“數(shù)據(jù)科學(xué)、數(shù)字技術(shù)是解決鋼鐵全流程‘黑箱’等生產(chǎn)不確定性問(wèn)題最好的一把鑰匙。同時(shí)，鋼鐵行業(yè)全流程‘黑箱’生產(chǎn)又是數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的最佳場(chǎng)景?！?1月23日，中國(guó)工程院院士、東北大學(xué)教授王國(guó)棟在第十三屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)上表示，現(xiàn)今，信息技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)的發(fā)展強(qiáng)力支撐鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，成為鋼鐵行業(yè)崛起的一個(gè)重要機(jī)遇。

圖為王國(guó)棟在線上做報(bào)告。（視頻截圖）

　　他介紹，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，正式宣告了數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨。在數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)成為社會(huì)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，成為全球新一輪產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)、改變國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)格局的新變量。“所以，我們對(duì)于數(shù)據(jù)這個(gè)新的生產(chǎn)要素要給予充分的重視?！彼赋觯ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)/機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，成為數(shù)據(jù)時(shí)代解決不確定性問(wèn)題最強(qiáng)有力的科學(xué)方法。

　　“鋼鐵行業(yè)全流程生產(chǎn)都是‘黑箱’，包括高爐里的鐵水、轉(zhuǎn)爐里的鋼水、連鑄坯與軋件內(nèi)部復(fù)雜的組織等，具有嚴(yán)重的不確定性，看不見(jiàn)、摸不著，更測(cè)不了，但又事關(guān)鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、工序穩(wěn)定性、成本、生態(tài)等最核心問(wèn)題?！睂?duì)此他指出，鋼鐵行業(yè)只有進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，才能突破這些不確定性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

　　鋼鐵行業(yè)自身生產(chǎn)特色和數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展特點(diǎn)的契合度極高。王國(guó)棟分析道，一方面，鋼鐵行業(yè)有著發(fā)達(dá)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，更有著大量的數(shù)據(jù)積累。這些數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的全部規(guī)律，是關(guān)鍵的生產(chǎn)要素。由此可見(jiàn)，鋼鐵行業(yè)在充分利用豐富的數(shù)據(jù)資源、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化方面具有巨大潛力。作為世界上最先進(jìn)、最高級(jí)的智能系統(tǒng)，信息物理系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)，我們對(duì)于物理世界進(jìn)行的分析計(jì)算，不僅僅深深嵌入到系統(tǒng)的每一個(gè)相互連通的物理組件中，甚至可能嵌入到物料中。因此，作為流程工業(yè)的鋼鐵行業(yè)可以針對(duì)物料建模，即建立物料的數(shù)字孿生，并將得到的數(shù)字孿生用于反饋控制，形成閉環(huán)賦能的信息物理系統(tǒng)。相較制造業(yè)來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)是鋼鐵等材料行業(yè)解決不確定性的特有優(yōu)勢(shì)。

　　“因此，我們要萬(wàn)分珍惜這個(gè)優(yōu)勢(shì)，要充分發(fā)揮這個(gè)優(yōu)勢(shì)，搶先建設(shè)和應(yīng)用信息物理系統(tǒng)。”王國(guó)棟進(jìn)一步介紹，這個(gè)信息物理系統(tǒng)的底層是原位分析系統(tǒng)，主要包括兩個(gè)部分。第一部分是實(shí)驗(yàn)工具，包括實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備、中試裝備和生產(chǎn)線裝備。第二部分是計(jì)算工具，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析。實(shí)際生產(chǎn)線等實(shí)驗(yàn)工具提供狀態(tài)感知的數(shù)據(jù)，由計(jì)算工具對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，分析的結(jié)果是可以對(duì)過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)的數(shù)字孿生，再用數(shù)字孿生對(duì)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定，給出科學(xué)決策，并反饋賦能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)執(zhí)行。這樣就形成了基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)賦能體系。

　　這個(gè)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的特征。“這意味著我們的控制模型由機(jī)理或經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生模型。”王國(guó)棟對(duì)比分享了傳統(tǒng)機(jī)理模型驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)架構(gòu)之間的不同，以及后者的巨大優(yōu)勢(shì)。

　　他介紹道，以往機(jī)理驅(qū)動(dòng)的過(guò)程控制數(shù)學(xué)模型是將傳感器信號(hào)匯集到定序器等下位計(jì)算機(jī)后，經(jīng)過(guò)多個(gè)傳感器的邏輯運(yùn)算、閾值處理等，分層地匯集到上位計(jì)算機(jī)，常常不得不舍棄大量數(shù)據(jù)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，大數(shù)據(jù)的分析和運(yùn)用是非常困難的。而數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)能夠有效且公平地收集與處理所有數(shù)據(jù)，并通過(guò)大數(shù)據(jù)/機(jī)器學(xué)習(xí)，建成數(shù)字孿生過(guò)程控制模型。這樣一來(lái)，就可以將底層傳感器得到的信息，直接送到大數(shù)據(jù)中心，經(jīng)過(guò)處理后用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，得到數(shù)字孿生模型，并將這個(gè)數(shù)字孿生模型送到邊緣決策系統(tǒng)進(jìn)行決策，最后再將決策結(jié)果送回到底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成閉環(huán)。“當(dāng)然，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)中心，不僅可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還必須具有數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)換和加載，以滿足下一步機(jī)器學(xué)習(xí)的需求。”他特別說(shuō)道。

　　王國(guó)棟認(rèn)為，鋼鐵行業(yè)必須與數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字技術(shù)相融合，發(fā)揮鋼鐵行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景和數(shù)據(jù)資源的優(yōu)勢(shì)，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為載體、以底層生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)感知和精準(zhǔn)執(zhí)行為基礎(chǔ)、以邊緣過(guò)程設(shè)定模型的數(shù)字孿生化和CPS(信息物理系統(tǒng)）化為核心、以數(shù)字驅(qū)動(dòng)的云平臺(tái)為支撐，建設(shè)鋼企數(shù)字化創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，加速建設(shè)數(shù)字鋼鐵。

　　同時(shí)，他根據(jù)產(chǎn)學(xué)研深度融合的實(shí)踐，介紹了企業(yè)建設(shè)數(shù)字鋼鐵的經(jīng)驗(yàn)。一是信息采集與精準(zhǔn)執(zhí)行是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，是必備項(xiàng)，不完全、不完善的要先補(bǔ)課。二是軟件定義。主要指軟件改造，硬件可以利用已有的系統(tǒng)，將大幅降低數(shù)字化轉(zhuǎn)型的成本、提高轉(zhuǎn)型效率。三是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。采用數(shù)據(jù)/機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，可以將機(jī)器學(xué)習(xí)的模型做到標(biāo)準(zhǔn)化，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同規(guī)模的裝置采用各自的數(shù)據(jù)處理來(lái)建成最終的用于控制的數(shù)據(jù)孿生模型，便于推廣、掌握、共享，有助于縮短工期、降低成本。四是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)采用雙層架構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)離線調(diào)試—在線并行—實(shí)時(shí)上線，可避免風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)可快速由傳統(tǒng)系統(tǒng)過(guò)渡為數(shù)字化系統(tǒng)。

　　隨后，王國(guó)棟指出，鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型須攻克的一系列關(guān)鍵共性技術(shù)，其中包括數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的IT系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的信息感知、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的科學(xué)分析、數(shù)字驅(qū)動(dòng)的智慧決策、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的回饋賦能、制造主流程及一體化的虛擬模型與實(shí)際過(guò)程實(shí)時(shí)融合的CPS化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的資源配置與管理云平臺(tái)、自動(dòng)化系統(tǒng)補(bǔ)課、軟件定義、軟件、網(wǎng)絡(luò)、安全和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與上線。

　　“鋼鐵行業(yè)要充分發(fā)揮海量數(shù)據(jù)和豐富應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，建設(shè)鋼鐵創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，加速鋼鐵行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，賦能高質(zhì)量發(fā)展，打造新動(dòng)能，將中國(guó)鋼鐵行業(yè)建設(shè)成為國(guó)際領(lǐng)先的工業(yè)集群?！蓖鯂?guó)棟最后說(shuō)道。