6、DADCS系统拓展应用于制造业通用数字工厂建设。钢铁企业的作业环境和数字钢铁系统对数据通讯系统提出极为严苛的性能要求。做为冶金企业数字化神经中枢的DADCS系统与基础自动化系统标配装备的PLC、DCS、工业PC实现开放式数字化控制，融合新型传感器、智能仪表和软测量技术实现工艺参数的在线高速采集和闭环控制。DADCS系统基于现场总线及OPC-UA技术的自主知识产权具备灵活拓展功能模块及多态数据接口、符合TSN标准的分布式、全数字化、网络化的通用工业级实时双工多态数据通讯，系统配备有制造业通用数据级联接口无缝拓展为制造业通用数据服务系统。广泛拓展应用于制造企业SCADA数据系统集成、多总线多态数字化工厂及企业数据中心、MES/ERP/EMS等企业信息化系统精密数据前级、交互式工业互联网数据源驱动层、工业过程控制系统网络双工数据通讯、基础自动化跨总线协议数据通讯、网络远程监测数字化解决方案、多个领域底层数字化和数据集成便捷而高效的通用数据集成通讯系统；兼容业界195种主流PLC设备厂商总线协议，支持自定义板卡广泛范围的传感器高速测控，支持用户自定义第三方协议驱动的驳接，实现与城市物联网设备及小众制造商的控制设备或非标自动化设备间实时工厂数据集成，实现制造企业多态工业数据（常规测控数据、音视频、振动及连续波形等工业异构数据）采集、传输、分配、存储、应用全生命周期的闭环。奠定制造企业全流程强大的数字化基础。网络化SQL Server、ORACLE、DB2数据库模块，支持企业盘活存量信息化、自动化资产及老旧产线的升级改造；同步工业级实时网络数据接口系统支撑“数据不落地”的分布式工业智能测控系统的部署及端到端的工程集成。诞生于流程工业严苛工业环境的通用数据采集通讯系统用途广泛，为制造业及城市生活全面数字化提供成套的自主系统。数据驱动制造，数据点亮生活。

高端精密自主可控数据通讯系统是制造业的北斗导航系统，为制造全流程提供基础数据通讯服务。成套自主的分布式、数字化、模块化、网络化通用分布式高端工业数据采集与网络数据通讯软件系统DADCS及安全高速的工业基础网络与计算机硬件系统共同构成制造业的神经中枢，DADCS是制造企业数字化工厂单元工序的中流砥柱。中枢畅通，通则不痛；砥柱坚实，行稳致远。“高端数字化分布式数据通讯系统”作为制造业的支撑环境用于实现生产制造的分布式、网络化、智能化、柔性化和协同化，具体功能如下：

互联感知：一根网线载调不同类型的多态数据将设备、产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地联系在一起。

数据驱动：数据成为企业的生产资源。产品、设备、研发、工业链、运营、管理、销售、消费者等通过数据驱动产业链。

系统集成：将分布式传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过工业ICT软件及安全网络交联形成智能感知体系。使人与人、人与机器、机器与机器、服务与服务之间充分互联，实现横向、纵向、端到端的高度集成。

数字工厂：高质量工业数据流支撑制造企业工艺模型化、生产流程网络协同化，协同工厂生产形态兼顾大规模生产和网络协同制造，生产过程更加柔性化、个性化、定制化。 

DEP-DADCS多态数据采集系统与中继传输组件系统

多态数据归一化组件及跨域中继传输

数据生产者、数据消费者组件与硬件联合部署

DEP-DADCS 系统为制造业的分布式、网络化、实时测控系统及全息多态数字化工厂提供完备的支撑

2、冶金数学模型及先进过程控制工业软件系统-从钢铁走向材料的大脑

冶金工艺APC系统作为冶金工艺过程智能系统的核心,从冶金工艺内部发力完成冶金工艺过程的精准在线控制。主要解决产品品质与稳定性问题，由一代装备，一代材料向一代材料，一代装备转变。

现实意义与解决的问题：冶金工艺模型及冶金过程测控系统是钢铁产品质量控制的核心。是材料正向设计与冶金工艺的桥梁，从钢铁走向材料的大脑。高端钢铁材料正向研发投入工业化生产时才会涉及到的冶金过程精密窄窗口控制，用于精密流动控制改善小粒径夹杂物分布的细节严格控制钢液凝固过程动态结晶过程及铸态组织（例：为连铸工艺过程提供系统级、定制化的振动、二次冷却、轻压下、电磁冶金工艺关键在线模型生产参数及成套控制策略）、严格控制轧材流变与组织性能从本质上避免钢铁材料的多种质量缺陷，从钢铁走向材料的真家伙。深入研究宏观机械应力与微观电磁推力联合作用下铸坯凝固及铸态组织的演变及改善，并对其工业原理、优化模型和关键的控制参数联合应用进行掌握。通过合理分配联合应力场为生产高端航空用合金材料、低碳类合金船板钢、管线钢、超高碳、高端轴承钢及其他易偏析钢种提供机理、装备、工艺、质量的保证。

3、基于分布式网络的智能车间与在线质量管控（SPC）组件系统

智能化车间系统通过建立工厂车间级的工业通讯网络，实现车间无纸化办公及系统、装备、人员间的信息互联互通，建立覆盖全厂的信息管理与交互、电子记录的系统，电子调度指令等子系统、行车调度指令系统。融合基础自动化、计算机数据网络、工业现场总线、自动识别、传感、跟踪、扫描、在线检测、自动存储、排序及流向智能控制等技术手段,使整个生产流程从工艺到质量的全过程具备生产管理调度、柔性智能加工装配控制和质量安全管理等功能，真正实现生产管理的信息化、数字化、节能化以及柔性智能化车间生产的功能。

车间级物联网数据通讯传感系统及其接口

数字化车间物联系统及深度数据分析与在线质量管理系统的应用

4、绿色低碳制造的核心-冶金能源管理及平衡调度系统与软控系统

能源管理决策子系统是专注于钢企生产运行管理中能源管理和公用能源管理，是企业节能减排工作，降本增效的核心模块。该决策子系统包括了能源管理总览、能耗对标分析决策子系统，能源差距分析等决策驾驶舱，用最直观的方式找到能耗差距最大的装置，便于及时改进。

5、钢铁企业深度信息化与网络协同制造系统（含冶金工业数据中心）

钢铁企业协同制造平台涵盖公司生产、计划、质量、安全、环保、能耗等各种相关的业务，并通过与MES等各类信息系统的数据集成，能够更好、更全面地整合计划、生产、质量、安全、环保等各类生产信息，经过科学的归纳与汇总为公司生产调度及业务管理人员提供及时、准确的决策信息，更好地为钢铁企业生产决策和调度提供有力的支持。

将运筹原理与优化调度排程通过适当的设备和软件应用机器学习的现代技术，综合统计学方法和SPC管理决策子系统专注于企业生产经营，基于SPC设计的仪表盘，以经济技术指标为核心指标研究影响装置乃至企业生产绩效的SPC，并结合历史数据和外部对标数据对指标进行纵向和横向的对比分析，从而找到差距，及时采取应对措施，提高生产经营绩效。该子系统的实施有赖于一个成熟完善的SPC指标管理体系。

炼钢多工序动态感知APS排程系统

钢铁企业通过工业ICT及工业互联网从单纯提供产品转型为提供“产品+服务”的混合商业模式，通过智能、可联网的产品生成数据，并以此提供数字化服务。实现钢铁工业大规模、分散的车间、制造单元、供应商、计算单元、存储等资源的统一集中管理和智能调度，将信息技术资源以服务方式动态、弹性提供，用户按需使用的计算和服务系统。提升网络化协同制造水平。将冶金工厂各工序骨干制造单元通过工业以太网、安全的互联网与产业链各环节紧密协同，促进生产运行、质量控制和运营管理系统全面互联，推行数字化协同质量设计、科技研发和基于市场的网络化生产制造等新模式。构建钢铁流程网络化协同制造公共服务平台，面向细分行业提供公共制造服务，促进创新资源、生产能力、市场需求的集聚与对接，提升精准服务下企业能力，加快流程单元多元化制造资源的有效协同，提高钢铁企业上下游产业链资源整合能力。工业ICT、工业互联网及配套的软硬件组成的工业数据通讯巨系统犹如穿项链的线将分布式的独立的钢铁流程各生产制造单元穿成珍珠链，交互感知、协同运转、深度融合。

数字钢铁整体软件系统集成

多态数据支持下的全息数字化工厂系统

DADCS系统 与用户原有.NET架构应用系统的无缝度集成实现企业信息系统基于冶金多态数据架构的深度改进与融合

钢铁企业公共数据中心系统（DMC）

通过DADCS系统及钢铁流程多工序网络协同制造系统可以在充分盘活原有信息化系统、自动化系统存量资产基础上对原有企业信息系统通过数据流重新分配进行彻底的盘活与重构。小幅改动、充分利旧原有信息化系统的情况下高性价比实现企业智能制造体系的整体升级。DADCS数据系统提供丰富的数据接口（除常规的数据库、文本、MQ中间件外支持.NET用户系统直接通过网络访问DADCS系统数据实现数据“不落地、不入库”的高速网络化、分布式信息系统集成）与企业存量MES、ERP系统无缝集成，即充分处理好存量信息系统资产与增量信息系统资产的关系又高性价比实现钢铁企业制造系统升级。

6、冶金专用传感检测仪表、控制器（PAC）多态数据测控系统软件

多态数据企业网络远程集控系统

物联网（IoT）技术的广泛应用以及基于商业智能技术的跨领域应用提供的附加价值使得冶金专用传感器变得越来越重要；钢铁企业产线升级必须注重新型智能传感器、新型PLC、PAC控制器在现代测控系统中的系统集成与应用。

智能传感测量器件、高端过程控制系统、生产流程网络协同制造系统、工业软件与系统集成技术为数字钢铁建设高效途径。将计算机过程控制技术与高速控制、精密运动、机器视觉、模拟测量、APS系统、能源管理系统、人机界面（ HMI）等功能集成于钢铁制造生产线。应用工业软件和模块化硬件，以极高的效率，极大地缩短系统从开发到部署的时间，提高钢企的核心竞争力。

远程网络物联与数据服务系统

7大模型和小模型的横向纵向分布式智能单元体部署与集成

适用的才是最好的。AI大模型的优点是你可以在使用的过程中不断快速优化迭代；小模型的优点是针对特定应用场景精度和及时响应适用。小模型的长处是深度方向上精度和适用，大模型的长处是横向方向的广度感知与决策。大小模型是横向纵向维度的关键，通过多态感知数据链连接与交互实现大模型和小模型的横向纵向分布式智能单元体部署与集成、各司其职、相辅相成形成分布式网络智能体的群集部署与在线动态优化。冶金模型(小模型)解决不了、解决不好的冶金工艺问题，引入大模型来做，往往是不合适的。反之亦然。只有把技术与系统放在最合适的地方才能发挥其优势与效能。

钢铁工业智能制造系统几个关键的硬件与软件技术基础：大数据分析、若干系统集成、物料流、将机器人嵌入到生产流程、云计算技术、材料正向数字化设计、冶金工艺过程建模与数值模拟仿真其实质从未离开数据的采集与应用和冶金工艺流程配套的软硬件结合。模型是数据的终端用户，数据是模型的基础，工业网络是分布式测控体系的神经。高端冶金模型是冶金工业知识的载体与积淀，是冶金企业的一种核心竞争力。综合应用新的硬件装备及数字化工业ICT系统，立足于自主的、适用的高端冶金工艺数学模型、基于分布式数字化架构和工业安全网络深度改进与升级企业信息化系统。实现软硬一体、综合集成、冶金工业知识和流程布局优化为主要目标的工业软装备推动未来钢铁企业创新发展的主要格局。

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钢铁企业数字化新质生产力系统组件（DEPSoftware-2026）

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参考文献：

[1]干勇.连续铸钢前沿技术的工程化[J].中国工程科学,2002,4(9):12  

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[4]刘玠.刘玠文集[M].北京:冶金工业出版社,2014.

[5]殷瑞钰.钢厂智能化的认识思路.钢铁智能论坛的讲话.2017.