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作为集团公司2022年重点任务“工程数字化设计交付云平台及数字化工厂建设”载体项目之一，宝钢股份宝山基地2号连铸机数字孪生工厂于近日投运。这个被称为“工业元宇宙”的项目是宝武作为流程制造行业从数字化交付到数字化运营的跨越，用数据产生知识、积累知识、应用知识，催化了数据价值的实现，并由此推动了现场在技术、管理等方面的变革，在工业互联网快速发展的今日有极强的现实意义。 元宇宙的帷幕已逐渐开启，幕后世界的生机勃勃与无限可能让人心向往之。可以预见，对流程制造企业来说，这个与现实世界映射交互的平行世界将对我们的生产、制造、服务各个环节产生深远影响。数字技术不断进步和更广泛应用的新表现，也是现代文明发展的新进程。热情拥抱、主动作为，相信宝武定能在新一轮的发展进程中赢得主动，努力成为中国乃至全球未来钢铁工业的引领者。 随意打开一台电脑，登录，瞬间便自由穿梭于钢铁厂房之中。沿着钢板路不断前行，脚下地面凹凸的防滑花纹带着深浅不一的磨痕清晰可见，黄色扶手带着稍显斑驳的锈迹一路延伸。尽管机组正热火朝天地运行中，一个纵身进入其中，内里的部件清晰可见。轻触零件，各类属性、功能、当前运行情况等数据信息一并在眼前展开；点开摄像头，火红滚烫的钢水就在你眼皮底下缓缓流淌…… 这并非是电影或者网络游戏中的场景，而是宝钢股份宝山基地于日前投运的2号连铸机数字孪生工厂带来的真实体验。作为宝武首个数字孪生工厂，通过三维模型、仿真模型、设备状态监测模型的数据交互，完成虚拟空间的数字映射，构建了虚实协同、综合集成的钢铁“工业元宇宙”。 “其实无论是元宇宙还是CPS，都强调有实、有虚，虚实交互，本质是软件定义过程，算法优化资源分配，从而最优化配置实体世界资源，这是大势所趋。”集团数智办信息总监张群亮介绍说，“但是，对于工业场景而言，落地挑战很大，工业系统组成往往非常复杂，不仅表现在系统组件数量多，还体现在结构复杂而且精密协作方面。工业系统的数字化过程势必要对对象进行简化。如何在简化过程中满足工业的可靠性、实时性、稳定性和经济性？这需要系统的设计、有效的方法、创新的路径，不是简单的数字化集成问题。” 要让连铸机有一颗智慧的大脑 连铸产线是钢铁工序链的关键环节，是钢铁从液态变为固态的“咽喉”。高温钢水直接连续浇铸成固态坯的复杂工艺过程中，发生的系列物理变化与化学变化，直接影响铸坯质量。由于缺乏海量数据支撑，具有典型的“黑箱”特征，是整个行业面临的难题。 宝山基地2号连铸机于1989年投产，是宝钢股份生产汽车板的主力机组。为了满足不断提升的产品质量需求，同时提高机组的运行效率，2020年，宝钢股份决定对这条机组进行综合改造。怎么改？我们需要一条什么样的连铸机？成为首先要回答的一个问题。 “这几年，我们大力推进智慧制造取得了很大进步，以连铸来说，尤其在点状的机器取代人的方面基本技术都实现了突破，把效率、质量控制等工作几乎已经做到了当前条件下的极致。但是，我们还没能改变原有的运行模式。”宝钢股份宝山基地炼钢厂厂长田正宏说，“要让连铸机有一颗智慧的大脑，继续做解放人的事”。 2020年，宝武技术创新重点支持项目“工程数字化设计交付云平台关键技术研究与应用”正式启动，系统研究产线装备的系列化、标准化、数字化。2号连铸机项目成为其载体项目之一，开启了信息化时代数字孪生工厂的探索。 我们需要一个怎样的数字化平台？ 在数字化信息化发展至今，软硬件都已更迭N代的今日，我们要把2号连铸机做成一个什么样的数字工厂？这个问题几乎贯穿了项目始终。 “当然最好是3D的，我们需要的设备信息都能在电脑上随时点开查看。现在买个手机都不附说明书了，而是在线上有各种视频、模型的多方位展示，一目了然。”“即便在家也能随时全方位看到设备情况，不用半夜突然进厂。”宝钢股份宝山基地炼钢厂副厂长陈向东说，“要建一个开放的平台，让操作、检修、技术、管理人员都能在线上把自身的经验积累固化下来，应用到生产中。”“不能是一锤子买卖，项目要有持续改进的余地。”……现场的技术、设备、管理者都提出了各自的想法。 “这是个跨公司、跨部门、跨专业、跨流程的事情，无论是技术还是管理难度都极大。因此，我们成立了联合项目团队共同推进。”宝钢工程副总经理袁磊说，“我们有责任从设计源头开始，建数据水塔，让数据的涓涓细流穿越冰山、冻土，汇集成大江大河，肥沃一方土壤。” 从一个细小的零部件到庞大的机组，从厂房结构到走廊扶手，宝钢工程从项目设计开始就一一在线上同步建设孪生工厂。设计师在宝钢工程具有自主知识产权的线上设计平台宝数云上，为2号连铸机数字孪生工厂添砖加瓦，将实体厂房内的一丝锈斑都映射到虚拟厂房中，同步将每个设备的身份信息都植入其中。这让产线拥有了真实可靠并且极为精细化的静态数据。“我们不仅交付实体工厂，我们将同步交付数字工厂和工程建设造价库，交付线上线下两个工厂。”袁磊说。 疏通数据“堰塞湖”，让数据流动起来 一直以来，钢铁行业产线交付时，均是一手产线一手图纸。“我们拿到后，会对设备进行编码，然后按管理区域划分，分发图纸，图纸就基本锁在现场柜子里了。但现场设备是一个动态维护的过程，随着人员更替、设备检修零件替换等，渐渐地，初始图纸也就成了废纸一张。”宝钢股份宝山基地炼钢厂设备管理室副主任陈臣说。同时，同样的设备在项目建设、采购、设备管理等不同时期在系统中的代码不通，这个问题在大型生产制造型企业普遍存在。 数字化工厂建设，首先要解决的就是数据标准化、规范化的问题。“数据，只有流动起来才可以产生价值。我们要疏通数据‘堰塞湖’，由源头产生清晰干净的有效数据，通过河流网流向数据消费端。”袁磊说。 通过对国内外石化、电厂、核电等行业的有关编码标准规范的学习，以及数字化孪生的过程和特点的理解，结合宝钢股份工程设计管理经验，数字化交付编码标准——位号（TAG）由此而生。以TAG统一标识所有工厂对象，柔性连接BPMS、iEQMS、PSCS系统代码，实现了建设期与运营期系统代码“书同文，车同轨”。基于TAG贯穿工厂对象生命周期，通过工厂整编形成工厂对象结构树，关联包括三维模型、图纸、文档、属性、造价等，让数据标准化、序列化，方便实时更新查询。 一脚踏入“工业元宇宙”，让数据发挥更大价值 如果说产线装备等的静态数据为2号连铸机数字孪生工厂搭建了坚实的骨架，由现场上万个数据采集点实时采集的海量动态数据则为其注入了新鲜血液，让它真正具有了生命的活力。静态数据和动态数据互相融合、虚实协同。 对于2号连铸机数字孪生工厂，项目团队用了三个词来进行了描述：万“件”归一，设备全生命周期的设计参数、图纸、维修履历、备件库存及采购渠道、价值等诸多信息与唯一的TAG树柔性链接；身“轻”如燕，三维模型、设计数据、实时生产数据、铸机状态等数字资产秒级查询；见“模”如面，借助数字化交付模型、仿真模型，完成虚拟空间数字映射，实现可视化数字孪生应用场景。最为关键的是，所有信息的取得无需任何专业设备，仅一台普通电脑随便在世界哪个角落登录系统，便可一脚进入数字孪生工厂。 在这个虚拟空间中，每一位进入其中的人都能将自身对设备与工艺、质量之间的关系认识等经验，按空间规则转化为数据模型，慢慢拓展它的思维空间和维度。就像一个孩子的生长一样，在五官接收大量信息之后，还要培养他的逻辑思维等各项能力，这是一个漫长的过程。宝钢工程大数据中心副主任乔建基介绍说，基础的模型等已经有了，现在就要培养机组的思考能力。主要有两个方向，一方面是数据要服务于设备，让设备能够更合理、经济、高效率运行；另一个方面数据要服务于产品，也就是“数字板坯”，从钢水到钢坯的过程中，深入挖掘设备与操作、生产、质量的关系，让每一段板坯质量都以过程数据说话。“现在还是1.0版，我们已经实现了现场操作、检修、技术、管理人员的四个解放。然而，后续还需要我们投入更大的精力，把孩子教好，到时我们才能得到真正的解放。”田正宏说。 “我们开始做项目的时候，都没想过‘元宇宙’的事。但当我们做完，上线试运行的时候，就有很多人不约而同地说，这不就是‘工业元宇宙’嘛。”袁磊说，“回过头来也验证了，我们一路推进智慧制造、不断解决现场难题的方法和路径是对的，是契合当前整个时代和行业发展方向的。” 宝武设计院院长、宝钢工程党委书记、董事长陆鹏程表示，在人才高地、创新高地的宝钢股份打造2号连铸机数字孪生工厂，既是支撑主业创新发展的实践探索，同时也是宝钢工程发挥“前店后厂”的独特优势、打造示范标杆的重要一步，具有十分深远的战略意义。“数字化设计、数字化交付、数字孪生工厂”是宝钢工程的职责、使命和重要发展方向，是践行科技引领的重要部署，也是宝武所赋予的战略性任务。当前的阶段性成果，是在多家兄弟单位领导鼎力支持之下取得的，是将管理创新与技术创新相结合的一次有益实践，未来也有很大的优化延展空间。宝钢工程将坚决贯彻落实宝武战略部署，与主业生产运营实际紧密结合，以设计为源头打造好智能工厂的数字底座，强化工程集成在技术创新体系中的桥梁作用，全力聚焦业主需求，强化资源配置和工程技术攻坚，主动携手产业生态圈伙伴，一起探索、永不止步。 “2号连铸机数字孪生工厂，是一个很好的实践探索案例，找到了一种实现虚拟交互的数字连铸产线构建方法，这与过去离线的虚实无交互的仿真计算有着本质区别。”张群亮说，“目前，宝武智慧制造已经进入2.0‘三跨’阶段，只有不断提升实体工厂的数字化水平和虚实交互范围，才能真正突破边界，跨域赋能。这个案例探索形成的一些经验和方法，对于加速建设虚实交互工厂有着很强的指导意义。” |
