宝钢股份宝山基地2号连铸机数字孪生工厂投运：工业元宇宙开启新时代

遭遇·2300期·6730篇

编者按

编者注

作为集团公司2022年重点任务“工程数字化设计交付云平台和数字化工厂建设”的承载项目之一，宝钢股份宝山基地二号连铸机数字孪生工厂近期投入运营。这个名为“工业元宇宙”的项目是宝武在流程制造行业从数字化交付到数字化运营的跨越。它利用数据生成知识、积累知识、应用知识，催化数据价值的实现，从而推动技术、管理等方面的现场变革，在工业互联网快速发展的今天具有很强的现实意义。

虚拟宇宙的帷幕已逐渐拉开，幕后世界的活力和无限可能让人向往。可以预见，对于流程制造企业来说，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、服务的各个方面产生深远的影响。数字技术的不断进步和广泛应用，是数字技术不断进步和广泛应用的新体现。这也是现代文明发展的新进程。相信宝武以热情的拥抱、积极的行动，一定能在新一轮发展中占据主动，努力成为中国乃至世界未来钢铁行业的领跑者。

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只要随意打开电脑，登录，瞬间就可以在钢铁厂里自由穿梭。当我们沿着钢板路继续前行时，脚下地面凹凸不平的防滑花纹清晰可见，有着深浅不一的磨损痕迹，黄色的扶手一路延伸，带着微微斑驳的锈迹。虽然装置正在全速运转，但只要一跳进去，里面的部件就清晰可见。轻轻触摸该部件，各种属性、功能、当前运行状况等数据信息就会展现在您的面前；点击相机，红色滚烫的钢水就会在你的眼前缓缓流淌……

这不是电影、网游中的场景，而是宝钢股份宝山基地近期投产的2号连铸机数字孪生工厂带来的真实体验。双工厂，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化映射，构建虚实协同、综合一体化的钢铁“工业元宇宙”。

“其实元宇宙和CPS都强调现实与虚拟，虚拟与现实的交互，本质都是软件定义的过程，通过算法优化资源分配，从而优化物理世界资源的配置。这就是大趋势”。集团数智室信息总监张群良表示，“但对于工业场景来说，实施挑战很大，工业系统的构成往往非常复杂。复杂，不仅体现在系统组件数量众多，而且体现在结构复杂、协作精准。工业系统的数字化过程必然要简化对象，以及在简化的过程中如何满足工业的可靠性、实时性、稳定性和经济性。性别？这需要系统的设计、有效的方法和创新的路径，而不是简单的数字集成问题。”

让连铸机拥有智慧大脑

连铸线是钢铁工艺链的关键环节，是钢铁由液态转变为固态的“咽喉”。将高温钢水直接连续浇注成固态钢坯的复杂过程中，会发生一系列的物理和化学变化，直接影响铸坯的质量。由于缺乏海量数据支撑，具有典型的“黑匣子”特征，这是整个行业面临的问题。

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要机组。为满足不断提高的产品质量需求，提高装置运行效率，宝钢股份决定2020年对该装置进行全面改造，如何改造？我们需要什么样的连铸机？成为第一个要回答的问题。

“这几年，我们大力推进智能制造，取得了长足进步。连铸方面，我们在基础技术上取得了突破，特别是在点状机换人方面，我们几乎做到了高效、但在目前的条件下，我们最终还无法改变原有的运营模式。”宝钢股份宝山基地炼钢厂厂长田正红说，“我们需要让。连铸机有聪明的大脑继续解放人民”。

2020年，宝武重点科技创新支撑项目“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，系统研究生产线装备系列化、标准化、数字化。二号连铸机项目成为其载体项目之一，开启了信息时代数字孪生工厂的探索。

我们需要什么样的数字化平台？

随着数字信息化的发展，软件和硬件已经更新了N代。要把2号连铸机打造成什么样的数字化工厂？这个问题几乎贯穿整个项目。

“当然最好是3D的，我们需要的设备信息可以随时在电脑上查看。现在买手机，都不带说明书的，而是各种视频和多模型在线多面展示，一目了然“即使在家里，也能随时看到各个方向的设备状态，不用半夜突然进厂。” ，有限公司宝山基地。炼钢厂副厂长说：“我们需要建立一个开放的平台，让操作、维护、技术、管理人员可以在网上固化自己的经验，并将其应用到生产中。” 。 ，项目必须有持续改进的空间。 “……现场的技术、设备、管理人员都提出了自己的想法。

“这是一个跨公司、跨部门、跨专业、跨流程的事情，无论从技术上还是管理上都难度极大。因此，我们成立了联合项目组，共同推进。”宝钢工程副总经理袁雷表示，“我们有责任从设计源头开始，建设一座数据水塔，让数据的细流穿过冰山和冻土，汇成水滴。”大河给土壤施肥。”

从一个个小构件到一个庞大单元，从厂房结构到走廊扶手，宝钢工程从项目设计之初就一一在线建设双工厂。设计师们利用宝钢工程拥有自主知识产权的在线设计平台宝树云，为二号连铸机的数字孪生工厂做出了贡献。他们将实体工厂中的每一丝锈迹映射到虚拟工厂中，并同步每台设备的数据。身份信息嵌入其中。这使得生产线拥有真实、可靠且极其详细的静态数据。 “我们不仅会交付实体工厂，我们还会同时交付数字化工厂和工程建设造价库，线上线下工厂都会交付。”袁蕾说道。

疏通数据“堰塞湖”，

让数据流动

一直以来，钢铁行业的生产线交付时，总是使用第一手的生产线和第一手的图纸。 “拿到手后，我们会对设备进行编码，按照管理区域进行划分，并分发图纸。图纸基本都锁在现场柜子里。但现场设备是一个动态维护的过程，随着更换宝钢股份宝山基地炼钢厂设备管理办公室副主任陈晨说：设备在不同时期在系统中具有不同的代码，例如如项目建设、采购、设备管理等。这个问题在大型制造企业中普遍存在。

在数字化工厂建设中，首先要解决的就是数据规范化、标准化的问题。 “数据只有流动起来才能产生价值，我们需要清理数据‘堰塞湖’，从源头产生清晰、洁净的有效数据，通过河网流向数据消费者。”袁蕾说道。

通过对国内外石化、电厂、核电等行业相关编码标准和规范的研究，以及对数字孪生流程和特点的了解，结合宝钢股份的工程设计管理经验的积累，数字化交付编码标准——标签号（TAG）由此而诞生。所有工厂对象统一用TAG标识，BPMS、iEQMS、PSCS系统代码灵活对接，实现建设期和运营期系统代码“同文同轨，车辆同轨” ”。基于贯穿工厂对象生命周期的TAG，通过工厂重组形成工厂对象结构树。关联包括3D模型、图纸、文档、属性、成本等，使数据标准化、序列化，方便实时更新和查询。

走进“工业虚拟宇宙”，

让数据更有价值

如果说生产线设备等设备的静态数据为二号连铸机数字孪生工厂搭建了坚实的框架，那么现场数万个数据采集点实时采集的海量动态数据则注入了新鲜血液融入其中，使其真正独一无二。生命的活力。静态数据与动态数据相互融合，虚实协调。

对于二号连铸机数字孪生工厂，项目组用三个字来形容：数千个“件”统一，设计参数、图纸、维修历史、备件库存及采购渠道、价值等设备的整个生命周期。大量的信息和独特的TAG树柔性链连接；身体如燕子般“轻”，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； “模具”像表面一样可见，借助数字交付模型和仿真模型完成虚拟空间的数字映射。实现可视化数字孪生应用场景。最重要的是，无需任何专业设备即可获取所有信息。只需一台普通电脑，您就可以在世界任何地方登录系统，进入数字孪生工厂。

在这个虚拟空间中，每个进入其中的人都可以将自己对设备、技术、质量之间关系的经验按照空间规则转化为数据模型，并慢慢拓展其思维空间和维度。就像孩子的成长一样，五种感官接收到大量信息后，也必须发展他的逻辑思维和其他能力。这是一个漫长的过程。宝钢工程大数据中心副主任乔建吉表示，基础模型已经有了，现在要培养单位的思维能力。主要有两个方向。一方面，数据要服务于设备，让设备更加合理、经济、高效地运行；另一方面，数据必须服务于产品，即“数字板坯”，即从钢水到钢坯的过程。 ，深入探究设备与运行、生产、质量的关系，让每段板坯的质量都能用工艺数据说话。 “还是1.0版本，我们已经实现了现场操作、维护、技术、管理人员的四个解放。但是，未来我们需要投入更多的精力来教育好孩子，然后我们得到真正的解放。”田正宏说。

“我们刚开始做这个项目的时候，根本没想过‘元宇宙’，但是当我们做完并投入试运行的时候，很多人异口同声地说，这不是‘工业元宇宙’吗？”袁雷表示，“回过头来看，事实证明，我们推进智能制造、不断解决现场问题的方法和路径是正确的，符合当前时代和行业发展方向。”

宝武设计院院长、宝钢工程党委书记、董事长卢鹏程表示，在人才高地、创新高地宝钢股份建设第二连铸机数字孪生工厂，不仅是支撑主业创新发展的实践探索，也是宝钢工程的重要作用。是发挥“前店后厂”独特优势、打造示范标杆的重要一步，具有深远的战略意义。 “数字化设计、数字化交付、数字化孪生工厂”是宝钢工程的责任、使命和重要发展方向。这是落实科技领先的重要部署，也是宝武赋予的战略任务。目前的阶段性成果是在众多兄弟单位领导的全力支持下取得的。这是管理创新与技术创新相结合的有益实践。未来还有很大的优化和扩展的空间。宝钢工程将坚决贯彻落实宝武战略部署，紧密结合主业生产经营实际，打造以设计为源头的智能工厂数字化基地，强化工程集成在技术创新体系中的桥梁作用，充分聚焦以业主需求为导向，强化资源配置和工程技术方面，积极与行业生态伙伴共同探索，永不止步。

“二号连铸机的数字孪生工厂是一个很好的实践探索案例。找到了构建数字化连铸生产线、实现虚拟交互的方法。这与过去虚实不交互的离线模拟计算有着本质的区别。 ”张群良表示，“目前，宝武智造已进入2.0‘三跨’阶段，只有不断提升数字化水平以及实体工厂虚实互动的范围，才能真正突破界限，使能跨域赋能。通过本次案例探索得出的一些经验和方法，对于加快虚拟现实互动工厂的建设有很大帮助。具有很强的指导意义。”