一、研究的背景与问题

“工业4.0”是以智能制造为主导的第四次工业革命，旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统（Cyber-Physical System) 相结合的手段，将制造业向智能化转型。在“工业4.0”背景下，根据中央提出东北振兴精神和辽宁省落实做好三篇大文章的要求，建龙集团大力推进智能制造。

抚顺新钢铁以“产城融合发展的典范、智能制造的先行者、绿色发展的践行者、建筑业综合服务平台的主导者”四大发展战略，为实现东北老工业基地全面振兴、全方位振兴而努力。从2018年6月至2019年5月，抚顺新钢铁通过整合型数据分析系统建设和复制与开发，在不断丰满完善的基础之下, 管理人员和工程师更愿意追求“更全面,更系统,更有效率”地针对各自的专业领域进行科学分析与管理。在围绕提升效率、提升能力、提升装备水平进而实现效益的提升推进全流程钢铁企业数字化转型过程中，存在一下问题：

1、员工数字化能力不足

随着数字化转型的推动，企业经营管理有了大量系统、全面的数据做支撑、提供参考，进而对“执行力、查找异常、反应速度、部门联动”也提出了更高的要求，此时员工能力是否能有力支撑管理则显得愈加重要。抚顺新钢铁属于传统冶金企业，员工对数字化转型、精细化工具、岗位融合、集控的理解能力不足。

2、复合型的专业钢铁信息技术人员供应十分有限

在数字化转型过程中,需要复合型的专业钢铁信息技术人员来支撑。从现有的人员及外招的潜力来看十分有限，业务不懂IT，IT不懂业务。

3、数据应用不足，数字价值发挥不充分

钢铁行业每天产生和利用大量数据，比如生产、能源、质量、安全、环保等。现场一级系统里面蕴含的数据如EMS、ERP，但是没有将数据进行应用，没有充分发挥数字的价值。

4、结果性与驱动性数据的集成与解析机制有待建立

数据驱动的智能企业包括数据资产的规划和治理、数据资产的获取和储存、数据资产的共享和协作、业务价值的探索和挖掘、数据服务的构建和治理、数据服务的度量和运营（迭代）六个部分。同时基于冶金工程流程的“制造流程-单元工序-单元操作”集成和解析的关系有待建立。

针对这些问题，抚顺新钢铁利用企业现有资源组建研发团队，自主研发了一种融合业务、组织与冶金流程的新一代集控中心，并不断持续迭代优化。

二、解决问题的思路与技术方案

1、总体思路

全流程钢铁企业数字化转型过程围绕提升效率、提升能力、提升装备水平进而实现效益的提升进行推进。以集控中心建设与功能创新方案、集调与关键集中控制技术方案、组织机构与专业管理创新方案、IT技术方案为依托，研发一种融合业务、组织与冶金流程的新一代集控中心。

集控中心：以人为中心、以效率为目标，对岗位、管理、流程功能进行重构，形成一体化操控和运营中心。

目标：打造极致高效、极致安全的工厂。

2019年系统开发数量累计93个，涉及高炉、烧结、竖炉、炼钢、轧钢、质量、设备、能源、生产、安环、财务、对标、供应、销售、执行力知识管理等14个专业领域，其中约50%的系统开发工作由工程师和编程人员共同开展，约66%员工应用系统工具支撑日常管理。

图1抚顺新钢铁智造管控平台架构

系统管理平台如下图2所示：

图2抚顺新钢铁智造管控平台

2、技术方案

（1）集控中心建设方案。集控中心共分为四层，一层为集控集调中心；二层为铁前、钢后、制造责任工程师区域；三层为精细化工作室及专案改善区；四层为数据中台、机器人等前沿技术研发区。

基于冶金流程工程的理念，打破传统部门边界，以协同性、专业性及未来性为原则，将公司专业工程师序列重新论证优化为制造、工艺、质量、设备、工程、安全、环保、工业工程与数字化等8大专业类别，进行重新竞聘上岗。以集控中心二楼为例，虽分铁前、钢后、制造区域，但各区域不是按照传统的组织机构划分，而是按专业划分，如铁前区域安排炼铁厂、财企处、技术处等铁前相关工作的工程师一起办公。

图3 集控中心功能

（2）集中调度与集控技术方案。集中调度与关键集中控制技术方案累计制定334项，其中集控类方案66项，岗位融合类53项，系统需求类215项。

（3）基于集控需求的自动化提升方案。涵盖基于集控需求的设备配备、5G网络布线、电缆光缆融纤及运行调试等。以炼铁动力作业区自动化提升方案为例：

图4 炼铁厂动力作业区自动化提升方案

（4）基于关联程度分析确定集控集调岗位。集调、集控规划方面，首先对集控岗位关联程度进行分析:

图5 集控岗位关联程度分析

上图中1表示偶尔联系、2表示经常联系、3表示频繁联系，最终得出结论集控维度关联度高的是：总调度室、炼铁调度和物流调度；生产维度关联度高的是：高炉和上料；辅助工序关联度高的是：水泵和锅炉。

3、 IT技术方案

涵盖数据中台、服务器、知识图谱、5G技术四项方案。

（1）数据中台技术方案。数据中台的价值：数据中台为集控中心提供数据支撑。可实现链接PLC传感器，实时采集纳秒级数据；对GB级数据进行聚合运算；生产控制指令下发反馈链路超低延时；全局检索速度快等功能。数据中台作为企业级能力复用平台，提供全局数据“存”、“通”、“用”解决方案。

数据中台通过西门子WinCC OA收集设备数据。本项目是钢铁行业中首个实践并准备大规模通过WinCC OA采集设备数据的公司。

作为数据采集层的WinCC OA,起到了工厂数据承上启下的作用，从行业应用来说，Wincc OA主要集中在石油天然气，轨道交通，水处理，电力调度和能源行业等，也开始在其他某冶金设计院工程公司给其他钢铁企业作为采数解决方案。

图6 数据采集方案

（2）服务器技术方案。包括数据中台服务器、应用服务器、视频服务器。

（3）知识图谱技术方案。知识图谱就是把所有不同种类的信息（Heterogeneous Information）连接在一起而得到的一个关系网络。

例如在集控中心智能燃烧系统中，我们将设备之间的关联关系绘制成知识图谱，运用图数据引擎将时间序列数据以神经网络模型展示出来，以发现在关联数据库难以发现的隐藏趋势。以便后续通过AI机器学习等方式，智能分析潜在优化/风险区域，本技术由新钢铁与伯克利大学共同研究开展。

图7知识图谱系统画面

（4）5G技术.目前公司5G网络全覆盖7个云基站，实现全厂网络全覆盖，部分场景采用5G云基站进行创新应用。

图8公司5G宏站及首批CPE部署位置示意图

5G应用场景方面：正在不断推进与完善。其中轧钢厂高线生产线上线了4组5G智能振动传感器。以此为基础，利用5G高带宽，低时延的特点，可实现公司主体设备的运行状态监控与设备状态预判，甚至可以实现预知维修。

三、主要创新性成果

一种融合业务、组织与冶金流程的新一代集控中心项目属于冶金装备、建设与自动化科学技术领域，自2018年6月以来，抚顺新钢铁以“集中控制、冶金协同、专业融合”为基本精神，分别从应用系统开发、集中调度与关键集中控制岗位梳理、责任工程师的管理维度与需求梳理以及集控中心建设四大方面进行推进，其中集控中心建设分为项目确定、前期筹备、集控评估、集控建设、集控投运五个阶段。在2021年1月12日，抚顺新钢铁有限责任公司智造中心正式投运，该项目是目前集团首家、国际领先的全流程集成一体化管控中心。

本项目技术成果主要包含集控中心建设与功能创新方案、集调与关键集中控制技术方案、组织机构与专业管理创新方案以及涵盖数据中台、服务器、知识图谱、5G的技术方案等技术成果。首创并建成了一种融合业务、组织与冶金流程的新一代集控中心，主要有三大创新：

1、基于生产调度与管理、工序及界面控制，构建了冶金全流程及双层组织架构全要素的数字孪生虚拟与现实协同的一体化集控中心。建立了“数据采集-实时分析-智慧决策-反馈赋能”的技术架构，开发了跨工序数据融合、耦合计算、智能联动的一系列数学模型，实现了各生产作业单元从传统的分散管控向一体化管控的转变。

2、应用数据中台、知识图谱、WINCCOA、5G等技术，建立了信息高度融合和扁平化架构的大数据中心，支撑了大量计算任务的高效运行，为智能决策及控制赋能奠定了基础。建立了以智能控制架构、安全控制系统、三电综合保障技术为核心的集控技术，实现远程、跨工序的大规模远距离安全集中操作控制。

3、实现了冶金全流程生产组织的扁平化变革，创新了管控模式。102个控制室整合为1个，操作岗位精简37%，5个一级单位整合为制造管理部，创新了生产组织模式，提高了劳动生产效率。

四、应用情况与效果

项目实施后在组织机构优化方面、现场控制室优化、现场控制岗位人员优化以及主要经济指标方面取得一定效果，具体如下：

1、组织机构优化方面

图9 组织机构优化图

2021年一级机构较2018年优化9个，优化比率为44%。其中原能源中心、设备处、制氧厂、生产处、运输中心合并为制造管理部，销售处、供应处合并为经营中心。同时二级机构优化13个，优化比率为18%；一级正主管定员优化7人，优化比率为44%；一级副主管定员优化11人，优化比率为41%；二级正主管定员优化11人，优化比率为16%；二级副主管定员优化22人，优化比率为36%。

2、现场控制室及控制岗位人员优化

各工序控制系统集中控制后，已实现现场控制室数量优化102个，优化比例58.29%，预计2022年控制室数量优化118个，优化比例67.43%。各工序控制系统集中控制后，已实现控制岗位人员优化84人，优化比例37%，预计2022年控制岗位人员优化95人，优化比例41.85%。

3、经济效益与社会效益

集控中心项目实施后，在原料绩效、生产绩效、能源绩效以及人均劳效方面实现经济效益，其中原料绩效27300万元、生产绩效13046万元、能源绩效20679万元、人均劳效997万元，合计6.2亿元。

集控中心项目推动实现了社会效益，一是通过新一代集控中心建设，公司各炉窑智能燃烧系统、能源分析系统可降低能耗3%-22%，可减少碳排放量，为公司的“双碳”目标添加数字助力。二是通过工作环境改变，提升了员工工作的幸福感和获得感，满足了员工对美好生活的向往，提升了企业的人才吸引力和可持续竞争力。从大学生离职率指标来看，由原来的40%-50%的平均水平已下降到0%。

图10 抚顺新钢铁大学生离职率趋势分析

在推广应用方面，一方面已与阿城钢铁、建龙哈轴进行推广合作，已同福建龙钢、金鼎钢铁、紫竹钢铁达成合作意向；另一方面麦肯锡主动提出与新钢铁合资共建钢铁行业数字化转型创新实验室，为整个行业探索前进的道路。