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数字化“春风”轻拂波兰钢铁业
2021-07-26 15:40:02 点击数：
张文江
数字技术使企业能够在工业4.0时代中建立起自己的网络物理系统(CP)。在工业4.0浪潮中，一个重要的研究课题是数字技术在工业中的应用，特别是在特定行业领域的应用。数字化决定了新的或改进的产品、工艺、技术的创造以及公司基础设施的扩展。
从国有企业时代到私营企业时代，波兰钢铁工业走过了一段很长的历程。在产业结构调整过程中，波兰钢铁工业在所有权、产品、资产、就业、管理等方面均有所改变，并逐步向创新型产业转变。在20世纪90年代经济转型期间，波兰钢铁工业发生了根本性变革，波兰钢铁工业直接创造了该国大约3%的工业产值和大约0.3%的国民生产总值。
数字化的丝丝“春风”正轻轻吹拂着波兰钢铁工业的每一个角落。
波兰钢铁工业近况
2019年,波兰钢铁工业销售产值为357亿兹罗提（1兹罗提≈0.26美元）。根据波兰钢铁协会（HIPH）统计数据显示，1989年~2019年，波兰粗钢产量为980万吨/年；受新冠肺炎疫情的影响，1989年~2020年的年均粗钢产量为970万吨，减少了10万吨。根据波兰钢材流通联盟（PUD）的统计数据显示，钢材主要被应用于该国建筑、汽车、金属制品、机械制造、家用电器和交通工具等下游行业。1989年~2019年，波兰钢铁生产商的投资支出达到230亿兹罗提。
2002年，波兰钢铁工业淘汰了Marten炼钢技术（平炉炼钢工艺），积极引入新型节能技术。钢铁工业的变化方向与该国“绿色政策”的基本方向一致，即减少固体燃料（主要是焦炭）和燃煤发电的消耗，同时提高工艺气体（高炉煤气和焦炉煤气）使用比重。在迈向工业4.0时代的进程中，减少电力和自然资源（铁矿石、煤炭）的消耗可以算是钢铁企业面临的最大挑战之一。
外国资本对波兰钢铁工业的发展有很大影响，这是因为波兰最大的钢铁企业隶属于外资集团。在私有化过程中，IC技术一直在波兰钢铁工业创建新的内外部依赖结构中发挥重要作用。目前，IC技术依旧可以使波兰钢铁工业在世界钢铁市场中保有一定的竞争力。
波兰钢铁工业的数字化
20世纪90年代以来，世界各国的各行各业都密集开展了数字化投资，波兰钢铁工业也积极进行结构重组。然而，经济转型和私有化推迟了波兰钢铁工业的数字化进程。由此可见，只有在私有化和重组完成后，钢铁企业才能规划新的技术投资。
2004年3月份,波兰财政部与LNM控股公司签署了Polskie Huty Stali(PHS)控股公司的私有化协议。米塔尔钢铁集团正式接管了该国最大钢铁企业，并对其进行了深度重组。受益于价值70亿兹罗提的投资计划，仅2004年1年的时间，该公司就实现了17亿兹罗提的净利润。
2005年2月份，由于米塔尔钢铁集团的成立，卡托维兹地区法院将该公司更名为米塔尔钢铁波兰公司，2006年6月份，安赛乐与米塔尔合并为安赛乐米塔尔集团，因而该公司于2007年正式更名为安赛乐米塔尔波兰公司（下称安米波兰公司）。此后，美国CMC资本集团、西班牙Celsa集团等外资集团相继进入波兰钢铁市场。
2007年，欧盟委员会宣布波兰钢铁企业的重组正式完成。由于外资集团致力于投资新的生产技术(BAT)和IC技术研发，目前波兰钢铁工业数字化转型的力度依旧在逐步加大。
结合工业4.0的发展理念，波兰钢铁工业正在大力运用数字技术，借助数字技术监测设备运行参数。高炉由IT系统监控，炼钢厂和轧钢厂的设备都配备了传感器，以提供相关工艺数据，强化控制。在长流程炼钢厂中，带有传感器的设备形成网络结构，被称为高炉网络(BFN)。BFN与算法一起构成高炉上的传感器网络，以识别炉况。通过传感器和传感器提供的数据，可以规划高炉技术负荷和维护工作。目前，这项技术已被应用于安米波兰公司的栋布罗瓦古尔尼恰厂。
世界级制造方法(WCM)实现了波兰钢铁工业对无机械故障的追求。多年来，安米波兰公司在希维托赫洛维采的道碴生产线上对该领域进行了大量投资，从一个濒临倒闭的机械厂化身为一条更现代化的生产线。该生产线上安装了数千个传感器，为操作员提供数据，实时的KPI分析和流程优化提高了炼钢厂的生产能力，数字化技术已将计划外停机时间减少至绝对最短。
流程优化系统基于维护计划以及最大化资源可用性，用于资源密集度分析的信息系统是主动导向的，能够预测即将出现的问题。IC技术还加强了终端用户和原始设备制造商之间的协作。在资源管理方面，工厂使用具有多个模块的IC系统，企业资源计划(ERP)、制造执行(MES)和客户关系管理(CRM)等系统提供有关资源、生产、机器操作、产品和客户的数据。此外，拓展的IC系统(ERP、CAx)配备了用于文档管理、项目管理、生产计划和调度以及商业智能(数据分析和报告)的应用程序。
完整的IT包由SAP系统组成。在波兰外资集团旗下的大型钢厂中，这些系统创造了一个集成的IT和计算机环境，将企业、公司、资本集团和整个供应链连接起来。物联网和智能技术通过动态配置生产流程，促进了可持续生产关键原则的实现。
在通往钢铁厂4.0时代的道路上，IC技术发挥了重要作用。例如，全自动和半自动机器人、人工智能、无人机、4D打印、数字孪生等。IC技术通过将传感器技术与质量、生产规划、控制系统以及数字模型智能结合，可以在生产过程创造新的维度，降低生产成本。
将钢铁生产的数字化定义为新技术的后续应用，是满足钢铁生产商在质量、生产率和灵活性方面的要求所必需的。目前，炼钢厂使用的IC技术正朝着以下方向发展：实现设备之间的完全连接、提高计算机的计算能力、创造智能的先进软件。从长远来看，这些软件的存在形式将是无处不在的应用程序，智能化和网络化水平也将不断被提高。
炼钢厂软件智能化的发展体现在软件的开发上，软件的开发通常被称为“自学习”“自适应”“自修改”。
目前，波兰的许多钢铁企业都在使用数字化和物理网络系统。例如Realloys公司已经配备了基于树莓派和Arduino板的主动监控设备，名为Vizum Box，以增强生产数据的在线数字化。
Realloys公司使用的视觉系统由Vizum劳动力、Vizum车辆等模块组成。在该系统中，云计算和物联网设备之间的通信过程是由互联网连接和MQ遥测传输协议实现的。为了确保通信的可靠性，Vizum OpitRack系统与Orange Live Objects服务系统进行了集成，该集成服务可以在全球Orange运营商基础设施的软件层上，通过协议实现云计算和物联网设备之间的通信。
安米波兰公司使用无人机监测库存情况，还使用3D打印机打印炼钢厂的设备备件。另外，其通过使用在线平台和移动应用程序联系客户，监控订单流程。
截至目前，波兰已经有超过1.1万台机组得以应用。波兰钢铁工业内的每1万名员工拥有36台机器人，欧洲每1万名员工有106台机器人。对智能机器的使用需求逐年增长，这不仅是大势所趋，也代表着企业对机器人技术优势的认识日益提高。
尽管波兰的机器人应用水平较低，但机器人应用密度指数正在增长。但是，波兰与捷克、斯洛伐克等国家相比，实现机器人全面应用的进程仍然缓慢。近年来，钢铁工业是波兰对工业机器人使用需求最高的行业之一。
安米波兰公司的数字化
安米波兰公司是波兰最大的钢铁生产商，拥有近1.1万名员工，2015年~2020年粗钢产量大约为500万吨/年。该公司拥有栋布罗瓦古尔尼恰、克拉科夫、霍茹夫、索斯诺维茨和希维托赫洛维采等6家工厂。
在波兰钢铁市场中，安米波兰公司的产能比重达到70%。自安米波兰公司开展业务以来，已投资超过70亿兹罗提对其工厂进行升级改造。目前，安米波兰公司已经在许多业务领域采用基于人工智能的新平台和算法。
2018年，栋布罗瓦古尔尼恰厂引入了基于视频的图像处理技术，以分析生产线上的转炉振动。同年，索斯诺维茨厂采用了大厅的3D可视化技术，用于工作规划和生产区布局优化。2019年，安米波兰公司开始使用无人机观察炼钢厂生产区域。此外，该公司在克拉科夫厂仓库应用了针对数字产品定位的IT系统，自此冶金产品的识别过程实现远程操作，不需要员工在存储区域走动。最终，该系统将覆盖该公司所有工厂的仓库，详细跟踪钢卷从轧机到发货的整个流程。同时，安米波兰公司通过安装物流系统，监控车辆在道路上和工厂停车场的移动。
栋布罗瓦古尔尼恰的轧钢厂安装了钢轨生产跟踪系统，可对产品进行精确识别和监控。该IT系统可以实时查看生产状态，控制钢轨精整厂的生产能力，加快产品的质量验收节奏，并减少人为错误的发生概率。
克拉科夫焦化厂内设有一套系统，用于测量混合煤回填后焦炭室的填充量及其平整情况，所获得的数据用于优化回填操作，从而减少该工艺对环境的负面影响。
在克拉科夫厂，IT系统多年来一直被应用于检测钢铁产品缺陷。该系统可有效识别产品的表面和次表面裂纹。例如，磨床中的轧辊缺陷等。数以千计的传感器引导钢带运行，改善了冷轧酸洗线的钢带对中状况。这种解决方案能够非常精确地将酸洗薄板的边缘切割到所需的尺寸，从而减少卡带次数。
新一代数字化技术正被广泛地应用于安米波兰公司的各个工厂，从生产准备、生产控制到最终产品的储存和运输过程。
IC技术可以通过无限制的互联网接入(包括宽带和移动互联网)收集数据、处理和控制物理生产过程。工业4.0中的网络技术是网络物理生产系统(CPPS)的一部分，CPPS是计算机和物理过程的集成，网络技术和物理过程之间的联系越来越紧密。
波兰的钢铁企业正在积极投资数字化转型建设。但是，与其他发达国家相比，其转型进程至少落后了20年。波兰钢铁工业只有在企业私有化和行业重组完成之后，才能对IC系统和数字化技术进行更强有力的投资。
钢铁工业与其他行业一样，正在逐步实施变革，面向工业4.0的变革战略是长期计划。由此可见，工业4.0技术在波兰钢铁工业的发展进程中依旧处于初级发展阶段。
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