“5G-A賦能鋼鐵智能制造”是如何煉成的？

鋼鐵是怎樣煉成的？《鋼鐵是怎樣煉成的》里如此形容——“鋼是在烈火和急劇冷卻里鍛煉出來(lái)的，所以才能堅(jiān)硬和什么也不怕”。

當(dāng)5G和AI的浪潮來(lái)襲，煉鋼這個(gè)硬核的傳統(tǒng)制造業(yè)典范會(huì)和新技術(shù)碰撞出怎樣的火花？

6月27日，世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC上海）揭曉了2024亞洲移動(dòng)大獎(jiǎng)，上海電信聯(lián)合寶鋼股份厚板事業(yè)部等打造的“5G確定性網(wǎng)絡(luò)在智能制造中的應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲2024年亞洲5G行業(yè)創(chuàng)新獎(jiǎng)。該項(xiàng)目探索了利用5G-A新特性“5G確定性網(wǎng)絡(luò)”打造可預(yù)期、可規(guī)劃、可驗(yàn)證、有確定性能力的鋼鐵行業(yè)智慧專網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上研發(fā)出新型控制架構(gòu)技術(shù)，便捷實(shí)現(xiàn)鋼鐵制造中多工序協(xié)同動(dòng)態(tài)過(guò)程的控制。

在寶鋼股份生產(chǎn)基地，工業(yè)力量和5G智慧深度融合，迸發(fā)出了新質(zhì)生產(chǎn)力的澎湃力量。

突破：一次“0”到“1”的實(shí)踐

走進(jìn)上海市寶山區(qū)富錦路885號(hào)，似乎每一寸空間都彌漫著鋼鐵的獨(dú)特氣息：整齊劃一的深藍(lán)色工服、熱火朝天的生產(chǎn)車間……

在這里，機(jī)器的轟鳴聲與金屬碰撞發(fā)出回響，一條條表面泛著橘紅色光芒的鋼板緩緩?fù)ㄟ^(guò)軋機(jī)，完成“軋”這一重要工序。這些“新鮮出爐”的鋼板溫度高達(dá)900多攝氏度。

讓寶鋼股份中央研究院高級(jí)主任研究員王全勝頗感自豪的是，全套生產(chǎn)流程正在一套由寶鋼自研的鋼鐵生產(chǎn)控制體系的指揮下有序進(jìn)行。

“我們等不及了，所以就聯(lián)合了國(guó)內(nèi)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)力量，融合5G、AI等，搭建了一套技術(shù)自立自主的鋼鐵生產(chǎn)控制體系�！蓖跞珓偻嘎�，催生新型鋼鐵生產(chǎn)控制體系的原因主要有兩個(gè)。

其一，寶鋼生產(chǎn)線在生產(chǎn)一些高精尖的鋼鐵產(chǎn)品時(shí)，有一些特殊的生產(chǎn)控制措施，在現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)中不容易實(shí)施，亦不能達(dá)到期望的效果。

其二，最近十幾年來(lái)，中國(guó)的科技行業(yè)進(jìn)步巨大，在與工業(yè)控制相關(guān)的信息通信技術(shù)領(lǐng)域，以5G為代表的技術(shù)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平，但國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)軟硬件皆由國(guó)外專業(yè)電氣公司開(kāi)發(fā)，采用的技術(shù)體系封閉保守，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)新技術(shù)難以應(yīng)用在鋼鐵生產(chǎn)實(shí)踐中。

如今，展現(xiàn)在眼前的這套寶鋼自研的國(guó)產(chǎn)鋼鐵生產(chǎn)控制體系，融入了5G、AI等新技術(shù)，比國(guó)外系統(tǒng)更加先進(jìn)。

“通過(guò)5G確定性網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了寶鋼工業(yè)控制系統(tǒng)從‘0’到‘1’的開(kāi)拓性實(shí)踐，該技術(shù)成果整體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，其中，5G在軋鋼控制中的應(yīng)用處于國(guó)際領(lǐng)先水平，標(biāo)志著寶鋼智能控制技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段�！鄙虾ｋ娦殴�業(yè)和服務(wù)業(yè)大客戶部總經(jīng)理湯凱鋒表示，上海電信工業(yè)BD團(tuán)隊(duì)和寶鋼股份厚板事業(yè)部等一直在探索如何打破國(guó)外工業(yè)控制軟件的壟斷，安全、自主、可控地重構(gòu)自己的工業(yè)控制體系。

賦能：5G和AI“雙管齊下”

在車間現(xiàn)場(chǎng)，屏幕上一串串跳動(dòng)的數(shù)字十分顯眼。據(jù)介紹，這些數(shù)字表示5G的時(shí)延，毫秒級(jí)時(shí)延意味著工藝擁有極高精度�！氨热�，我們生產(chǎn)一張平的鋼板，如果時(shí)延變得較大，就意味著相應(yīng)的控制周期有了波動(dòng)，產(chǎn)品的厚度就不均勻了�！蓖跞珓僬f(shuō)。

5G在鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍很廣，一張廣域的5G專網(wǎng)覆蓋并支撐著寶鋼的更多技術(shù)創(chuàng)新。例如，5G可以縮短生產(chǎn)線建設(shè)或改造的工程周期；5G可以減少設(shè)備維護(hù)員工的日常電纜巡檢，特別是在一些安全風(fēng)險(xiǎn)較高區(qū)域的日常巡檢中，能夠從根本上改善生產(chǎn)勞動(dòng)安全狀況；另外，5G網(wǎng)絡(luò)可以“一網(wǎng)多用”，承載生產(chǎn)線攝像頭、聲音、震動(dòng)傳感器等多路生產(chǎn)信號(hào)。

除了5G，AI也在5G低延時(shí)、高帶寬的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)底座上大顯身手。輪廓檢測(cè)設(shè)備的高分辨率相機(jī)將軋后鋼板的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，結(jié)合AI圖像拼接和邊緣檢測(cè)算法提取鋼板輪廓信息，最終得到生產(chǎn)所需的輪廓特征因子，提供前向的軋制工藝優(yōu)化，同時(shí)對(duì)后續(xù)鋼板的在線剪切提供指導(dǎo)意見(jiàn)。借助AI自適應(yīng)功能，其可持續(xù)對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化迭代，以提升決策精度。

“我們希望軋出來(lái)的鋼板是規(guī)規(guī)矩矩的矩形，但是有的時(shí)候邊角是圓的，可能還有斜的，或者彎的。AI設(shè)備可以自動(dòng)檢測(cè)出鋼板形狀，進(jìn)而影響后續(xù)‘怎么切’的環(huán)節(jié)，完成對(duì)鋼板質(zhì)量形態(tài)的精細(xì)化‘補(bǔ)救’�！睂氫摵癜迨聵I(yè)部電氣設(shè)備高級(jí)主任工程師鄭勇說(shuō)，以前沒(méi)有AI輔助的時(shí)候，唯有依靠人工判斷。

領(lǐng)跑：“軋鋼專家”和“通信專家”共創(chuàng)

想要敢為天下先，在鋼鐵生產(chǎn)控制體系乃至整個(gè)生產(chǎn)流程的更多場(chǎng)景大膽應(yīng)用5G和AI技術(shù)，這個(gè)由5G-A賦能的鋼鐵智能制造系統(tǒng)是怎樣煉成的？

上海電信工業(yè)和服務(wù)業(yè)大客戶部解決方案經(jīng)理宋恒國(guó)介紹，上海電信和寶鋼股份各有分工，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)與鋼鐵應(yīng)用的互相奔赴，“上海電信技術(shù)團(tuán)隊(duì)主要聚焦5G確定性網(wǎng)絡(luò)，保證這張網(wǎng)絡(luò)是足夠可靠的；寶鋼側(cè)重于新型控制架構(gòu)應(yīng)用本身�！�

“我們將原先工廠常見(jiàn)的串行控制結(jié)構(gòu)，即從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到PLC、SCADA，再到MES、ERP等控制結(jié)構(gòu)融合成云和端的兩層結(jié)構(gòu)，即端側(cè)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，云側(cè)將PLC、SCADA、MES、ERP集中地進(jìn)行云化部署�！睖珓P鋒說(shuō)，這樣做帶來(lái)兩個(gè)好處：其一，將原先一個(gè)個(gè)封閉的、壟斷的環(huán)節(jié)進(jìn)行融合，使得數(shù)據(jù)交互和控制更為安全、自主、可控；其二，在生產(chǎn)過(guò)程中難免會(huì)有工藝的誤差，因?yàn)樵瓉?lái)是分布式的結(jié)構(gòu)，后道環(huán)節(jié)不清楚前道環(huán)節(jié)是否產(chǎn)生了誤差，現(xiàn)在都虛擬化集中在云側(cè)，如此一來(lái)，數(shù)據(jù)交互更為便捷和迅速，即使出現(xiàn)誤差也可以通過(guò)算法及時(shí)校正，使得精度控制更為準(zhǔn)確。

在該項(xiàng)目中，除了利用5G“做功”，還應(yīng)用了5G-A的最新技術(shù)特性，如超級(jí)時(shí)頻折疊技術(shù)、雙發(fā)選收技術(shù)、亂序遞交技術(shù)等。

以超級(jí)時(shí)頻折疊技術(shù)為例，一般人們?nèi)粘Ｉ�活中使用�?G網(wǎng)絡(luò)以下載應(yīng)用為主，時(shí)隙配比為7:3，即70%下行、30%上行；超級(jí)時(shí)頻折疊技術(shù)就是將兩個(gè)時(shí)隙合并，即一個(gè)70%用于下行，30%用于上行，另一個(gè)30%用于下行，而70%用于上行，通過(guò)這樣的折疊確保單位時(shí)間內(nèi)的上行帶寬大幅提升，以滿足工業(yè)場(chǎng)景的個(gè)性化需求。

在寶鋼廠區(qū)，5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的部署方式也很有講究。“我們會(huì)根據(jù)業(yè)務(wù)類型對(duì)上海電信的網(wǎng)絡(luò)提出要求，比如時(shí)延要達(dá)到多少毫秒，速率需要達(dá)到多少，上海電信團(tuán)隊(duì)則會(huì)實(shí)地勘察，結(jié)合具體的使用場(chǎng)景以及工業(yè)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，給出更有針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)部署方案。”王全勝介紹，5G基站主要部署在廠區(qū)，電氣室內(nèi)則增加了專用的5G UPF等單元，使用寶鋼廠區(qū)部署的5G新型網(wǎng)絡(luò)，把UPF與新型控制架構(gòu)服務(wù)器連接起來(lái)，構(gòu)成一套完整、安全的5G專用網(wǎng)絡(luò)，所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)都會(huì)留在5G專網(wǎng)之內(nèi)。

對(duì)于今后的發(fā)展，寶鋼股份設(shè)備部通信技術(shù)組組長(zhǎng)陸爽表示，2024年，寶鋼寶山基地將完成全量下沉5G核心網(wǎng)，以及無(wú)線數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的建設(shè)，為5G工業(yè)應(yīng)用奠定數(shù)據(jù)傳輸基座。此外，隨著 5G-A技術(shù)的正式商用，寶鋼也將進(jìn)一步探索更高帶寬、更低時(shí)延的數(shù)據(jù)傳輸在工業(yè)控制領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

湯凱鋒表示，上海電信在5G通信產(chǎn)業(yè)鏈中扮演著關(guān)鍵的角色，其主要的表現(xiàn)就是更廣、更前、更深。更廣即覆蓋更廣，目前，上海電信已部署超1.3萬(wàn)個(gè)5G-A基站，預(yù)計(jì)年內(nèi)部署規(guī)模超過(guò)2萬(wàn)站；更前即技術(shù)引領(lǐng)，如聯(lián)合合作伙伴，攻克了WiFi與5G融合組網(wǎng)、用戶精準(zhǔn)溯源等關(guān)鍵技術(shù)難題；更深指的是應(yīng)用落地，如與合作伙伴一起，共同開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)制定、驗(yàn)證試點(diǎn)、商用推廣等，以推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。