【技术前沿】数字交付、智慧运营｜带式球团数字生态助力钢铁行业未来
数字交付，开弓没有回头箭
中钢设备对于走数字化交付这条道路的意志非常坚定。2008-2013年，中钢设备处于带式球团技术培育期，也是提供数字化服务的第一个阶段，期间采用三维正向设计方法完成了一些备品备件的设计并进行加工制造，产品备受国内外客户青睐。熟练掌握三维设计方法后的2013年至2017年期间，公司先后完成了388m2、504m2两条带式焙烧机球团生产线的设计和制造工作。2018年至2019年，研发和设计成果进入爆发期，成功实现552m2到624m2设计落地，单台带式焙烧机年设计能力从过去的300-400万吨提高到500万吨。2020年至2021年，公司技术水平上升到一个新台阶，完成700m2、800m2带式球团技术储备，单台设备年设计产能也从500万吨提升到600-800万吨规模。
借助数字技术设计、建造的工程交付实力，中钢设备在国际市场上与来自北美、欧洲等发达国家的企业同台竞争，成功赢得了安赛乐米塔尔年产500万吨带式球团项目，公司的带式焙烧机设计历经几代技术更迭取得了长足发展。
带式焙烧机球团项目通过数字化设计、智能制造和智慧运营向客户同时交付实物工厂与数字化工厂；将项目设计的一致性信息贯穿始终，通过三维正向设计、5D施工模拟、云端碰撞协同和基于自主温度场控制技术，借助大数据、模拟仿真计算的工厂运维，实现了带式焙烧球团项目EPC+M+O的数字生态。
数字案例与最佳实践-自顶向下设计
自顶向下设计、工厂三维布局设计和界面参数化设计是保证设计质量、提升设计效率、最终数字化工厂交付和智慧工厂运营的重要数字技术组成部分。
自顶向下设计应用在设备方案设计阶段，将方案设计和每个部件设计进行有效关联。当方案架构进行修改、调整的时候，部件也随之修改和调整。
数字案例与最佳实践-界面参数化设计
界面参数化设计作为自顶向下设计的延伸，使设计自动化得以实现。实现的一大前提是将整个设计联通、关联部件存储于数据库中，并进行平台化管理。新项目设计将在调用数据库相应方案的基础上进行修改，通过定制化界面输入参数，部件即时联动调整就可以满足新项目的设计要求。这种设计模式可以减少设计建模、修改、纠错时间，大幅提升系列化产品的复用效率。公司现在开发一个新产品的耗时，比以前节省40%左右。
数字案例与最佳实践-二维与三维设计一键互换
带式球团工厂三维布局设计是指从工厂布局图到每一个生产车间的布置图，可以一键生成三维视角工厂。为实现二三维轻松转换，首先需要建立一套完整的工厂三维模型库，以及与之相匹配的二维图纸库，便可在设计软件中采用一键方式将二维设计与三维设计互转。最终呈现给客户的方案非常直观，加深了客户对方案的理解，也增强了与客户间沟通效率和质量，客户体验得到很好提升。借助于这些先进技术实现了产品的高效设计，同时有助于把优秀、有经验的工程师设计生涯中所形成的设计思路和想法提炼出来，将这些宝贵知识转化成数字化产品，大幅降低了经验传承的损耗。
基于三维设计的模拟与仿真-自主温度场控制技术
在数字化平台上实现带式焙烧机生产过程中的热工控制。首先，将带式焙烧机剖分成足以反映工艺特征的质点，并将热量、质量和动量等信息赋予质点。利用生产要素在计算机内对质点赋值进行迭代计算，用于表征生产过程中物理变化和化学反应。建立风、物料、热量传递的平衡，根据不同原料配比，能进行有效调控，从而达到风、物料、热传递三者平衡最佳状态，最终综合能耗可以显著降低。
基于数字化的EPC+M
工程进度是任何企业新建项目主要的管控要素。在数字化工厂设计和制造完成后，首先在计算机上进行组装，将模型按照实际工况预组装并赋予工期，实现组装进程与项目建设工期节点相衔接，从而实现每个建设者都可以随时看到进度状态，以及检查配套资源是否能够有效协作，此即为数字化工厂4D施工管理。当对工程建设进行数字推演时，每一个部件与资金做了关联，将工程投资与工程建设做了数字化链接。在此基础上成功实现了5D工程管理。
通过三维设计、4D施工管理、5D工程管理，中钢设备已经实现了借助数字技术驱动工程建造。疫情也阻挡不了中钢设备人的EPC工程总承包交付。2020年，中钢设备为河钢建成的两条年产480万吨带式焙烧机球团工厂（实物工厂+数字工厂），通过运用数字设计技术，实现了世界上储存量最大的成品球团矿仓设计建造，单个仓储存10万吨球团矿。河钢球团项目是众多数字化工厂建设成果的一个缩影，见图1。
中钢设备已在国内外项目上实现了实物工厂和数字化工厂的同时交付，并根据不同客户要求，提供不同深度数字化工厂的定制化服务。在数字化工厂里，所有设备、建筑、管道等都被赋予了生命，可任意选取数字化工厂里的设备获取其实时运行状态，同时显示设备的主要参数及所具有的一些信息，为未来维护检修等带来便利。上述即为数字化工厂主要交付内容，而在模型等级上，已具备制定LOD500模型的技术储备。
智慧运营，让数据说话
在数字化设计基础之上延伸出的智慧运营，实现了AR工厂运营状态实时跟踪、演示和报告。
数字化工厂运营方面，中钢设备建立了一个球团工厂大数据中心，通过积累球团工厂从设计到运营全生命周期的数据，进行工厂科学、高效的管理和运营，见图2。
根据海量大数据进行实时分析、动态决策，进而做到智慧运营。数据中心的核心价值具体表现为设备维护的应用，检修预测性维护的应用，通过大数据处理提供智能决策和应用。
在具体项目中，台车需长期不间断的运行在冷热交替环境中，其应变或变形对生产线稳定运行产生致命影响，为保证运行保持最优状态，通过智能摄像机代替人眼结合算法，预判这些设备的状态。
十余条工业生产线的实践表明，创建多维设计理念，利用三维软件与行业内的新技术、新产品，在不断前行的过程中积累、优化、更新，实现了缩短工程交付工期，减少设计过程中出现的设计变更，降低了EPC实物工厂建造成本，起到了非常重要的作用。践行数字化思考、数字化交付理念，通过不断实践，让中钢设备和中宏联在创新设计、数字交付、智慧运营中打下了很好的基础，并利用数字化技术赢得了国内外众多客户口碑。
本文为部分内容，全文请参阅《世界金属导报》41期B07。